基于單萜類香氣組分的工夫紅茶發(fā)酵適度判別

何華鋒，桂安輝，葉陽*

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基于單萜類香氣組分的工夫紅茶發(fā)酵適度判別

何華鋒1，桂安輝2，葉陽1*

1. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所，浙江 杭州 310008；2. 湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹茶葉研究所，湖北 武漢 430064

單萜及其衍生物是茶葉香氣成分的重要組成，也是表征香氣適宜的重要指標(biāo)。文章對工夫紅茶發(fā)酵進(jìn)程中，香氣組分變化進(jìn)行了全程取樣分析。通過感官品質(zhì)評價，定性工夫紅茶發(fā)酵程度；借助氣相色譜-質(zhì)譜法（GC-MS）手段，分析發(fā)酵過程香氣組分，結(jié)合化學(xué)結(jié)構(gòu)特征，篩選出單萜及其衍生物21種；運用偏最小二乘法判別分析（PLS-DA），實現(xiàn)工夫紅茶發(fā)酵程度的有效預(yù)判，并計算出相關(guān)性顯著的5個單萜類香氣組分。研究結(jié)果為工夫紅茶發(fā)酵工序的反饋性調(diào)控，提供了理論保障。

單萜；發(fā)酵；判別；適度；工夫紅茶

發(fā)酵工序是形成工夫紅茶特有的色、香、味等品質(zhì)特征的決定性過程[1]。其實質(zhì)是茶樹鮮葉內(nèi)含品質(zhì)成分的氧化水解過程。受揉捻工序的機(jī)械外力作用，茶樹鮮葉細(xì)胞組織破壞，內(nèi)含物質(zhì)在內(nèi)源酶的促進(jìn)作用下發(fā)生一系列氧化、聚合、縮合等反應(yīng)，期間會形成諸如茶黃素、茶紅素等影響紅茶品質(zhì)的關(guān)鍵成分[2]。而決定工夫紅茶特征香型的物質(zhì)基礎(chǔ)也是在發(fā)酵過程中逐漸形成，其嗅覺感受變化體現(xiàn)為香氣由青草氣—清香—花香—果香—熟香的漸變過程。

然而，工夫紅茶的發(fā)酵進(jìn)程受溫度、相對濕度、供氧量、pH值、時間等諸多因子影響[3-5]。生產(chǎn)上，工夫紅茶發(fā)酵程度的控制主要依賴制茶人員的經(jīng)驗，通過觀察發(fā)酵葉的顏色和辨別茶香來判定發(fā)酵程度，缺乏科學(xué)性與準(zhǔn)確性[6]。Ghosh等[7]應(yīng)用電子鼻技術(shù)對紅碎茶發(fā)酵進(jìn)行監(jiān)測的過程中發(fā)現(xiàn)，香氣變化的檢測結(jié)果與紅碎茶的發(fā)酵適度存在一定的相關(guān)性。因此，藉由發(fā)酵過程中香氣的變化可以進(jìn)行工夫紅茶發(fā)酵適度的預(yù)測。

以芳樟醇、香葉醇以及檸檬烯等為典型成分的單萜類化合物是構(gòu)成茶葉香氣的基礎(chǔ)物質(zhì)，其含量組成決定了茶葉的特征香型[8]。而芳樟醇及其氧化產(chǎn)物被認(rèn)為與茶樹的品種、加工過程、鮮葉老嫩有關(guān)，其含量可在一定程度上反映出茶葉等級，含量越高，品質(zhì)越好[9]。在對單萜烯醇與茶樹品系特異性的分析中，以芳樟醇/（芳樟醇+香葉醇）所表征的萜烯指數(shù)T可用來作為無性系分類的重要指標(biāo)[10]。另一方面，分析單萜類香氣的組成可知，依據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)特點，單萜類化合物官能團(tuán)存在雙鍵、羥基、醛基、羧基等不同氧化態(tài)，在工夫紅茶的發(fā)酵進(jìn)程中，官能團(tuán)氧化態(tài)的逐漸升高與發(fā)酵的耗氧需求是一致的。所以說，單萜類香氣組分對于研究分析工夫紅茶香氣的形成，科學(xué)調(diào)控工夫紅茶的發(fā)酵進(jìn)程具有重要意義。

基于此，文章對浙江中小葉種工夫紅茶發(fā)酵全過程跟蹤分析，以期提出一種基于單萜類香氣組分預(yù)測工夫紅茶發(fā)酵適度的方法。

1 材料與方法

1.1 試驗原料和試驗設(shè)備

試驗原料：鳩坑品種，以一芽一二葉為主，采自浙江更香有機(jī)茶業(yè)開發(fā)有限公司有機(jī)茶園基地。試驗設(shè)備：連續(xù)化富氧發(fā)酵機(jī)（自主研發(fā)）、6CR-40型揉捻機(jī)（浙江綠峰機(jī)械有限公司）、6CH-3烘干機(jī)（浙江衢州高山茶機(jī)廠）、RHXL3SD型溫濕度記錄儀（日本Omron公司）、氣質(zhì)聯(lián)用分析儀（Agilent 7890A/5975C）。

1.2 試驗方法

1.2.1 發(fā)酵過程樣制備

在工夫紅茶萎凋、揉捻、干燥等加工工序條件保持一致的前提下，以自主研發(fā)的數(shù)字化富氧發(fā)酵機(jī)作為試驗平臺，開展工夫紅茶發(fā)酵過程樣制備。發(fā)酵條件設(shè)置：相對濕度設(shè)定為90%，溫度30℃，發(fā)酵時間300?min，發(fā)酵過程中每30?min取樣1次，取樣100?g于液氮中冷凍保存，用于理化及香氣成分檢測；同時取樣200?g進(jìn)行干燥、冷卻、保存，用于感官品質(zhì)評價，共計取樣11次。

1.2.2 香氣成分檢測

采用頂空固相微萃取法（HS-SPME）進(jìn)行香氣組分富集，結(jié)合GC-MS技術(shù)實現(xiàn)發(fā)酵過程樣香氣組分的定性定量分析。

稱取磨碎茶樣1.00?g裝入50?mL的樣品瓶中，加入3?mL沸騰超純水，加蓋密封，于60℃水浴鍋中平衡10?min，固相微萃取吸附50?min后，于氣質(zhì)聯(lián)用儀進(jìn)樣口230℃解吸附3.5?min進(jìn)行GC-MS分析。

GC條件：DB-5MS（30?m×0.25?mm×0.25?μm）彈性石英毛細(xì)管色譜柱。程序升溫：50℃保持2?min，以3℃·min-1升至80℃；以2℃·min-1升至180℃；以10℃·min-1升至230℃，保持5?min；柱箱50.0℃，進(jìn)樣口溫度為230.0℃；載氣流速1.2?mL·min-1。進(jìn)樣方式為不分流進(jìn)樣，載氣為He。

MS條件：EI源，電子能量70?eV；離子源溫度230℃；質(zhì)譜接口溫度230℃；質(zhì)量掃描范圍35~400?u。

1.2.3 感官品質(zhì)評價

參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 23776—2009，對制得的工夫紅茶外形、湯色、香氣、滋味、葉底5項感官品質(zhì)進(jìn)行評價，各感官因子的權(quán)重分別為25%、10%、25%、30%、10%，為回避其他工序造成的影響，將外形、葉底統(tǒng)一賦值85分。

2 結(jié)果分析

如表1所示，發(fā)酵過程中的取樣經(jīng)統(tǒng)一的干燥條件與方式制得工夫紅茶毛茶，并經(jīng)密碼審評、加權(quán)得分，得到其感官品質(zhì)總分。

分析可知，發(fā)酵進(jìn)行0、30、60、90?min品質(zhì)改變不大；至120?min時，感官品質(zhì)總得分最高，可視為發(fā)酵最佳；隨后，感官品質(zhì)總得分逐漸降低，表明發(fā)酵程度逐漸加深，工夫紅茶品質(zhì)受到影響。

另一方面，對發(fā)酵過程中茶葉香氣組分采用GC-MS進(jìn)行分析，參考標(biāo)準(zhǔn)譜圖（NIST14）檢索，共分離鑒別出化合物73種。根據(jù)其化學(xué)結(jié)構(gòu)特征，篩選出單萜及衍生物21種，并采用相對定量計算出各發(fā)酵時段其在香氣總量中的占比（表2）。

表1 工夫紅茶發(fā)酵樣品感官審評結(jié)果及發(fā)酵程度等級評定

基于此，將以上21種單萜及其衍生物香氣組分作為變量，采用PLS-DA法對發(fā)酵過程在制品進(jìn)行聚類分析。如圖1所示，可有效地將工夫紅茶發(fā)酵在制品區(qū)分為4個區(qū)域，其中：0、30、60、90?min集中于綠色區(qū)域，可視為發(fā)酵不足；120?min單獨居于紅色區(qū)域，視為發(fā)酵最適宜區(qū)；150、180、210、240、270?min則相對集中的處于深紅色區(qū)域，視為發(fā)酵適宜區(qū)域；300?min則較為偏離，處于紫色區(qū)域，可認(rèn)為是發(fā)酵過度。這一判別結(jié)果與感官品質(zhì)的得分較為吻合。

進(jìn)一步分析單萜及其衍生物對工夫紅茶發(fā)酵適度判別的貢獻(xiàn)可知，異胡薄荷醇、芳樟醇氧化物III、芳樟醇氧化物II、橙花叔醇、g-吡喃酮烯、月桂烯是相關(guān)性前5位的化合物。

3 討論

通過對發(fā)酵在制品全程取樣分析，基于感官品質(zhì)評價將發(fā)酵進(jìn)程劃分為發(fā)酵不足、發(fā)酵適宜、發(fā)酵過度3個階段。然后，通過GC-MS對發(fā)酵過程中在制品的香氣組分進(jìn)行分析，共分離鑒定出香氣化合物73種；依據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)特征，篩選出單萜及其衍生物21種，進(jìn)一步借助PLS-DA分析，成功實現(xiàn)對發(fā)酵程度的預(yù)測。此外，通過計算得出異胡薄荷醇、芳樟醇氧化物III、芳樟醇氧化物II、橙花叔醇、g-吡喃酮烯、月桂烯是與發(fā)酵適度相關(guān)性較顯著的前5位單萜類化合物。

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Discrimination of Fermenting Degree of Congou Black Tea Based on Monoterpenoid

HE Huafeng1, GUI Anhui2, YE Yang1*

1. Tea Research Institute, CAAS, Hangzhou 310008, China; 2. Institute of Fruit & Tea, Hubei Academy of Agricultural Sciences, Wuhan 430064, China

As the basic constituents, monoterpenoids are important indicators for the tea aromatic quality. The time course changes of aromatic components were tracking analyzed throughout the fermentation process. Based on organoleptic evaluation, degree of fermentation was classified qualitatively. Using gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS), compositions of aroma were screened during fermentation, and 21 monoterpenoids were discriminated by taking chemical structure into consideration. Employing partial least squares discrimination analysis (PLS-DA) to analyze, effective prejudgment of the fermenting degrees was obtained. Five compounds of the monoterpenoids were calculated as the crucial compositions in connection with the prognosis. Result of the research would be the theoretic guarantee for the feedback control of fermentation process of Congou black tea.

monoterpenoid, fermentation, discrimination, moderation, Congou black tea

TS272.5+2

A

1000-369X(2018)04-406-04

2017-12-18

2018-01-04

中央級科研院所基本科研業(yè)務(wù)費專項項目（1610212016020）、浙江省重點研發(fā)計劃項目（2015C02001）、杭州市科研院所技術(shù)開發(fā)研究專項（20152231E13）

何華鋒，男，助理研究員，博士，研究方向為茶葉品質(zhì)化學(xué)與資源化利用。*通信作者：yeyang@tricaas.com