重庆工夫红茶加工过程中生化成分及香气组分变化

杨 娟,王 杰,李中林,袁林颖,钟应富,罗红玉,张 莹,邬秀宏

(重庆市农业科学院茶叶研究所,重庆 402160)

红茶是世界上产量最高、消费区域最广、贸易量最大的茶类[1],根据加工工艺的不同,可分为工夫红茶、小种红茶和红碎茶,其中工夫红茶由小种红茶演变而来,代表性产品有祁红、滇红、闽红、川红、湖红、宁红等,是我国著名的传统商茶之一[2-3]。红茶的加工工艺包括萎凋、揉捻、发酵、干燥等,因经历了发酵这一关键工序,以儿茶素为主的多酚类物质在多酚氧化酶、过氧化物酶等酶的作用下发生酶促氧化与聚合缩合反应,生成了茶黄素、茶红素、茶褐素等高聚物,同时叶绿素、咖啡碱、蛋白质、游离氨基酸、糖类等成分也在发生剧烈反应;而糖苷类前体物质水解、类胡萝卜素及不饱和脂肪酸降解、美拉德反应则改变了红茶香气组分的构成,使得其外形、香气、汤色、滋味均发生显著变化,逐步形成了红茶色泽乌润、香气高爽、汤色红艳、滋味醇厚的品质特点[3-7]。

目前国内外对红茶生化成分及香气组分的研究较多。其中生化成分在红茶加工中的变化主要体现在酚类物质在酶的作用下反应生成茶色素[8],Lee等[9]研究发现,儿茶素含量在红茶加工时会逐渐降低,没食子酸、茶黄素含量则会逐渐增加,Obanda[10]、罗理勇[11]的研究也发现了类似规律。儿茶素是茶叶中主要的涩味物质,茶黄素和茶红素则是形成红茶汤色、滋味的关键成分,这类物质的变化也使得红茶苦涩味降低、滋味逐渐醇和、汤色变为红亮[12-13]。香气组分在红茶加工中的变化规律则较为复杂,主要是醇类、酮类、醛类、酯类等物质的反应与转化[8]。萎凋是红茶香气形成的初始阶段,在多种糖苷酶的作用下会水解形成芳樟醇、香叶醇、橙花叔醇等物质,同时小分子醛类逐渐挥发,散失青草气;在揉捻、发酵、干燥过程中,香气的形成以类胡萝卜素降解、不饱和脂肪酸降解和美拉德反应为主,生成的香气组分也较为丰富,如香叶基丙酮、橙花叔醇、α-法尼烯、β-紫罗酮、二氢海葵内酯等[7-8]。

近年来,重庆红茶市场逐步扩大,涌现了以“云岭牌·渝红工夫红茶”、“巴渝牌·巴渝红茶”等为代表的一大批优质工夫红茶,因其独特的品质风味和保健功效受到越来越多消费者的好评和青睐。当前对于重庆工夫红茶加工过程中品质变化的研究鲜有报道,本试验以四川群体品种一芽二叶鲜叶为原料,并按照相关工艺制作重庆工夫红茶,分析其加工过程中主要生化成分和香气组分的变化规律,以期为深入研究重庆工夫红茶的品质特性提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

茶鲜叶 四川群体品种一芽二叶,2017年5月采自重庆市农业科学院茶叶研究所科技示范园;甲醇(色谱纯)、Na2CO3、KH2PO4、K2HPO4、水合茚三酮、蒽酮、碱式乙酸铅、乙酸乙酯、NaHCO3、95%乙醇 重庆永捷实验仪器有限公司;福林酚试剂(2 mol/L)、草酸(≥99%)、没食子酸(99%) 上海泰坦科技股份有限公司。

UV-2450紫外可见分光光度计 日本岛津公司;722可见分光光度计 上海菁华科技仪器有限公司;FA1004电子天平 上海舜宇恒平科学仪器有限公司;HWS-26电热恒温水浴锅 上海一恒科学仪器有限公司;7890B-5977A气相色谱质谱联用仪(gas chromatography-mass spectrometer,GC-MS)、DB-5MS石英毛细管柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm) 美国Agilent公司;57328-U二乙烯基苯/碳分子筛/聚二甲基硅氧烷(Divinylbenzene/Carboxen/Polydimethylsiloxane,DVB/CAR/PDMS)萃取头 美国Supelco公司;ALPHA1-4LSC真空冷冻干燥机 德国Christ公司。

1.2 实验方法

1.2.1 茶样制作 采摘鲜叶80 kg,依次经过萎凋(8～12 h)、揉捻(120 min)、发酵(温度28 ℃,湿度95%,3 h)、初烘(110 ℃烘至水分40%～50%)、复揉(30 min)、理条(150～170 ℃,9～10 min)、烘干(100 ℃烘至水分8%～10%然后90 ℃烘至水分5%～6%)制得重庆工夫红茶。制茶过程中分别取等量鲜叶、萎凋叶、揉捻叶、发酵叶、初烘叶、复揉叶、理条叶真空冷冻干燥处理(-50 ℃保持1 h,以10 ℃/h升至-10,-5、0、5 ℃依次分别保持2～3 h,10 ℃保持1.5 h,以10 ℃/h升至40 ℃),过程样与烘干叶(即成品茶)在-20 ℃贮藏待用。

1.2.2 生化成分测定 茶多酚含量测定采用福林酚法[14];游离氨基酸含量测定采用茚三酮比色法[15];咖啡碱含量测定采用紫外分光光度法[16];可溶性糖含量测定采用蒽酮比色法[17];茶色素含量测定采用系统分析法[10]。

1.2.3 香气组分萃取 参考并修改曾亮等人的方法[2]。准确称取0.5 g磨碎茶样于20 mL顶空瓶中,加入约1.76 g NaCl、5 mL沸蒸馏水,立刻加盖平衡5 min,然后将DVB/CAR/PDMS萃取头插入顶空瓶,在60 ℃水浴条件下吸附60 min,最后在GC-MS进样口解吸5 min。

1.2.4 香气组分检测分析 参考并修改赵国飞等人的方法[18]。GC条件:DB-5MS石英毛细管柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm);升温程序:50 ℃保持2 min,以4 ℃/min升至180 ℃,保持2 min,以10 ℃/min升至230 ℃,保持2 min,总时间43.50 min。进样口温度230 ℃;进样方式:分流,分流比为15.0∶1;进样载气He(99.999%);柱流量1 mL/min;压力49.7 kPa;MS条件:电子电离源;离子源温度230 ℃;传输线温度230 ℃;四级杆温度150 ℃;电子能量70 eV;质量扫描范围(m/z)35～400 u。

1.3 数据处理

生化成分:利用SPSS 22.0进行显著性检验和Origin 9.0作图;香气组分:将检测的GC-MS图谱与NIST质谱库提供的标准质谱图进行比对,并结合相关文献对色谱峰进行定性分析,相对含量按峰面积归一化法计算。

2 结果与分析

2.1 生化成分变化趋势分析

重庆工夫红茶主要生化成分(本文中生化成分含量均指干物质含量)在加工过程中的变化趋势见图1。

图1 生化成分含量在加工过程中的变化Fig.1 Change of relative contents for biochemical components during processing注:加工过程中不同字母表示差异显著(p<0.05)。

由图1(A)可知,茶多酚鲜叶中的含量为31.22%,萎凋结束时达到最高值(32.27%),可能是萎凋过程中茶叶逐步失水、干物质含量有少许增加;揉捻开始后,茶叶细胞组织破碎,细胞膜通透性增加,茶多酚在多酚氧化酶、过氧化物酶等酶的作用下开始迅速氧化,导致揉捻、发酵时其含量迅速降低[19],待发酵结束后仅为20.31%;初烘时在高温作用下,各种氧化酶大部分失活,茶多酚氧化反应迅速终止,其氧化速率也逐步降低;在复揉和理条过程中其含量有少许回升,待烘干后其含量又降为19.64%。另外,水浸出物含量鲜叶中为36.88%,萎凋开始后逐渐下降,发酵结束时仅为29.48%,此后又呈先升后降的趋势,烘干结束时其含量为30.45%。

游离氨基酸、可溶性糖、咖啡碱对红茶滋味、汤色的形成具有重要作用。由图1(B)可知,游离氨基酸在鲜叶中的含量为1.95%,萎凋时茶叶逐渐失水,蛋白质开始水解成小分子的氨基酸[20],其含量显著增加(p<0.05),此后则逐渐降低且最终趋于稳定,烘干结束时其含量为1.99%;在萎凋过程中,纤维素、淀粉等物质的水解以及糖苷类前体物质在糖苷酶的作用下降解生成各种小分子糖类物质[5,20],可溶性糖的含量增至3.86%,此后也逐渐降低且最终趋于稳定,烘干结束时其含量为3.45%;另外,咖啡碱含量在鲜叶中为3.56%,萎凋、揉捻、发酵结束后增至5.23%,初烘开始后,由于温度较高,咖啡碱在100 ℃以上高温易发生升华作用[2],其含量显著降低(p<0.05),此后则较为稳定,但在烘干过程中又进一步降低至4.01%。

茶色素为多酚类氧化聚合产物,是影响红茶汤色、滋味的重要成分[21]。由图1(C)可知,茶黄素含量在鲜叶中的含量极低,但在萎凋、揉捻和发酵过程中,茶多酚在多种酶的作用下发生酶促氧化,其含量增至0.28%,此后高温作用使茶多酚氧化反应终止,其含量也逐渐保持稳定;另外,茶红素、茶褐素的含量在萎凋、揉捻和发酵时显著增加(p<0.05),此后也逐渐保持稳定,待烘干结束后,茶红素、茶褐素的含量分别为3.01%、3.22%。一般来说,红茶品质得分与茶黄素、茶红素含量呈正相关,与茶褐素含量呈负相关[21]。由图1可知,初烘叶、成品茶的茶黄素含量显著低于复揉叶、理条叶(p<0.05),而成品茶的茶褐素含量显著高于复揉叶、理条叶(p<0.05)。因此,适当延长复揉、理条时间和快速烘干,进而实现茶黄素的累积和较少茶褐素的形成,可能有助于重庆工夫红茶品质的形成。

2.2 香气组分变化趋势分析

2.2.1 香气组分种类变化趋势分析 重庆工夫红茶萎凋时,伴随着细胞缓慢失水,鲜叶内糖苷酶的活性增强,大量香气前体物质被水解释放出来;同时在揉捻、发酵、理条、烘干过程中,部分化学成分氧化和降解也产生了香气物质,这些香气组分是形成重庆工夫红茶特有香型的基础。经GC-MS检测分析,重庆工夫红茶加工过程中共检测到58种香气组分,包括醇类(15种)、酯类(12种)、醛类(5种)、萜烯类(16种)、酮类(5种)、其它(5种)。鲜叶经一系列工艺加工后,香气组分数量及相对含量均发生了变化,详见图2和表1。由图2可知,重庆工夫红茶加工中的香气组分均以醇类(23.52%～52.08%)、酯类(29.29%～61.73%)为主,其相对含量均高于其他类型组分;萜烯类的种类较多,但相对含量较低;其他类型香气组分的种类和相对含量均较低。在鲜叶中,醇类和酯类在鲜叶中占香气组分总量的71.40%,加工中总体呈上升趋势,但在发酵和理条结束时,醇类的相对含量明显下降,而酯类则明显上升,这可能是由于两者之间发生转化造成的,待烘干结束后,醇类和酯类的相对含量达到88.01%。另外,醛类、萜烯类、酮类和其他组份总体上都呈降低趋势,可能是加工中上述类型香气组分散失或者向醇类、酯类转化造成的,其中醛类从鲜叶到成品茶的相对含量由5.38%降为3.61%,萜烯类由16.45%降为5.17%,酮类由3.06%降为1.34%,其它组分则由3.71%降为1.87%。

图2 香气组分种类在加工过程中的变化Fig.2 Change of aroma components types during processing

2.2.2 醇类变化趋势分析 醇类包括脂肪族醇、芳香族醇和萜烯醇,其香气特征多类似于花香或果香[22]。由图2可知,醇类在加工过程中总体呈上升趋势,但在发酵和理条阶段有明显地下降,这可能与醇类物质羟基不稳定,易氧化形成醛类、酸类等物质有关[23]。由表1可知,重庆工夫红茶加工过程中相对含量较高的醇类主要有芳樟醇及其氧化物(2.87%～21.36%)、苯乙醇(4.83%～7.11%)、苯甲醇(1.87%～3.57%)、橙花叔醇(1.92%～5.60%)、香叶醇(1.92%～15.14%)、脱氢芳樟醇(0.24%～5.16%)等。其中,芳樟醇及其氧化物具有铃兰花香,是红茶中含量较高的香气组分之一,对红茶香型形成有重要作用。鲜叶时,芳樟醇及其氧化物的相对含量为18.99%,在发酵和理条时有较大程度的降低,但干燥结束时又回升至20.68%。苯乙醇具有玫瑰香,在加工过程中呈先升后降的趋势,在初烘叶中的相对含量最高(7.11%),干燥结束时降至6.06%,由于苯乙醇阈值较高(750～1100 μg/L)[24],对红茶香气形成的影响需进一步研究。香叶醇表现为玫瑰香,是祁门红茶和福建红茶的特征性香气成分,鲜叶中其相对含量仅为1.92%,之后呈波动性变化,在成品茶中的相对含量达到13.35%。红茶有3种类型的香型:第一种是芳樟醇及其氧化物占优势型;第二种是中间型,含有芳樟醇和香叶醇;第三种是香叶醇占优势型[25],可以发现,重庆工夫红茶干燥结束后,芳樟醇及其氧化物的相对含量高于香叶醇,可能属于芳樟醇及其氧化物占优势型。

表1 香气组分含量在加工过程中的变化(%)Table 1 Change of relative contents for aroma components during processing(%)

续表

2.2.3 酯类、醛类变化趋势分析 酯类主要包括萜烯酯类和芳香族酯类,通常具有强烈而令人愉快的花香;醛类与红茶香型的形成有密切联系,主要包括脂肪族醛、芳香族醛和萜烯醛[22]。由图2可知,酯类在加工过程中总体呈上升趋势,尤其在发酵和理条阶段,其相对含量超过了醇类物质;醛类物质在鲜叶中含量较高,伴随着萎凋、揉捻的进行,其相对含量逐步降低,这可能与挥发性醛类物质的散失有关,但进入发酵、理条阶段后,其含量又有一定增加,此变化趋势可能与醇类物质的转化有关。由表1可知,在加工过程中相对含量较高的酯类有水杨酸甲酯(11.44%～56.25%)、己酸叶醇酯(1.89%～11.13%)等,相对含量较高的醛类是苯甲醛、壬醛等。水杨酸甲酯具有浓烈的冬青油香,对茶叶的清香具有一定贡献,鲜叶中,其相对含量为11.44%,发酵结束时达到最高值(56.25%),此后呈波动性变化,在成品茶中的相对含量为29.39%。另外,苯甲醛一般表现为苦杏仁香,成品茶中的相对含量达到2.10%,但由于苯甲醛阈值较高(350～3500 μg/L)[24],对红茶香型的贡献同样需要深入研究。

2.2.4 萜烯类、酮类和其他组分变化趋势分析 萜烯类属不饱和烃类,是一类广泛存在于植物体内的特殊香气,对茶叶香型形成有较大影响,重庆工夫红茶加工中相对含量较高的萜烯类有δ-杜松烯(0.62%～4.56%)、β-罗勒烯(0.26%～1.43%)等,上述物质通常表现为一定的果香、木香等[26-27]。酮类一般也具有微弱的香气,对红茶香气形成有贡献的通常为环状结构[22],相对含量较高的有β-紫罗酮、顺式茉莉酮等。β-紫罗酮具有紫罗兰香,主要由类胡萝卜素热降解产生[28-29];鲜叶中,β-紫罗酮的相对含量为1.16%,萎凋阶段,此后呈波动性变化,至干燥结束时为0.67%。虽然β-紫罗酮在加工过程中的相对含量较低,但其阈值同样较低(0.007 μg/L),对红茶香型的形成影响较大[24,30]。顺式茉莉酮表现为强烈而愉快的茉莉香,在鲜叶中的相对含量最高(1.01%),此后总体呈降低趋势,干燥结束时仅为0.33%。其他被检测到的香气组分有己酸、吲哚、二甲硫,同样对红茶香气的形成具有一定作用。

3 结论

检测分析了重庆工夫红茶加工过程中主要生化成分和香气组分的变化规律。其中水浸出物和茶多酚含量总体呈降低趋势,分别由36.88%、31.22%降至30.45%、19.64%;游离氨基酸、可溶性糖和咖啡碱含量则是先上升后下降,最终趋于稳定,三者在成品茶中的含量分别为1.99%、3.45%、4.01%;茶色素含量从萎凋至发酵结束均显著上升(p<0.05),此后也逐渐保持稳定。经GC-MS检测分析,重庆工夫红茶加工过程中共检测到58种香气组分,包括15种醇类、12种酯类、16种萜烯类、5种醛类、5种酮类、5种其它组分,其中以醇类、酯类为主,两者的相对含量均远高于其他类型组分;此外相对含量较高的香气组分有芳樟醇及其氧化物、香叶醇、苯乙醇、脱氢芳樟醇、水杨酸甲酯、苯甲醛、δ-杜松烯等,且重庆工夫红茶的香型可能属于芳樟醇及其氧化物占优势型。后期需通过精确定量分析深入探究各香气组分对茶叶香气形成的影响,进而为红茶生产加工提供理论支撑。