湖南紅茶特征滋味化學(xué)成分研究

銀霞，張曙光，黃靜，包小村,4，周凌云,4，戴偉東，趙琛杰，黃建安,2，劉仲華,2*

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湖南紅茶特征滋味化學(xué)成分研究

銀霞1,2,3,4，張曙光3,4*，黃靜3，包小村3,4，周凌云3,4，戴偉東5，趙琛杰1，黃建安1,2，劉仲華1,2*

1. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)茶學(xué)教育部重點實驗室，湖南 長沙 410128；2. 國家植物功能成分利用工程技術(shù)研究中心，湖南 長沙 410128；3. 湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所，湖南 長沙 410125；4. 農(nóng)業(yè)部湖南茶樹及茶葉加工科學(xué)觀測實驗站，湖南 長沙 410125；5. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所，農(nóng)業(yè)部茶樹生物學(xué)與資源利用重點實驗室，浙江 杭州 310008

為全面了解湖南紅茶特征滋味化學(xué)成分，本研究選取了湖南紅茶代表性樣品和典型外省樣品，采用電子舌及高效液相色譜法等技術(shù)對紅茶樣品滋味進行評定及化學(xué)成分檢測，并通過主成分分析（PCA）、正交偏最小二乘判別分析（OPLS-DA）可視化模式識別方法比較了不同嫩度等級和不同滋味類型湖南紅茶化學(xué)成分的特征差異。結(jié)果表明：（1）糖組分總量、葡萄糖、麥芽糖、茶多酚、茶褐素、氨基酸組分總量、鮮味氨基酸、茶氨酸、茶黃素等含量可作為區(qū)分湖南紅茶和外省紅茶的主要滋味成分，其中糖組分總量、葡萄糖、麥芽糖、茶黃素等含量湖南紅茶顯著高于外省紅茶。（2）一級湖南紅茶茶湯中滋味化合物含量普遍較低，除氨基酸、茶褐素外，其他主要滋味成分均顯著低于二級茶樣；二級湖南紅茶茶湯中滋味化合物在水浸出物、茶多酚、咖啡堿、氨基酸、茶黃素、茶紅素等含量上表現(xiàn)突出；三級湖南紅茶以兒茶素組分總量、糖類化合物、茶黃素、茶紅素等成分含量相對較高，以茶多酚、氨基酸、茶褐素等成分含量相對較低。（3）“甘鮮味”茶湯中咖啡堿、兒茶素組分總量、非酯型兒茶素、EGC、茶黃素顯著低于“略苦（濃）”茶湯。該研究結(jié)果可為湖南紅茶產(chǎn)品的分類鑒別和滋味品質(zhì)評價提供參考。

湖南紅茶；滋味；化學(xué)成分；主成分分析；正交偏最小二乘判別分析

紅茶是世界主要消費茶類，其交易量約占國際茶葉市場的85%，主要生產(chǎn)國有印度、斯里蘭卡、中國、肯尼亞等[1]。湖南是中國傳統(tǒng)紅茶生產(chǎn)大省，因其“清香厚味”等優(yōu)異品質(zhì)而聞名于世[2]，曾是我國外銷功夫紅茶的主要產(chǎn)區(qū)之一。近年來，在金駿眉的帶動下，創(chuàng)新工夫紅茶成為國內(nèi)茶葉市場的消費新熱點，對高檔紅茶的需求由強調(diào)滋味的“濃、強、鮮”向“甜醇”轉(zhuǎn)變[3]。在茶葉市場多元化和轉(zhuǎn)型時期，湖南茶葉科技工作者繼承創(chuàng)新，從云臺山群體、江華苦茶、保靖黃金茶等地方特異茶樹資源中選育適宜品種，配套綠色栽培技術(shù)，融合六大茶類加工技術(shù)，制作出特色鮮明的紅茶產(chǎn)品。

滋味是茶葉中最重要的品質(zhì)因子，是判別茶葉品質(zhì)優(yōu)劣的關(guān)鍵因素之一。祁門紅茶滋味甜醇，正山小種滋味醇和，坦洋功夫紅茶滋味醇厚，滇紅滋味濃、鮮、爽，印度紅茶則具有滋味濃強的特點。經(jīng)研究，祁門紅茶[4-5]、正山小種[6-7]、坦洋功夫紅茶[8]、云南紅茶[9-10]、印度紅茶[11]等紅茶特征滋味成分已基本明確，這對客觀評價其產(chǎn)品品質(zhì)，指導(dǎo)加工過程調(diào)控具有積極意義，而湖南紅茶在這方面研究較少，有待深入研究。

主成分分析（PCA）法和正交偏最小二乘判別分析（OPLS-DA）法是代謝組學(xué)中常用的模式識別技術(shù)，有助于尋找潛在標(biāo)志物[12-13]。為全面了解湖南紅茶特征滋味化學(xué)成分，本研究選取了23個湖南紅茶代表性樣品，以19個典型外省樣品為對照，采用感官審評、電子舌及高效液相色譜法等技術(shù)對紅茶樣品滋味進行評定及化學(xué)成分檢測，并通過主成分分析（PCA）、正交偏最小二乘判別分析（OPLS-DA）可視化模式識別方法實現(xiàn)特征差異物的區(qū)分，旨在探索湖南紅茶特征滋味化學(xué)成分，為湖南紅茶產(chǎn)品的品質(zhì)判定、標(biāo)準(zhǔn)建立及加工過程品質(zhì)調(diào)控提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試劑

1.1.1 試驗樣本

湖南紅茶茶樣：一級茶樣（芽頭）6個、二級茶樣（一芽一葉）9個、三級茶樣（一芽二三葉）8個，均為2018年春茶，由湖南主產(chǎn)茶區(qū)具有SC認(rèn)證、有一定生產(chǎn)規(guī)模的紅茶企業(yè)提供（表1）。

外省紅茶茶樣：不同等級廣東紅茶、遵義紅茶、云南紅茶、祁門紅茶、宜紅、寧紅茶樣等外省紅茶樣品共19個，均由各省代表性龍頭茶企或茶葉研究所提供（表1）。

1.1.2 試劑

乙醇、乙腈、甲醇、N,N-二甲基甲酰胺、冰醋酸、三氟乙酸為國產(chǎn)色譜純，福林酚、蒽酮、Na2CO3、乙酸乙酯、濃硫酸均為國產(chǎn)分析純；茶堿標(biāo)準(zhǔn)品（99%，Theophylline）、可可堿標(biāo)準(zhǔn)品（95%，Theobromine）、沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)品（90.34%，Gallicacid）和兒茶素標(biāo)準(zhǔn)品均購買于美國的Sigma公司；10% ACCQ品均購買于美國的Waters公司；超純水采用實驗室Millipore純水儀制備。

1.2 儀器與設(shè)備

e2695型高效液相色譜儀（美國Waters公司）；LC-20AT高效液相色譜儀（日本島津）；紫外分光光度計（日本島津公司）；α-STREE電子舌（Alpha MOS公司）；AE240型電子天平（瑞士Mettler公司）；TagTM氨基酸分析色譜柱（美國Waters 公司）；ECOSIL-C18色譜柱（日本）；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（瑞士Buchi公司）101-3AB型電熱鼓風(fēng)干燥箱（天津市泰斯特儀器有限備公司）；DK-S28型電熱恒溫水浴鍋（上海精宏實驗設(shè)備有限公司）。

1.3 方法

1.3.1 茶葉感官審評方法

參照GB/T 23776—2018中紅茶審評方法，對茶樣滋味進行評價，但不打分。

表1 供試湖南和外省代表性紅茶樣品信息

1.3.2 茶湯提取

參照GB/T 23776—2018中的紅茶審評方法制備茶湯。茶多酚、兒茶素、氨基酸、生物堿、水浸出物含量檢測以及電子舌檢測均使用該方法獲取茶湯。

1.3.3 電子舌測定

采用電位型電子舌進行測定。該電子舌包含7個化學(xué)傳感器陣列：5-Tastes screening sensor set ASTREE （SRS，GPS，STS，UMS，SPS，SWS，BRS）和1個Ag/AgCl參比電極。數(shù)據(jù)采集時參數(shù)設(shè)定為樣本體積80?mL，分析時間120?s，采集時間120?s，樣品溫度接近室溫。重復(fù)6次測量，取后3次平均值作為原始數(shù)據(jù)，用于數(shù)據(jù)處理。

1.3.4 滋味物質(zhì)成分檢測

水浸出物含量測定參照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 8305—2013（恒重法）。茶多酚含量測定參照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 8313—2008。參考文獻[14]測定茶樣中茶黃素、茶紅素、茶褐素含量。

可溶性糖總量采用蒽酮比色法[15]。可溶性糖組分測定參考中華人民共和國藥典（2015版）蜂蜜糖組分HPLC檢測方法[16]。色譜條件：色譜柱為Alltech chrom Prevail Carbohydrate ES（4.6?mm×250?mm，5?μm），進樣量10?μL，柱溫35℃，流速1.0?mL·min-1，漂移管溫度90℃，氣流2.8?L·min-1，流動相：A相為水；B相為乙腈。等梯度洗脫，B為25%，用時25?min。

兒茶素組分、沒食子酸及生物堿用HPLC法進行一次性檢測。色譜條件：色譜柱為C18（4.6?mm×150?mm, 5?μm），檢出波長278?nm，進樣量10?μL，柱溫40℃，流速1.0?mL·min-1，流動相：A相為水，B相為N,N-二甲基甲酰胺∶甲醇∶乙酸=39.5∶2∶1.5。洗脫梯度為，B為9%，10?min后上升為14%，27?min后升至36%，保持3?min，隨后降至9%，至35?min時結(jié)束。

氨基酸組分采用HPLC法檢測。色譜條件：色譜柱為Waters ACCQ. TagTM（3.9?mm× 150?mm，5?μm）；248?nm檢測波長，進樣量10?μL，柱溫37℃，流速1?mL·min-1，流動相：A相為10%ACCQ. TagTM液；B相為60%乙腈。洗脫梯度為：B相初始為2%，15?min時線性上升至7%，32?min時上升至33%，34~37?min 線性上升至100%，37?min后立即降至5%，保持5?min，至42?min時結(jié)束。

1.4 試驗數(shù)據(jù)處理與分析

湖南省和外省的紅茶滋味成分含量數(shù)據(jù)采用SIMCA-P 14.1軟件進行主成分分析（PCA）、正交偏最小二乘法判別分析（OPLS-DA）；不同等級湖南紅茶滋味成分含量數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0軟件進行單因素方差分析（One-Way ANOVA），LSD法比較不同嫩度等級湖南紅茶滋味成分含量差異；不同滋味類型湖南紅茶滋味成分含量數(shù)據(jù)采用SIMCA-P 14.1軟件進行正交偏最小二乘法判別分析（OPLS-DA），電子舌數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0軟件進行主成分分析（PCA）。

2 結(jié)果與分析

2.1 滋味特征感官分析及其主要特征成分分析

對23個湖南紅茶和19個外省紅茶進行感官審評，其滋味感官特征見表2。評審結(jié)果顯示，紅茶常見的滋味類型包括甜醇、醇和、濃強等，但不同省份紅茶間存在差異。對外省和湖南紅茶滋味進行比較可知，廣東、云南紅茶是大葉種，滋味濃強；貴州、湖北、江西、福建大多為中小葉種，其滋味以醇為主，其中福建紅茶滋味柔滑。湖南紅茶樣品中比例較高的滋味類型為甜醇，其次是醇爽和濃強。總體而言，與其他省份紅茶相比，湖南紅茶更為鮮醇，甜醇帶鮮是湖南紅茶的基本滋味類型。

表2 不同省份紅茶滋味感官審評結(jié)果

采用高效液相色譜法和紫外分光光度法對供試紅茶樣品的茶多酚、生物堿、氨基酸、茶色素、可溶性糖5類滋味成分以及水浸出物含量進行檢測，共獲得46個滋味數(shù)據(jù)（表3）?；诎俜趾縐V-scaling標(biāo)度化預(yù)處理的主成分分析（PCA）結(jié)果表明（圖1），在PCA模型中兩組間的區(qū)別較好，然而模型僅解釋了31.4%的原始數(shù)據(jù)。

為了更好地獲得湖南紅茶主要特征滋味成分，經(jīng)變量Par-scaling標(biāo)度化預(yù)處理的正交偏最小二乘判別分析（OPLS-DA）結(jié)果顯示，該建模方法能對湖南紅茶和外省紅茶進行良好的類群區(qū)分（圖2），其中R2X、R2Y和Q2Y分別為0.722、0.917、0.721（R2X、R2Y分別表示所建模型對X和Y矩陣的解釋率），通過交叉驗證計算得出的Q2Y則用以評價模型的預(yù)測能力[17]，且置換檢驗（Permutationtest, n=200）顯示該模型不存在過擬合現(xiàn)象（圖3）。

基于OPLS-DA模型繪制S-plot（圖4），并結(jié)合預(yù)測變量投影重要性（VIPpred＞1）、載荷圖和-檢驗（＜0.05）分析可知（表4），湖南紅茶中的糖組分總量、麥芽糖、茶褐素、葡萄糖、氨基酸組分總量、鮮味氨基酸、茶氨酸、茶黃素含量與外省紅茶存在顯著差異，可作為區(qū)分湖南紅茶和外省紅茶的主要滋味成分，其中糖組分總量、麥芽糖、葡萄糖、茶黃素等含量湖南紅茶顯著高于外省紅茶。

表3 檢測的滋味成分

圖1 供試湖南紅茶和外省紅茶滋味成分PCA得分圖

圖2 供試湖南紅茶和外省紅茶滋味成分OPLS-DA得分圖

圖3 供試湖南紅茶和外省紅茶滋味成分OPLS-DA置換保留度

圖4 供試湖南紅茶和外省紅茶滋味成分S-plot圖

2.2 不同等級湖南紅茶特征滋味成分分析

基于變量UV-scaling標(biāo)度化預(yù)處理的主成分分析（PCA）結(jié)果顯示，一、二、三級湖南紅茶滋味成分可提取出兩個主成分，主成分的方差貢獻率分別為41.30%和15.79%（圖5）。正交偏最小二乘判別分析（OPLS-DA）分析結(jié)果顯示，3個不同嫩度等級區(qū)分效果較好（圖6），其中R2X、R2Y和Q2Y分別為0.506、0.641、0.548。

為進一步探究不同嫩度等級湖南紅茶滋味成分含量差異，對主要滋味成分進行兩組間相互比較（表5），結(jié)果如下：（1）一級湖南紅茶茶湯中滋味成分含量普遍低于其他嫩度級別，除氨基酸、茶褐素外其他主要滋味成分均顯著低于二級茶樣（＜0.05）；（2）二級湖南紅茶茶湯中滋味化合物含量均較高，尤其在水浸出物、茶多酚、咖啡堿、氨基酸、茶黃素、茶紅素等化合物含量上表現(xiàn)突出；（3）三級湖南紅茶以兒茶素組分總量、糖類化合物、茶黃素、茶紅素等化合物含量相對較高，以茶多酚、氨基酸、茶褐素等化合物含量相對較低。

表4 供試湖南紅茶和外省紅茶差異滋味成分含量及vip值

%

表5 不同嫩度等級湖南紅茶主要滋味成分含量

注：AA：氨基酸；TP：茶多酚 Note: AA: amino acids; TP: Tea polyphenols

圖5 不同嫩度等級湖南紅茶滋味成分PCA得分圖

圖6 不同嫩度等級湖南紅茶滋味成分OPLS-DA得分圖

2.3 不同滋味類型湖南紅茶滋味成分分析

對湖南紅茶茶湯進行電子舌檢測，并對檢測結(jié)果進行因子分析，可提取出兩個主成分，第一、二主成分貢獻度分別為51.62%、38.27%，累計方差貢獻度可達89.89%。主成分1主要代表茶湯甜味、鮮味，主成分2則與茶湯苦味密切相關(guān)（表6）。從圖7可知，茶樣HA1、HA2、HA3、HA6在主成分1上得分為正值，在主成分2上得分低，甚至為負(fù)值；茶樣HB5、HB6、HB7、HC2、HC3、HC4、HC5、HC8在主成分1上得分為負(fù)值，在主成分2上得分為正值，因此可以認(rèn)為前類群茶樣滋味甘鮮，后類群滋味稍苦（濃），這與感官審評結(jié)果基本一致。再對此12個紅茶樣品滋味成分進行主成分分析結(jié)果可知（圖8），HA1、HA2、HA3、HA6和HB5、HB6、HB7、HC2、HC3、HC4、HC5、HC8區(qū)分度良好。經(jīng)OPLS-DA分析可知，“甘鮮味”茶湯中的咖啡堿、兒茶素組分總量、非酯型兒茶素、EGC、茶黃素顯著低于“略苦（濃）”茶湯，且氨基酸組分含量較高，但尚未達到顯著水平。

表6 旋轉(zhuǎn)成份矩陣

圖7 供試湖南紅茶茶湯電子舌PCA得分分圖

圖8 供試湖南紅茶茶湯滋味成分OPLS-DA得分圖

3 討論

本文采用主成分分析（PCA）和正交偏最小二乘判別分析（OPLS-DA）模式對湖南紅茶滋味成分進行了研究。從本研究可以看出，湖南紅茶與外省紅茶相比，葡萄糖、麥芽糖等糖含量和茶黃素含量較高?？扇苄蕴鞘遣铚鸫嫉闹匾M成物質(zhì)，茶黃素則是紅茶茶湯鮮爽度和濃烈度的重要因素[18-21]，這與感官審評湖南紅茶滋味甜醇帶鮮結(jié)果相吻合，且這種滋味成分差異主要是由于湖南紅茶多采用適度萎凋、變溫發(fā)酵、高溫短時初烘、低溫多次長烘走水復(fù)烘等工藝造成的。王偉偉[22]研究表明，適度萎凋可提高發(fā)酵中酶的活性、防止萎凋中多酚類物質(zhì)的過多損耗，并保證發(fā)酵過程有較充足的水分作為物料的反應(yīng)介質(zhì)，有適度的多酚類物質(zhì)參與發(fā)酵，因而提高了茶黃素的含量；在萎凋過程中加入搖青工藝則可以大幅度提高紅茶茶黃素和糖的含量[23]；陳以義等[24]、劉素強等[25]的實驗發(fā)現(xiàn)，先高溫后低溫的變溫發(fā)酵可以有效提高茶黃素含量；丁勇等[26]研究表明茶樣中可溶性糖含量在輕到適度的初烘條件下比重初烘可保留更多的可溶性糖。

比較不同等級湖南紅茶滋味成分可知，等級最高的紅茶內(nèi)含成分含量均相對較低，一芽一葉茶樣中內(nèi)含成分含量豐富，尤其在水浸出物和氨基酸含量表現(xiàn)突出，一芽二三葉的紅茶則含糖量明顯提高，這與生產(chǎn)實踐上嫩度高的紅茶相對滋味較淡，一芽一二葉的紅茶味濃，成熟度高的紅茶滋味甜醇相一致。結(jié)合本研究中不同風(fēng)味類型湖南紅茶滋味成分分析結(jié)果，滋味鮮甜的紅茶全為嫩度等級高的樣品，滋味稍濃（苦）型的則出現(xiàn)在第二、三等級紅茶中，這表明甘鮮味與氨基酸、茶多酚等滋味成分濃度及含量比例有關(guān)，且較高氨基酸和低咖啡堿、低兒茶素是甘鮮味的主要原因，其含量比例有待進一步研究。

另外，紅茶品質(zhì)與化學(xué)成分差異受茶樹品種、生長環(huán)境、加工工藝等因素綜合影響，有必要進一步開展湖南紅茶適制品種、生態(tài)栽培、配套工藝等系統(tǒng)研究，構(gòu)建湖南紅茶標(biāo)準(zhǔn)體系，為湖南紅茶品牌建設(shè)和市場開拓提供科學(xué)支撐。

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Study on the Chemical Constituents of Hunan Black Tea

YIN Xia1,2,3,4, ZHANG Shuguang4,5*, HUANG Jing3, BAO Xiaocun3,4, ZHOU Lingyun3,4, DAI Dongwei5, ZHAO Chenjie1, HUANG Jian′an1,2*, LIU Zhonghua1,2*

1. Key Lab of Tea Science of Education Ministry, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China; 2. National Research Center of Engineering Technology for Utilization of Botanical Functional Ingredients, Changsha 410128, China; 3. Tea Research Institute, Hunan Academy of Agricultural Sciences, Changsha 410125, China; 4. Hunan Tea Plant and Tea Processing Observation Station of Ministry of Agriculture, Changsha 410125, China; 5. Tea Research Institute, Chinese Academy of Agriculture Sciences, Key Laboratory for Tea Plant Biology and Resource Utilization, Ministry of Agriculture, Hangzhou 310008, China

In order to understand the characteristic taste chemicals of Hunan black tea, representative samples of Hunan black tea and typical samples from other provinces were selected. The taste and chemical constituents of black tea samples were evaluated by electronic tongue and high performance liquid chromatography. Visual pattern recognition method such as Principal component analysis (PCA) and partial least squares discriminant analysis (OPLS-DA) were used to compare the characteristic chemical compositions of Hunan black tea in different tenderness grades and flavor types. The results show that: (1) The contents of water extraction, glucose, maltose, tea polyphenols, theabrownin, amino acid, delicious amino acid, theanine and theaflavins could be used as the main flavor components to distinguish Hunan black tea from other black tea as water extraction, glucose, maltose and theaflavins in Hunan black tea are significantly higher. (2) Most of the contents of taste components in the first grade of Hunan black tea soup were lower than those in other grades. Except for amino acids and thearubigins, other main flavor components were significantly lower than those of second grade tea. The contents of water extracts, tea polyphenols, caffeine, amino acids, theaflavins, thearubin were rich in the second grade tea soup. The contents of catechins, carbohydrates, theaflavins, thearubin and other compounds in the third grade tea was relatively high, while the contents of tea polyphenols, amino acids, thearubin and other compounds were relatively low. (3) The contents of caffeine, catechins, non-ester catechins, EGC and theaflavins in the “sweet and delicious” tea soup were significantly lower than those in the “slightly bitter (strong)” tea soup. The research results provided a reference for the classification and identification of Hunan black tea products and the evaluation of taste quality.

Hunan black tea, taste, chemical component, principal component analysis, partial least squares discriminant analysis

S571.1；TS272.5

A

1000-369X(2019)02-150-09

2018-08-22

2018-11-19

湖南省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新資金（2017LM0201）、湖南紅茶品牌建設(shè)專項資金（湘財農(nóng)指(2018)85號）

銀霞，女，在讀博士研究生，助理研究員，主要從事茶葉生物化學(xué)及綜合利用方面的研究。

通信作者larkin-liu@163.com， suglezhang@126.com