光质萎凋对茶叶品质形成的研究进展

方仕茂， 黄文静， 刘忠英， 潘 科*

(1.贵州省农业科学院 茶叶研究所， 贵州 贵阳 550006； 2.安徽农业大学 茶树生物学与资源利用国家重点实验室， 安徽 合肥 230036)

萎凋是茶叶采后加工的起始工序，也称摊晾、摊青、晾青或晒青[1]。在萎凋过程中，随着细胞失水，叶质变软，有利于后续的加工造型；细胞液浓度增大，细胞膜结构破坏，提高了水解酶及氧化酶等酶类活性，从而促进蛋白、多糖、脂肪等大分子物质的酶促水解与氧化反应，为茶叶色、香、味的形成奠定物质基础[2]。光质萎凋由于热效应和光效应性对茶叶品质提升具有重要意义，在实际的加工生产中得到重视，越来越多的生产企业采用人工光源改善原有的自然萎凋条件。

1 光质萎凋对茶叶品质的影响

1.1 物理特性

1.1.1 光质的光、热效应 光质的热效应是影响萎凋叶叶温、含水率、柔软性、弹性、容重和色泽等物理特性的主要因素。萎凋叶吸收不同光质的辐射，使得叶子内分子的运动频率加快，内能增加，叶温升高，温度以传导和对流形式向周围传递，加速萎凋叶水分散失[3]。张艳丽[4]研究表明，光质萎凋的平均叶温比室内自然萎凋叶温增加5.86℃；波长越长，萎凋叶含水率越低，萎凋叶含水率与光源功率和叶温呈负相关关系。随着萎凋叶含水率下降，细胞膜破损，原有的组织空间结构遭到破坏，细胞皱缩，细胞间隙变小，使得萎凋叶容重增加[5]。当光照强度为6 000 Lx，处理8.5 h，萎凋叶的容重、塑性和柔软性综合效果最佳，弹性最小[6]。

1.1.2 茶叶叶绿素 茶叶色泽随着萎凋时间的延长，亮度值呈先减小后增加趋势，在6 000 lx处理10 h，亮度值最佳；绿度值呈上升-下降-上升趋势，在6 000 lx处理8.5 h，绿度最好[6]。萎凋过程中绿度值的上升可能与叶绿素含量变化有关。因为叶绿素发育受光信号调控影响，在不同光质下，叶绿素a/叶绿素b的比值不同，黄光和蓝光有利于叶绿素b的合成，红光可促进叶绿素a的形成[7]。绿度值的增加可能与轻度脱水胁迫相关，在萎凋阶段，轻度的脱水胁迫能够诱导叶绿素的合成，其次萎凋后期呼吸作用减弱，低温能够通过抑制脱镁螯合酶、叶绿素酶的活性及其基因表达减缓叶绿素的降解[8]。

1.2 香气物质

1.2.1 光质影响香气物质代谢途径 光质萎凋对茶叶中胡萝卜素氧化降解、脂肪酸氧化降解和糖苷类水解的代谢途径产生影响。1)光质改变初级代谢特征，为二级代谢提供必要的先质；2)光引起茶树的应激响应，从而合成或释放挥发性物质；3)光的温度效应改变萎凋叶中的酶活性[9]。陶汉之等[10]研究表明，红光照射下光合速率高于蓝紫光，有利于CO2的同化和糖类的合成，蓝紫光促进氨基酸、蛋白质合成，从而为二级代谢提供反应前体。光质对茶叶香气的影响与作用时间相关，茶树蓝光和红光处理3 d，其内源性萜类物质含量比黑暗处理明显增加[11]，茶树为期3周的遮光处理，苯丙烷类/苯环型化合物类香气物质显著增加[12]。因此在茶鲜叶采摘前，可以根据加工茶类的需要，对茶树进行特定光质处理，从而为后续的萎凋工序提供基础。

1.2.2 不同光质处理影响香气物质含量 光质萎凋影响毛茶香气组成，促进愉悦型香气物质增加。茶鲜叶中约80种挥发性成分，以顺-3-己烯醇含量为最高的脂肪族醇类化合物为主[13]。经过黄橙光萎凋，香气物质较鲜叶增加42种，且与全光照射萎凋叶相比，在共检出的30种化合物中，除α-紫罗兰酮，其余化合物含量均高于全光处理[14]。王登良等[15]研究表明，以波长大于520 nm，光照强度为13 725～16 774 lx的光波进行晒青30 min，制得毛茶独具β-紫罗酮、紫罗兰酮；红光、黄光和橙光处理还能促进长叶烯、橙花叔醇及其异构体的生成，且明显提升了β-紫罗酮含量[16]。覃玉等[14]对比橙光和全光处理单枞发现，以黄橙光晒青毛茶含有的芳香物质种类、含量均较多。ZEYI等[17]利用包括白光在内的8种光质照射萎凋叶表明，黄光照射9 h，香气化合物相对含量最高。张贝贝等[18]研究表明，经黄光处理红茶香气总量增加21.7%，而醛酮类和烷烯烃类变化较小。李小娟等[19]通过不同光质照射鲜叶发现，紫外处理有鲜爽花香和甜浓花香的精油成分显著增加。

1.2.3 光质萎凋促进糖苷类香气物质释放 光质萎凋增强糖苷酶的活性，促进糖苷类香气物质释放，改善茶叶香气品质。LED黄光(320 lx)有利于促进萎凋叶β-葡萄糖苷酶基因(CsBG1、CsBG2)和β-樱草糖苷酶基因(CsBP)表达上调，在萎凋后期调控β-葡萄糖苷酶活性提高，促进工夫红茶甜花香气类物质产生[20]。JANG等[21]利用3.0 mmol/(m2·s)UV-B处理萎凋叶2 h，发现糖苷类香气含量增加，且与照射剂量及茶树品种具有相关性。

综上所述，对未离体茶树鲜叶遮阴或其他光质处理，以改善光质条件，为采后萎凋加工创造条件。光质萎凋有助于改善香气化合物的种类和含量，进而提升香气品质。不同光质萎凋存在光照剂量和鲜叶品种差异，过度的光质萎凋可降低挥发性化合物含量，导致香气品质下降[21]。目前，光质萎凋研究主要集中在光照强度、光照时间对茶叶品质形成的影响[6,15]，但缺少在合理的萎凋时间范围类讨论光质萎凋的可行性。其次，针对不同茶类，选择差异光质萎凋则未见研究报道。

1.3 主要非挥发性物质

茶叶中富含丰富的儿茶素、茶氨酸和咖啡碱等特征性次生代谢产物，赋予了茶叶特异的色、香、味品质，且与人体健康密切相关[22]。茶叶加工的实质主要是降低茶叶苦涩味，增加鲜爽度，保留或促进产生形成特异性香气物质。研究聚焦在光质对茶树次生代谢的影响[23-25]。近年来，随着对萎凋工序的重视，在实际生产中，热风和光质等辅助方式逐渐应用到萎凋过程中[26]。

1.3.1 茶多酚类物质

1)多酚类。不同光质萎凋促进多酚物质的降解，但由于采取的光质萎凋方法不同，结果存在差异。茶鲜叶中多酚含量占干重的18%～36%[13]。袁林颖等[27]研究指出，蓝光萎凋茶多酚含量比鲜叶减少3.59%，比自然光减少1.20%。危赛明[28]研究表明，红光、混合光处理茶叶多酚含量最低，分别为21.49%和21.54%，而日光萎凋叶为22.11%。柯茜[2,8,30-31]研究表明，不同颜色光照，茶多酚含量有显著差异。但ZEYI等[ 17]利用8种光质处理，多酚类含量组间差异不显著。其次，覃玉等[14]研究黄橙光和全光晒青单枞指出，多酚类含量均表现为黄橙光>全光。

2)儿茶素类。光质萎凋影响儿茶素类化合物含量，改善茶汤的滋味特征。儿茶素是茶叶中主要的生物活性成分，占鲜叶干重的12%～24%，占多酚类总量的70%～80%[13]。黄光处理相较无光处理，总儿茶素类含量改变显著，且黄光处理GC、EGCG和ECG含量最高，分别为7.45 mg/g、2.26 mg/g和1.77 mg/g[17]。黄光处理的儿茶素总量显著高于自然萎凋21.6%，其中EGCG和ECG含量极显著提高，GC和EC显著增加，而EGC和C差异不显著[18]。多次间歇白光(400±10)μmol/(m2·s)处理铁观音做青叶，无光处理组儿茶素总量为142.741 mg/g，多次间歇LED白光照射儿茶素组分总量为100.552 mg/g，显著降低了儿茶素类化合物的含量，改善了苦涩味品质[32]。黄藩等[33]研究表明，红光处理的GC、EGC、EGCG、酯型儿茶素及儿茶素总量降低程度最大，与无光处理相比，红光和蓝光处理均能显著降低ECG的含量。其次，柯茜[29]对红光萎凋0～9 h茶样检测结果表明，儿茶素类物质的含量呈先升高后降低趋势。因此，光质萎凋降低儿茶素类含量。

光质萎凋对茶叶中多酚类物质的影响主要与多酚氧化酶(PPO)的活性具有相关性[34]。光质萎凋过程中，由于不同光质的热效应不同，PPO活性受光质照射时间限制。随着辐照时间的延长和辐照距离的减小，PPO活性在可见光范围内活性不断上升，非可见光范围内先上升后下降[4]。范仕胜等[35]研究指出，PPO活性在自然萎凋和碘钨灯(250 W，13 600 lx)照射均先增加后降低，分别在萎凋4 h和3 h达最大值7.97 U/g(FW)和5.05 U/g(FW)。罗玲娜等[31]研究结果与之类似。

综上，光质萎凋对多酚类物质含量的影响是双重的，在一定光质萎凋条件下，促进多酚类物质的降低，相反，则有利于多酚类物质含量的积累。可能由光强或光质萎凋时间导致，该双重结果对于光质萎凋技术的应用具有指导意义，即光质萎凋需要充分考虑光质、光强及光质萎凋时间，从而实现光质萎凋技术的科学应用。

1.3.2 氨基酸类

氨基酸是贡献茶风味和健康功能的主要成分，其中非蛋白质氨基酸(如茶氨酸)含量占游离氨基酸总量的60%以上[36]。对于不同光质处理，萎凋叶中的氨基酸含量均呈增加趋势，但过度的光质处理导致游离氨基酸含量降低。无光处理使茶叶中可溶性蛋白水解，游离氨基酸含量增加[37]。红光处理后氨基酸含量最高且比对照增加0.12%[27]。但在红光萎凋0 h、3 h、6 h、9 h的动态过程中氨基酸总量呈先升高后降低趋势[29]。红光萎凋天冬氨酸和茶氨酸含量降低程度最大，异亮氨酸、亮氨酸、酪氨酸、赖氨酸、组氨酸含量增加明显，而无光处理丝氨酸、缬氨酸、苯基丙氨酸含量增加明显，其余氨基酸在蓝光处理下增加明显[33]。LED白光处理(1.27 mg/g)较无光对照处理1.01 mg/g增加25.74%[32]。罗玲娜等[31]采用LED红、黄、绿、蓝和白光光源处理福鼎大白毫1芽2叶、3叶表明，黄光组的氨基酸含量最高(4.35%)，无光处理组最低(3.96%)。

光质的光、热效应诱导蛋白酶活性增加，从而促进蛋白水解成游离氨基酸。游离氨基酸含量的增加，有助于提高茶汤的鲜爽度[38]。已有研究表明，由于低分子量蛋白质和多肽的酶解，游离氨基酸在早期大量增加[36]。范仕胜等[35]研究指出，蛋白酶活性在自然萎凋和碘钨灯处理的1 h和3 h分别达到最大值，分别为4.93 U/g(FW)和4.82 U/g(FW)。柯茜[29]在探究红光萎凋处理的萎凋叶氨基酸含量变化机制表明：1) 在红光萎凋不同时间条件下，红光和自然萎凋处理前期，调控天冬氨酸、谷氨酸和茶氨酸前体物质合成酶均表达上调，而调控其分解转化的酶则表达下调，从而使得L-天冬氨酸、谷氨酸、茶氨酸含量得到积累。但萎凋后期，由于其分解速率大于合成速率，离体茶青缺少新的前体物质生成，降低了合成速率，从而导致L-天冬氨酸、茶氨酸含量显著下降。2) 在相同的红光萎凋时间处理下，红光萎凋前期的磷酸烯醇丙酮酸羧激酶、丙酮酸脱羧酶和苹果酸脱氧酶的表达低于自然萎凋，且差异显著，使萎凋后期L-天冬氨酸的含量极显著低于自然萎凋；虽然红光萎凋的异柠檬酸脱氢酶表达显著低于自然萎调，但在萎调后期，红光处理的谷氨酸含量显著高于自然处理，原因可能是红光处理较自然萎凋有效抑制了谷氨酸的分解或转化速率，使得红光处理的谷氨酸含量得到一定程度积累[29]。

1.3.3 咖啡碱

多数研究聚焦在光质萎凋对茶叶中儿茶素类物质、氨基酸和香气等物质的影响，光质萎凋对于咖啡碱的代谢机制不清晰，目前的研究报道仅对处理样本咖啡碱含量检测，并未从机理层面进行解释。袁林颖等[27]采用1芽1叶、1芽2叶鲜叶为原料，以自然光萎凋为对照，分别采用红、橙、黄、绿、蓝光质LED灯单色光照射萎凋0 h、3 h和6 h，咖啡碱含量相对稳定。然而，柯茜[29]采用红光照射黄旦品种1芽2叶鲜叶，间隔3 h取样，共萎凋9 h，表明咖啡碱含量逐渐升高。但陈寿松等[39]研究表明补光萎凋，光强为(300±10)μmol/(m2·s)，使得咖啡碱含量降低。罗玲娜等[31]采用LED光源萎凋福鼎大白1芽2、3叶表明，黄光和无光处理组的咖啡碱含量低于红、绿、蓝和白光组。

光质萎凋对于咖啡碱含量的影响结论差异可能与光质处理时间、光强、鲜叶品种有关。研究表明，光照强度太强抑制咖啡碱的合成和积累[22]。咖啡碱主要与茶叶中的绿原酸结合形成复合物，聚集在细胞的液泡中[40]。光质萎凋光热效应可能促进该复合物的解离，从而使得萎凋叶中咖啡碱含量的增加。

1.3.4 可溶性糖物质

光质萎凋增加可溶性糖含量，且与光质热效应呈正相关。可溶性糖是贡献茶汤甜醇度品质和呼吸作用的重要物质，能够参与绿茶以及红茶香气物质的形成，也有利于多酚类的生物合成，与氨基酸相互作用可以产生具有各种香气的醛类[41]。乌龙茶鲜叶(肉桂)在晒青，可溶性总糖、蔗糖、果糖和葡萄糖含量增加，其中可溶性总糖含量明显增加，上升幅度为9.14%[42]。对铁观音品种鲜叶LED红光处理，可溶性糖含量最高(5.05%)，其次是日光、蓝光和黄光，可溶性糖含量分别为4.96%、4.96%和4.92%，最低为无光处理4.84%[39]。在红茶萎凋中，相同时间红光处理3 h，自然萎凋可溶性糖含量最高(3.93%)，且与红光、绿光有极显著差异。处理6 h、9 h，可溶性糖含量由高到低依次为红光、自然、绿光处理，且9 h红光的可溶性糖含量(3.633%)显著高于绿光(33.08%)和自然处理(33.79%)[29]。但经光质处理后绿茶摊青叶可溶性糖含量减少，自然摊青叶可溶性糖含量最高，其次是黄光，最低蓝光[27]。

光质萎凋可溶性糖含量增加与茶叶中纤维素，果胶酶活性增加有关。鲜叶中存在较低活性的纤维素酶，由于鲜叶离体后，处于非生物因子胁迫下，水解酶类或裂解酶类活性增强，以促使不溶性的高分子或大分子物质向水溶性的低分子或小分子物质的转化[43]。多糖在纤维素酶、果胶酶等多糖水解酶的作用下完全水解时，糖苷键断裂而成单糖[44]。

2 光质萎凋技术应用存在问题

近年来，萎凋对茶叶品质形成的影响已有较为系统的研究，对茶树品种类型、萎凋过程的代谢和分子水平均有阐述，尤其对于茶叶中的风味化合物的分析已有明确认识[45-47]。目前研究焦点在于加工机械化、连续化，由于萎凋是耗时工序，限制茶叶加工的连续化生产。光质萎凋由于其高效、节能、环保、易于精准化控制等特点，在茶叶加工方面有较大潜力。

2.1 光质萎凋设备研制较浅

在已有日光萎凋、室内自然萎凋和热风萎凋等方式中，均有相应的设备研制、使用和推广。目前，在茶叶生产企业，多数具备热风萎凋条件，且对于热风萎凋基本能实现温度精准控制。光质萎凋的光源通常有日光、氙灯、卤素灯、白炽灯和LED灯等[3]。其中LED是冷光源，具有中心波长选择性强、光谱半波宽度窄等优点而被广泛使用，且LED灯较荧光灯节能83%，较白炽灯节能54%[39]。其次，少有贮叶槽、光源、加热和鼓风组合成型的设备在实际生产中应用，已有简单实验室式的装置不能满足实际生产需要。基于此，解决光质萎凋设备的研制问题是推广光质萎凋技术的前提，是解决从试验研究向实际生产转变的关键。

2.2 光质类型、光照强度和光照时间的选择应用不明确

光质萎凋是基于匹配吸收实现的，但目前萎凋工序中光质的选择尚未有定论，但表明长波长的近红外、红、橙和黄光处理，热效应明显，短波长的紫、蓝和绿光则主要体现在光效应方面[48]。另一方面，组合光质对风味物质的影响不显著，增加了光质类型的选择难度[17]。如何明确不同光质在萎凋中的作用及其品质形成机制，是解决光质萎凋技术应用的关键。

由于光质萎凋的热效应作用，在进一步的机械损伤或水分等因子的胁迫下，加速水分的散失，萎凋叶红变、干枯，使得萎凋叶品质下降影响后续加工，最终影响成品茶品质。不同茶类加工萎凋必要时间有差异，萎凋时间合理有利于后续加工和品质形成。因此，在实际的应用中，需要考虑光的热效应，对于光质处理时间，光质强度需要有合理控制。目前对于光质类型、光照强度和光照时间的应用尚未有深入且系统的研究。

2.3 光质萎凋影响茶叶品质形成的机理不清楚

光质萎凋改变茶叶内含物质的代谢特征，为后续加工提供物理特性和化学反应前体，使得制成产品品质均衡。然而对于光质萎凋，目前仅停留在光质的光效应和热效应的简单利用。茶叶采后萎凋对于品质的形成已得到不同课题组研究结果的相互验证[1,6,12,17,47]：即萎凋叶遭受机械损伤、水分和温度等因子胁迫，鲜叶的物理特性和酶类活性受到改变、诱导，影响茶叶次生代谢，为茶叶品质形成提供基础。光质对于萎凋叶的物化特性改变作用尚不明确。其次，光质光、热效应影响机制尚未明确，从而导致在实际生产加工中，对于光质类型选择，光照强度设置和光照周期选定均带有经验成分，未能实现科学且精准的光质萎凋。

3 展望

3.1 光质-热风联用萎凋技术具有潜在的应用潜力

目前，萎凋工序引入了光质-热风技术，在一定程度上解决了自然萎凋的不可控现状，有助于改善实际生产的茶青堆积，或是萎凋不足等问题。加速或减缓萎凋进程，提升了萎凋工艺的可控性。茶叶通过萎凋环境的空气流动性，萎凋叶摊放厚度，萎凋环境的温度萎凋失水。增加萎凋环境的空气流动性和温度，摊叶薄可加速萎凋进程。鼓风促进空气流动的同时，也有效调节环境温度。

利用动态-静态循环萎凋模式，缩短萎凋时长以实现萎凋叶品质改善[49]。传统的自然萎凋耗时，导致生产缓滞，茶青得不到合适处理，限制了后续加工环节推进。光质-热风萎凋模式，即在动态萎凋阶段为热风萎凋结合长波光质处理，在静态萎凋时段，引入光质处理，充分利用光质的光效应。该萎凋模式有效提升茶叶品质，促进制茶进程。

3.2 光质萎凋技术针对性改善茶叶风味特征

光质萎凋改变风味物质的代谢特征，光质的光效应对于茶叶香气品质的提升具有显著效果。其中对于乌龙茶的做青环节，光质影响愉悦型香气物质的产生，降低呈味苦涩的酯型儿茶素类物质，提升了茶叶风味品质。在红茶加工萎凋过程中，光质处理有助于促进类胡萝卜素降解相关的积极香气化合物；光质的热效应提高多酚氧化酶活性，促进多酚类物质向茶黄素、茶红素等聚合物转化，改善了红茶的风味特征。因此，针对加工茶类，选择合适的光质类型、光强和光照时间，以实现对茶叶风味品质的针对性改善。

3.3 光质萎凋技术为茶叶连续化加工提供条件基础

为茶叶加工实现连续化生产提供前提条件。萎凋是茶叶采后加工的第一步，是红茶、白茶和绿茶(摊青)等茶类加工的限速工序，萎凋品质一定程度上影响产品的优劣。由于萎凋耗时较长，导致茶叶连续化加工实施难度大。在静态-动态萎凋中引入光质处理，控制萎凋进程，为茶叶加工连续化提供条件基础。