鳳凰單叢茶加工過程中揮發性香氣成分和生化成分的變化

李張偉

茶葉的生產加工是茶葉香氣和主要生化成分形成的關鍵過程,是茶葉品質的重要保證。Chen等[1]研究發現,曬青后的萎凋和烘焙階段對白茶香氣的形成起重要作用;Guo等[2]研究證實,加工可以使武夷巖茶的青澀氣味轉化為花香、木香和烘焙香氣。鳳凰單叢茶屬于烏龍茶,其一般加工過程包括鮮葉、曬青、1次做青、2次做青、3次做青、4次做青、殺青、烘焙成茶等環節,但這些環節對鳳凰單叢茶香氣和主要生化成分的具體作用尚未明晰。

目前,茶葉香氣的提取方法主要有蒸餾萃取法(SDE)、頂空固相微萃取法等,蒸餾萃取法是茶葉香氣提取最常用的方法,但其提取時間長,提取溫度高,容易造成香氣物質分解[3]。頂空固相微萃取法是一種集采樣、萃取、濃縮和進樣為一體的無溶劑香氣成分提取方法,以石英玻璃纖維上涂有的高分子涂層為吸附劑,對樣品進行萃取濃縮,且能直接在氣相色譜進樣口解析[4],該法具有操作簡單、條件溫和,能最大程度體現茶葉原有香氣的優點,目前已被用于紅茶[5]、綠茶[6]和普洱茶[7]等茶葉的香氣提取中。

鳳凰單叢茶屬于烏龍茶品種之一,以其獨特的花果香味而聞名,茶葉產品遠銷海內外,深受消費者歡迎[8]。研究擬以鳳凰單叢茶中常見蜜蘭香型茶葉為例,采用頂空固相微萃取法、氣相色譜質譜法等在茶葉加工過程中抽取樣品進行茶葉香氣提取檢測和水溶性生化成分(茶多酚、氨基酸、咖啡堿等) 測定,考察茶葉在加工過程中香氣和水溶性生化成分種類和含量的變化,分析茶葉香氣和品質的來源,為鳳凰單叢茶加工工藝的優化及鳳凰單叢茶資源的開發提供依據。

1 材料及方法

1.1 試驗材料

茶葉于2022年4月采自廣東省潮州市鳳凰山海拔800 m左右的高山春茶,經專家鑒定為蜜蘭香型鳳凰單叢茶。

1.2 試劑、儀器及設備

34種正構烷烴混標、咖啡堿、兒茶素和沒食子酸:標準品,上海安譜實驗科技股份有限公司;

茚三酮、谷氨酸、蒽酮:分析純,生工生物工程(上海)股份有限公司;

氣相色譜質譜聯用儀:Trace ISQ型,美國Thermo公司;

高效液相色譜儀:Ultimate 3000型,美國賽默飛世爾公司;

紫外可見分光光度計:UV-2600型,日本島津公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品預處理 茶葉加工過程參照鳳凰單叢茶傳統加工工藝[9],共8個階段:鮮葉—曬青(陽光曬20 min,室內攤置2 h)—1次做青(做青1.5 min,攤置1 h)—2次做青(做青2 min,攤置1.5 h)—3次做青(做青2 min,攤置2 h)—4次做青(做青2 min,攤置2 h)—殺青(200 ℃,15 min)—烘焙成茶(初烘130 ℃ 5 min;復烘80 ℃ 4 h),各階段完成后抽取一定質量樣品,共8個樣品。成茶裝入茶葉包裝袋后密封保存,其他7個階段樣品經冷凍干燥后于4 ℃密封保存。使用前,8個茶葉樣品用研缽研磨粉碎,過60目篩。

1.3.2 茶葉HS-SPME提取 稱取8個茶樣各3.5 g至150 mL樣品瓶中,加入10 mL沸騰超純水,用帶有聚四氟乙烯/硅膠隔墊的樣品瓶蓋密封,65 ℃水浴,平衡5 min后插入裝有已完成老化的PDMS/DVB萃取頭的手動進樣器,65 ℃頂空萃取60 min,立即插入GC儀的進樣口中解吸附5 min,同時啟動儀器收集數據。

1.3.3 香氣組分的GC-MS分析

(1) GC條件:色譜柱為TG-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm),進樣口溫度為250 ℃,載氣為高純氦氣(純度>99.999 9%),流速為1 mL/min;不分流進樣。升溫程序:60 ℃保持1 min,以10 ℃/min升溫至230 ℃,保持10 min,以40 ℃/min升溫至300 ℃。

(2) MS條件:電子電離源,離子源溫度250 ℃,MS傳輸線溫度250 ℃,掃描時間0.3 s,質量掃描范圍40～400。

1.3.4 茶葉水溶性成分測定

(1) 兒茶素總量和茶多酚含量:按GB/T 8313—2018進行。

(2) 咖啡堿含量:按GB/T 8312—2013執行。

(3) 總氨基酸含量:按GB/T 8314—2013執行。

(4) 水浸出物含量:按GB/T 8305—2013執行。

(5) 茶多糖含量:采用硫酸蒽酮法[10]。

1.3.5 數據處理 香氣成分GC-MS結果運用NIST譜庫檢索GC-MS分析得到的數據,保留匹配度>70的成分,并計算各組分的保留指數。采用峰面積歸一法[11]進行定量分析。茶葉水溶性成分結果采用Duncan檢驗,樣品測定均重復3次。

2 結果與討論

2.1 揮發性香氣成分分析

由表1和圖1可知,各加工階段鳳凰單叢茶樣品中共檢出118種揮發性香氣成分,其中鮮葉100種、曬青74種、1次做青79種、2次做青80種、3次做青81種、4次做青63種、殺青66種、成茶77種;揮發性香氣成分中,醇類29種、酯類25種、烯類20種、醛類6種、酮類5種、烷烴類16種、酸類6種、雜環類11種,8個階段樣品共有成分39種;共有成分中,相對含量較高的分別為芳樟醇、脫氫芳樟醇、吲哚、橙花叔醇、新植二烯、苯甲基-2-羥基苯酯等。

圖1 鳳凰單叢茶加工過程中揮發性香氣成分的類型和相對含量

表1 鳳凰單叢茶加工過程中揮發性香氣成分的相對含量

鳳凰單叢茶加工過程中,醇類占香氣成分的26.33%～39.85%,其中含量較高的有芳樟醇、脫氫芳樟醇、環氧芳樟醇、橙花叔醇、α-松油醇和植醇等。茶葉中的芳樟醇是由丙酮酸通過異戊烯基焦磷酸(MEP)途徑生成焦磷酸香葉酯(GPP),再由GPP在萜烯合成酶(TPS) 作用下生成的[12-13]。芳樟醇呈芬芳的花香味和柑橘味,閾值為0.6 μg/L[14],較容易被人的嗅覺所捕獲。芳樟醇含量在2次做青過程中達到峰值(1.94%),之后呈下降趨勢,在成茶階段含量最低為0.63%(圖2),與Chen等[15-16]的報道相似。做青過程中,茶葉細胞中的氧化酶被激活,使茶葉發生褐色反應,生成了一些新的揮發性香氣物質,同時,茶葉青草味漸漸消失,花果香味開始呈現[9]。脫氫芳樟醇和環氧芳樟醇是芳樟醇衍化生成的,脫氫芳樟醇是以芳樟醇糖苷前體為底物,在相關酶的作用下生成的[17],呈清新的花草香味[18]。脫氫芳樟醇含量在鮮葉階段最高達6.51%,在曬青、做青、殺青和成茶階段不斷下降,與鳳凰單叢茶加工過程中花果香生成,青草氣味漸漸減少相一致[19]。環氧芳樟醇是由芳樟醇氧化而來,其氣味與芳樟醇相似,呈甜蜜的花果香味和柑橘味。環氧芳樟醇的變化趨勢與芳樟醇的相似,在加工過程中逐漸下降,與Ma等[16]的結果相似。橙花叔醇是以法尼烯焦磷酸(FPP)為底物,通過橙花叔醇合成酶的作用生成的[20],在鳳凰單叢茶中的含量一般較高[21],且帶有清甜的橙花香氣,為鳳凰單叢茶重要的香氣組成成分[18]。橙花叔醇含量在加工過程中逐漸增加,由鮮葉時的1.47%增加到烘干后的11.54%,其中,做青過程中的增加幅度最大,與Ma等[20]的結果相似。植物醇有淡淡的青草香氣[18],其含量在曬青、做青、殺青階段升高,但在成茶階段降低,可能是加工階段,茶葉中某些與植物醇生成相關的酶被激活,因此植物醇含量增高;而在成茶階段,因為經歷了長時間高溫烘烤,部分植物醇揮發損失,因此含量降低[16]。α-松油醇具有紫丁香花香,是鳳凰單叢茶揮發性香氣的重要組成成分[13],其含量在做青階段有所升高,但在烘干階段降低。鳳凰單叢茶加工過程中,醇類物質的相對含量先增加后降低,在鮮葉階段,茶葉醇類物質相對含量僅有29.76%,在曬青和做青階段醇類物質含量不斷上升,4次做青后達到最高峰39.85%,而后在殺青和成茶階段下降至26.33%。這可能是殺青和成茶階段的高溫環境導致部分醇類物質揮發或分解[15]。

圖2 鳳凰單叢茶加工過程中各種重要香氣成分含量的變化

烯類物質是鳳凰單叢茶香氣的重要組成成分,其中α-法尼烯和新植二烯等烯類物質在鳳凰單叢茶中具有較高的相對含量。α-法尼烯是由茶葉中的丙酮酸通過細胞溶質甲羥戊酸途徑生成法尼烯焦磷酸,再由法尼烯焦磷酸在相關酶的催化下生成而來[22],其相對含量呈先下降后上升的趨勢,特別是在殺青和成茶階段,α-法尼烯含量上升幅度大,分別達到4.64%和6.87%,與Chen等[15-16]的結果相似。新植二烯是茶葉中的葉綠素轉化為葉綠醇,并由葉綠醇進一步脫水而形成的,具有青草的清香氣味,其相對含量呈先上升后下降的趨勢。

吲哚是由茶葉中的色氨酸轉化而來,其相對含量在成茶階段呈上升趨勢,與Zeng等[23]的研究結果相似。加工過程中,由于茶葉葉片受損,激發了茶葉基因中色氨酸合成β亞單位基因的表達,從而使大量色氨酸合成β亞單位生成,進而轉化為吲哚。含量較低時,吲哚呈淡淡的花香味,且其相對含量的上升與茶葉香氣的大量產生有直接關系。

茶葉中的β-紫羅酮是由β-胡蘿卜素在胡蘿卜素裂解酶(CCDs)作用下分解生成的,具有木香和紫羅蘭花的香氣,且感官閾值較低[22]。鳳凰單叢茶加工過程中β-紫羅酮相對含量逐漸上升,由鮮葉時的0.57%上升至曬青后的0.66%,做青后的0.73%,殺青后的0.78%和成茶后的1.28%,說明β-紫羅酮在茶葉加工過程中不斷生成,且相對含量也越來越高。

茶葉中的酯類物質如十五酸甲酯、苯甲基-2-羥基苯酯和順-9-十四碳烯乙酸酯等在鮮茶葉中的相對含量較高,在加工過程中有所波動,但在最后成茶階段均下降,說明這些酯類物質在茶葉加工過程中不斷生成轉化,賦予了茶葉豐富的香氣特征。

有研究[24]認為,烏龍茶的香氣主要來源于加工過程中脂肪酸的氧化裂解產物、胡蘿卜素類的氧化產物及萜烯醇類物質的水解產物。鳳凰單叢茶中具有花香味的α-法尼烯、吲哚和β-紫羅酮和具有果香味的橙花叔醇等在加工過程中含量增加,而帶有青草氣味的脫氫芳樟醇、新植二烯等在加工過程中含量降低,說明在鳳凰單叢茶加工過程中,具有花果香味的香氣物質不斷生成和積累,具有青草味的成分則不斷分解釋放,形成了鳳凰單叢茶特有的花果香氣。

2.2 揮發性水溶性生化成分分析

鳳凰單叢茶的加工過程不僅賦予了茶葉花果香的香氣,還對茶葉的水溶性物質如茶多酚、氨基酸和咖啡堿等物質產生影響,使茶葉口感更加醇厚鮮甜。鳳凰單叢茶加工過程中各水溶性生化成分含量如圖3所示。茶多酚是鳳凰單叢茶中重要的水溶性物質,呈苦澀和濃郁的復雜口感,是鳳凰單叢茶滋味的重要組成部分,其含量在做青過程中略有下降。黃歡等[25]認為,茶葉加工過程中茶多酚含量下降的原因主要有:① 茶多酚與咖啡堿發生反應,生成締合絡合物,使茶多酚含量減少;② 茶葉的加工過程會提高細胞中多酚氧化酶和過氧化物酶活性,促使細胞中的茶多酚發生氧化和轉化,從而形成不同的氧化和轉化產物,使細胞中茶多酚含量下降;③ 茶多酚的酚羥基被氧化后形成茶黃素等茶色素,降低了茶多酚含量。這與Guo等[2]的結果相似,說明鳳凰單叢茶加工過程中茶多酚的變化過程與其他烏龍茶有一定的共同點。

字母不同表示差異顯著(P<0.05)

鳳凰單叢茶茶葉中的氨基酸具有鮮甜味,是茶湯中鮮爽滋味的主要來源,加工過程中其含量不斷下降,是因為做青過程中,茶葉之間不斷地碰撞、摩擦,茶葉細胞破損后,茶葉中的氨基酸與茶多酚的氧化產物茶黃素、茶褐素和茶紅素等相互作用,形成暗紅色的高聚合物,使得氨基酸含量下降。而殺青過程中,由于殺青溫度較高,茶葉中氨基酸分解成揮發性的醛類物質如甲醛、乙醛等,從而導致氨基酸含量減少[26]。

茶葉中咖啡堿呈淡淡的苦澀味,但與茶多酚中的茶黃素以氫鍵結合后便能形成具有鮮爽滋味的物質,是鳳凰單叢茶滋味的重要來源。鳳凰單叢茶加工過程中,與茶多酚和氨基酸的變化相似,咖啡堿含量不斷下降,主要原因有[25]:① 做青過程中,茶葉細胞中咖啡堿分子中的氮原子能與兒茶素分子中羥基氫以氫鍵的形式結合,使得咖啡堿和兒茶素形成新的化合物,從而降低咖啡堿含量;② 烘焙成茶時溫度較高,導致茶葉中的咖啡堿發生升華,咖啡堿含量下降。咖啡堿含量下降,使得茶葉在加工過程中的苦澀味逐漸淡化,從而使茶葉口感更加鮮爽。

與茶多酚、氨基酸和咖啡堿的變化不同,鳳凰茶茶葉中可溶性糖含量在做青過程中增加,可能是做青過程中,茶葉細胞中某些纖維素酶活力被激活,將更多的多糖轉化為可溶性糖,使糖含量提高;而殺青過程的高溫使茶葉中的纖維素酶失去活性,使得可溶性糖含量未增加[27]。

兒茶素是茶葉滋味的組分之一,賦予了茶葉回甘味和收斂性[28]。在鳳凰單叢茶加工過程中,兒茶素含量呈先上升后下降趨勢,在曬青和1次做青階段上升,一方面可能與含有酚羥基的不溶性大分子分解成兒茶素有關,另一方面是在曬青和做青的初始階段,一些糖類的分解代謝產物為兒茶素的合成提供了必要的底物[19]。而在做青的中后階段及殺青成茶階段,兒茶素由于大量分解,導致含量下降。茶葉成茶階段兒茶素含量下降,降低了茶葉的苦澀味,增加了收斂性。

茶葉中水浸出物是指茶葉中能溶于熱水可溶物的總稱。茶葉加工過程中,水浸出物含量先上升后下降,與何加興等[19]的研究結果相似。在曬青和做青的早期階段,由于細胞失水導致細胞內某些水解酶活性被激活,使得一些不溶性物質分解成可溶性物質,水浸出物含量上升;而隨著做青程度的加深以及殺青成茶階段,由于呼吸作用和酶促作用增強,細胞內一些可溶性物質被分解消耗,導致水浸出物含量下降[27]。

3 結論

試驗結果顯示,在鳳凰單叢茶加工過程中,具有花果香氣的吲哚、β-紫羅酮、α-法尼烯、橙花叔醇等物質含量上升,而具有青草味的脫氫芳樟醇、新植二烯等物質含量下降。加工使茶葉的青澀氣消散,花香味聚積,形成了鳳凰單叢茶特有的花果香味。茶葉加工過程中,茶多酚、咖啡堿和兒茶素含量逐漸減少,可溶性糖含量和水浸出物含量逐漸增加。茶葉中茶多酚、咖啡堿和兒茶素等物質含量的下降,減輕了茶葉的苦澀味,而可溶性糖、水浸出物含量增加,使得茶葉的鮮甜醇厚口感更佳。后續將進一步探索加工條件如烘焙溫度、做青次數和時間等對鳳凰單叢茶香氣和主要生化成分的影響。