不同茶類加工副產(chǎn)物的化學(xué)成分分析

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(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所,農(nóng)業(yè)部茶樹生物學(xué)與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 浙江省茶葉加工工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,浙江杭州 310008; 2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究生院,北京 100081)

茶葉加工副產(chǎn)物指茶葉生產(chǎn)過程中除正茶外被廢棄或挑出的茶末、茶片、茶梗、茶灰、筋毛等產(chǎn)品,其中茶末和茶片約占茶葉總量的10%～30%,同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生大量的茶梗,尤其是鐵觀音茶梗,約占毛茶總量的30%[1]。名優(yōu)茶加工對(duì)采摘原料嫩度和整齊度要求較高,加工過程中僅會(huì)產(chǎn)生少量的茶片和茶末,這些茶葉片末通?？捎糜谥苯記_飲,大宗茶加工采摘原料較粗老,機(jī)械化程度更高,加工過程中產(chǎn)生更多的加工副產(chǎn)物,尤其是茶片、茶末和茶梗,這類茶葉加工副產(chǎn)物尚未得到有效開發(fā)利用,部分茶葉片末作為深加工提取的原料,其余大部分加工副產(chǎn)物焚燒處理或作為茶園肥料,如果能將茶葉副產(chǎn)物有效的利用于茶葉深加工,可較大地提高茶葉副產(chǎn)物的利用率。

茶葉加工副產(chǎn)物中含有較多的茶多酚、生物堿、氨基酸、茶多糖、纖維素和礦物質(zhì)等成分[2],目前已有對(duì)茶末和茶梗中多糖[3]、茶多酚、葉綠素、咖啡因[4-5]、總黃酮[6]、茶氨酸[7]、水溶性膳食纖維[8]、茶皂素[9]等提取研究,并優(yōu)化得到了提取純化的工藝技術(shù),但并沒有對(duì)某種副產(chǎn)物的優(yōu)勢(shì)化學(xué)成分進(jìn)行針對(duì)性研究,如茶末中兒茶素、總黃酮、咖啡堿、多糖、水溶性膳食纖維等成分提取。

本實(shí)驗(yàn)篩選綠茶、紅茶和烏龍茶的茶末、茶片、茶梗為原料,以對(duì)應(yīng)的大宗茶作為對(duì)照,概括了不發(fā)酵、發(fā)酵和半發(fā)酵三類茶加工副產(chǎn)物的營(yíng)養(yǎng)情況,對(duì)比不同茶葉加工副產(chǎn)物中茶多酚、兒茶素、茶黃素、聚酯型兒茶素、氨基酸、咖啡堿、總糖和可溶性蛋白等理化成分含量,以期為茶葉加工副產(chǎn)物在深加工方面的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

綠茶茶片(LP)、茶末(LM)、茶梗(LG)、大宗茶(LD) 安徽省六安市裕安區(qū)青山茶廠;烏龍茶茶片(WP)、茶末(WM)、茶梗(WG)、大宗茶(WD) 武夷山戲球茶業(yè)有限公司;紅茶茶片(HP)、茶末(HM)、茶梗(HG)、大宗茶(HD) 祁門紅茶發(fā)展有限公司;以上材料均為烘干樣;乙腈 色譜純；福林酚、甲醇、碳酸鈉、蒽酮、硫酸、考馬斯亮藍(lán)、磷酸 均為分析純;實(shí)驗(yàn)用水 娃哈哈純凈水。

1100型高效液相色譜儀 Agilent公司;Waters alliance w2695型高效液相色譜儀 Waters公司;3K15型離心機(jī) Sigma公司;BSA124S-CW型天平 賽多利斯科學(xué)儀器有限公司;UV-3600型分光光度計(jì) 島津公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 基本化學(xué)成分分析 茶磨碎試樣制備、水分、水浸出物、茶多酚測(cè)定分別參照《GB/T 8303-2013茶 磨碎試樣的制備及其干物質(zhì)含量測(cè)定》;《GB/T 8304-2013茶 水分的測(cè)定》;《GB/T 8305-2013茶 水浸出物測(cè)定》;《GB/T 8313-2008茶葉中茶多酚和兒茶素類含量的檢測(cè)方法》。

可溶性蛋白測(cè)定參考焦?jié)峓10]的研究略有調(diào)整,吸取待測(cè)液0.6 mL,加水0.4 mL稀釋,放入試管中,加入5 mL考馬斯亮藍(lán)試劑,搖勻,放置2 min后于595 nm下比色,測(cè)定吸光值。

總糖測(cè)定參考張正竹[11]的方法稍作修改,取0.1 mL待測(cè)液,加0.9 mL水稀釋后,放入15 mL具塞試管內(nèi),再加入4 mL的2.0 g/L蒽酮硫酸液(現(xiàn)配現(xiàn)用),100 ℃恒溫水浴10 min,冰水浴冷卻后620 nm檢測(cè)吸光值。

1.2.2 咖啡堿和兒茶素、茶黃素、聚酯型兒茶素組成分析 參照薛金金等[12]的研究方法:色譜柱5C18-AR-Ⅱ(4.6 mm×250 mm);進(jìn)樣量10 μL;檢測(cè)波長(zhǎng);流速0.8 mL/min;柱溫35 ℃;流動(dòng)相A 50 mmol/L磷酸,B 100%乙腈;洗脫梯度為0～39 min,A相由96%降至70%,39～54 min,A相由70%降至25%,54～55 min,A相由25%升至96%。

1.2.3 氨基酸組成分析 AccQ-Tag氨基酸分析方法:色譜柱AccQ-Tag氨基酸(15 mm×3.9 mm×4.6 mm);進(jìn)樣量10 μL;熒光檢測(cè)器檢測(cè)波長(zhǎng):Ex 250 nm,Em 395 nm;流速1 mL/min;柱溫37 ℃;流動(dòng)相A 10%磷酸,B 100%乙腈,C超純水;洗脫梯度見表1。

表1 梯度洗脫條件Table 1 Gradient elution condition

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SAS 9.2進(jìn)行顯著性分析和聚類分析,采用Excel 2007整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)、作圖,實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次,結(jié)果以平均值表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同茶類加工副產(chǎn)物的基本成分分析

綠茶、烏龍茶和紅茶的不同加工副產(chǎn)物中水浸出物、茶多酚、總糖、可溶性蛋白和咖啡堿含量分析,由圖1可知,水浸出物是茶葉水溶性物質(zhì)含量的綜合表現(xiàn),不同茶類副產(chǎn)物中水浸出物含量比較,表現(xiàn)為綠茶>紅茶>烏龍茶,主要是由于原料嫩度和加工過程中的氧化程度相關(guān),烏龍茶原料較粗老,水浸出物含量最低,紅茶氧化程度高,水浸出物含量低于綠茶,該表現(xiàn)規(guī)律可能與原料品種和季節(jié)相關(guān),綠茶品種春季多酚含量高[13];不同副產(chǎn)物類型水浸出物含量比較,表現(xiàn)為茶梗的水浸出物含量顯著低于其他副產(chǎn)物和低檔茶,主要與茶梗的結(jié)構(gòu)組成相關(guān),茶梗中纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等不溶于水的成分含量較高[14]。

圖1 不同茶葉加工副產(chǎn)物基本營(yíng)養(yǎng)組成Fig.1 Proximate nutritional compositions in different tea processing by-product注:同一指標(biāo)不同小寫字母表示差異顯著(p<0.05)。

茶多酚是茶葉中重要的成分,不同茶類相同副產(chǎn)物中茶多酚含量比較,表現(xiàn)為綠茶茶多酚含量顯著高于烏龍茶和紅茶(p<0.05),紅茶加工副產(chǎn)物中茶多酚含量高于烏龍茶,主要是由于紅茶發(fā)酵過程中茶多酚氧化形成生成茶色素,烏龍茶原料葉片成熟度高,茶鮮葉中茶多酚含量偏低;不同副產(chǎn)物之間比較,表現(xiàn)為茶梗中茶多酚含量顯著低于其他副產(chǎn)物和大宗茶(p<0.05)。

不同副產(chǎn)物中總糖含量比較,表現(xiàn)為L(zhǎng)G含量最高,為22.85%,顯著高于其他副產(chǎn)物和大宗茶(p<0.05),HG含量顯著高于大宗茶(p<0.05),WG和WD中總糖含量顯著高于茶片和茶末(p<0.05);不同副產(chǎn)物中可溶性蛋白含量比較,LG和WG中可溶性蛋白含量顯著低于其他副產(chǎn)物和大宗茶(p<0.05),LD和HD中可溶性蛋白含量高于加工副產(chǎn)物;不同副產(chǎn)物中咖啡堿含量比較,各茶類均表現(xiàn)為茶末含量最高,茶梗含量最低,其中HM和LM的咖啡堿含量最高,為3.16%和2.77%。因此,LP和LM中的茶多酚、茶梗中的總糖和茶末中的咖啡堿具有較高的利用價(jià)值,可作為重點(diǎn)的研究方向。

2.2 不同茶類加工副產(chǎn)物的兒茶素及其氧化物組成分析

兒茶素是茶葉中的重要成分,是構(gòu)成茶多酚的主體,具有抗氧化、抗癌、抑菌等作用[15],茶黃素和聚酯型兒茶素是兒茶素兩條不同途徑氧化的主要產(chǎn)物,茶葉加工過程中對(duì)底物兒茶素具有競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系,同樣具有抗氧化、抗腫瘤、消炎殺菌、降血糖等功效,甚至藥理作用高于EGCG[16-18]。不同茶類副產(chǎn)物中兒茶素、茶黃素和聚酯型兒茶素含量如表2所示,綠茶副產(chǎn)物中僅檢測(cè)出兒茶素,且綠茶茶片和茶末的兒茶素含量顯著高于紅茶和烏龍茶,綠茶茶片兒茶素總量為19.34%、茶末為18.52%,約是烏龍茶茶片的1.69～2.00倍,是紅茶茶片的3.34～4.15倍;烏龍茶中兒茶素含量高于紅茶,且烏龍茶茶末中檢出一定量的茶黃素和聚酯型兒茶素;紅茶兒茶素含量最低,茶黃素和聚酯型兒茶素含量較高。不同茶類間成分的差異主要是由于紅茶發(fā)酵和烏龍茶搖青過程中細(xì)胞破碎部分兒茶素氧化生成茶黃素和聚酯型兒茶素,以及繼續(xù)氧化生成茶紅素和茶褐素[14]。因此茶葉中兒茶素的利用原料以綠茶為主,其中綠茶的茶片、茶末和大宗茶含量較高;茶黃素和聚酯型兒茶素的利用原料以紅茶為主,其中以紅茶的茶末中含量較高。

表2 茶葉加工副產(chǎn)物中兒茶素、茶黃素和聚酯型兒茶素含量(%)Table 2 Contents of catechins,theaflavins,theasinensins of tea processing by-products(%)

兒茶素組分含量比較,3種含量較高的表型兒茶素表沒食子兒茶素沒食子酸酯(EGCG)、表沒食子兒茶素(EGC)、表兒茶素沒食子酸酯(ECG)含量均為綠茶的茶末、茶片和低檔茶含量最高,相同茶類不同副產(chǎn)物之間比較,表現(xiàn)為茶梗含量顯著(p<0.05)低于其他副產(chǎn)物和大宗茶;4種非表型兒茶素沒食子兒茶素(GC)、兒茶素(C)、沒食子兒茶素沒食子酸酯(GCG)、兒茶素沒食子酸酯(CG)含量綠茶和紅茶差異較小,綠茶茶梗中非表型兒茶素含量低于其他副產(chǎn)物;茶黃素和聚酯型兒茶素組分含量比較,綠茶大宗茶及其副產(chǎn)物中均未檢出茶黃素和聚酯型兒茶素,紅茶副產(chǎn)物比較,茶末中含量顯著(p<0.05)高于其他副產(chǎn)物和大宗茶,紅茶茶梗中含量最低,烏龍茶茶末和大宗茶中檢出的茶黃素和聚酯型兒茶素含量相近,茶梗和茶片中僅檢出少量的TSB。

2.3 不同茶類加工副產(chǎn)物的氨基酸組成分析

比較不同茶類及其副產(chǎn)物中游離氨基酸組分,結(jié)果如表3所示,茶葉副產(chǎn)物中氨基酸含量豐富,檢出組成蛋白質(zhì)的氨基酸14種和非蛋白質(zhì)氨基酸茶氨酸、瓜氨酸、γ-氨基丁酸,其中包括賴氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、色氨酸、蘇氨酸5種必需氨基酸。不同茶類之間氨基酸總量比較表現(xiàn)為:綠茶>紅茶>烏龍茶(以相同副產(chǎn)物作為比較對(duì)象),不同副產(chǎn)物之間比較,LG和HG中氨基酸總量高于茶末和茶片,LG中游離氨基酸總量最高,為26.53 mg/g,證實(shí)了陳沛鑫等的研究,茶梗中含有較高的茶氨酸[19],由此可見,LG和HG中游離氨基酸尤其是茶氨酸的利用價(jià)值較高,且高于茶葉。

表3 茶葉加工副產(chǎn)物中游離氨基酸含量(mg/g)Table 3 Contents of free amino acids of tea processing by-products(mg/g)

茶氨酸是茶葉及其副產(chǎn)物中含量最高的氨基酸,具有焦糖香和鮮爽味,是茶葉中含量最高的氨基酸,具有保護(hù)神經(jīng)、抗腫瘤和降血壓等功效[20]。由表3可見,綠茶和紅茶的各副產(chǎn)物中茶氨酸含量占氨基酸總量的60%以上,烏龍茶副產(chǎn)物茶氨酸含量占氨基酸總量的55%以上,不同副產(chǎn)物種類的茶梗中茶氨酸所占比例為70%以上。其中含量最高的是LG和HG,為21.11和17.19 mg/g,烏龍茶副產(chǎn)物和大宗茶中茶氨酸含量均不超過5.5 mg/g,綠茶茶梗中茶氨酸含量高于紅茶,可能是由于紅茶發(fā)酵過程中茶氨酸含量下降影響[21],烏龍茶茶梗中茶氨酸含量最低可能是由于品種不同導(dǎo)致。

組成蛋白質(zhì)的氨基酸中,部分副產(chǎn)物的天冬氨酸、谷氨酸和天冬酰胺含量高于1 mg/g,其余氨基酸含量均低于1 mg/g。谷氨酸和天冬氨酸是構(gòu)成茶葉鮮爽滋味的重要成分,有研究表明,光照能增加茶葉中谷氨酸含量[22],綠茶副產(chǎn)物中谷氨酸和天冬氨酸含量高于紅茶和烏龍茶,紅茶中的天冬酰胺含量高于綠茶和烏龍茶。另外,綠茶副產(chǎn)物中精氨酸含量較高,紅茶副產(chǎn)物中色氨酸含量略高。

γ-氨基丁酸是一種非蛋白質(zhì)氨基酸,對(duì)大腦具有安定作用,能改善睡眠、降脂減肥，并且具有抗氧化活性和緩解高血壓的作用[23-24],瓜氨酸首先由西瓜中提取得到,具有抗氧化、提高免疫系統(tǒng)功能、提高性功能等作用[25],紅茶副產(chǎn)物中γ-氨基丁酸和瓜氨酸含量高于綠茶和烏龍茶,其中HG中γ-氨基丁酸含量最高。

2.4 不同茶類加工副產(chǎn)物成分的聚類分析

以茶多酚、兒茶素總量、茶黃素總量、茶氨酸、可溶性糖、水浸出物、咖啡堿等營(yíng)養(yǎng)成分含量作為指標(biāo)將綠茶、烏龍茶和紅茶的茶片、茶末、茶梗和大宗茶進(jìn)行聚類分析,結(jié)果圖2所示:可將不同茶類加工副產(chǎn)物分成4類,綠茶的茶片、茶末和大宗茶為一類,該類副產(chǎn)物的茶多酚、兒茶素、水浸出物含量高于其他副產(chǎn)物,咖啡堿含量較高,可用于茶多酚、兒茶素和咖啡堿利用的原料;綠茶茶梗為一類,該類副產(chǎn)物氨基酸、茶氨酸、總糖含量最高,高于其他副產(chǎn)物,可用于茶氨酸和可溶性糖的提取原料;紅茶茶片、茶末、茶梗、大宗茶和烏龍茶茶片、茶末、大宗茶可歸為一類,該類副產(chǎn)物兒茶素氧化形成茶黃素,其中紅茶茶片、茶末和低檔茶又可聚為一類,茶黃素含量最高,可用于茶黃素的提取原料;烏龍茶茶梗為一類,該類副產(chǎn)物茶氨酸、茶多酚、兒茶素、水浸出物和咖啡堿等含量均最低,也沒有形成茶黃素,不建議用于營(yíng)養(yǎng)成分的提取應(yīng)用。

圖2 不同茶葉加工副產(chǎn)物的聚類分析圖Fig.2 Dendrogram of hierarchical cluster analysis in different tea processing by-product

3 討論與結(jié)論

分析綠茶、烏龍茶和紅茶的茶片、茶末、茶梗和大宗茶中成分含量,整體來(lái)看,茶末和茶片中茶多酚、水浸出物、總糖、可溶性蛋白、咖啡堿以及兒茶素和游離氨基酸組分含量與大宗茶相近;茶梗中茶多酚、水浸出物、可溶性蛋白、咖啡堿以及兒茶素含量低于大宗茶,總糖和游離氨基酸組分含量高于大宗茶,尤其是綠茶茶梗中游離氨基酸和總糖含量最高,分別為2.65%和22.85%;不同茶類之間比較,表現(xiàn)為綠茶為不發(fā)酵茶,加工副產(chǎn)物中茶多酚和兒茶素類含量最高,LP和LM中兒茶素含量與LD相近,甚至高于LD,紅茶為發(fā)酵茶,加工副產(chǎn)物中茶黃素和聚酯型兒茶素等兒茶素類的氧化產(chǎn)物含量最高,HP和HM中兒茶素的氧化產(chǎn)物含量與HD相近,甚至高于HD,其中HM中含量最高,TFs、TSA和TSB含量分別為0.96%、1.65%和0.53%。

茶葉加工副產(chǎn)物根據(jù)營(yíng)養(yǎng)成分分別利用,以期實(shí)現(xiàn)對(duì)茶葉副產(chǎn)物的有效開發(fā)和利用。茶片和茶末中營(yíng)養(yǎng)成分的利用價(jià)值與茶葉相近,甚至部分營(yíng)養(yǎng)成分利用價(jià)值高于低檔茶,可用于袋泡茶原料、茶多酚、兒茶素、茶黃素和聚酯型兒茶素提取的原料,目前有研究將茶末用于雞和豬的飼料中能提高豬肉的口感和雞蛋質(zhì)量[26-27]。茶梗中氨基酸和總糖的利用價(jià)值高于低檔茶,香氣高于茶葉,可用于茶氨酸、茶多糖等成分的提取[28],并有茶梗用于枕芯、卷煙濾嘴、環(huán)保墻紙和吸附材料等的原料[29]。