重慶工夫紅茶加工過程中生化成分及香氣組分變化

楊 娟,王 杰,李中林,袁林穎,鐘應(yīng)富,羅紅玉,張 瑩,鄔秀宏

(重慶市農(nóng)業(yè)科學院茶葉研究所,重慶 402160)

紅茶是世界上產(chǎn)量最高、消費區(qū)域最廣、貿(mào)易量最大的茶類[1],根據(jù)加工工藝的不同,可分為工夫紅茶、小種紅茶和紅碎茶,其中工夫紅茶由小種紅茶演變而來,代表性產(chǎn)品有祁紅、滇紅、閩紅、川紅、湖紅、寧紅等,是我國著名的傳統(tǒng)商茶之一[2-3]。紅茶的加工工藝包括萎凋、揉捻、發(fā)酵、干燥等,因經(jīng)歷了發(fā)酵這一關(guān)鍵工序,以兒茶素為主的多酚類物質(zhì)在多酚氧化酶、過氧化物酶等酶的作用下發(fā)生酶促氧化與聚合縮合反應(yīng),生成了茶黃素、茶紅素、茶褐素等高聚物,同時葉綠素、咖啡堿、蛋白質(zhì)、游離氨基酸、糖類等成分也在發(fā)生劇烈反應(yīng);而糖苷類前體物質(zhì)水解、類胡蘿卜素及不飽和脂肪酸降解、美拉德反應(yīng)則改變了紅茶香氣組分的構(gòu)成,使得其外形、香氣、湯色、滋味均發(fā)生顯著變化,逐步形成了紅茶色澤烏潤、香氣高爽、湯色紅艷、滋味醇厚的品質(zhì)特點[3-7]。

目前國內(nèi)外對紅茶生化成分及香氣組分的研究較多。其中生化成分在紅茶加工中的變化主要體現(xiàn)在酚類物質(zhì)在酶的作用下反應(yīng)生成茶色素[8],Lee等[9]研究發(fā)現(xiàn),兒茶素含量在紅茶加工時會逐漸降低,沒食子酸、茶黃素含量則會逐漸增加,Obanda[10]、羅理勇[11]的研究也發(fā)現(xiàn)了類似規(guī)律。兒茶素是茶葉中主要的澀味物質(zhì),茶黃素和茶紅素則是形成紅茶湯色、滋味的關(guān)鍵成分,這類物質(zhì)的變化也使得紅茶苦澀味降低、滋味逐漸醇和、湯色變?yōu)榧t亮[12-13]。香氣組分在紅茶加工中的變化規(guī)律則較為復(fù)雜,主要是醇類、酮類、醛類、酯類等物質(zhì)的反應(yīng)與轉(zhuǎn)化[8]。萎凋是紅茶香氣形成的初始階段,在多種糖苷酶的作用下會水解形成芳樟醇、香葉醇、橙花叔醇等物質(zhì),同時小分子醛類逐漸揮發(fā),散失青草氣;在揉捻、發(fā)酵、干燥過程中,香氣的形成以類胡蘿卜素降解、不飽和脂肪酸降解和美拉德反應(yīng)為主,生成的香氣組分也較為豐富,如香葉基丙酮、橙花叔醇、α-法尼烯、β-紫羅酮、二氫?？麅?nèi)酯等[7-8]。

近年來,重慶紅茶市場逐步擴大,涌現(xiàn)了以“云嶺牌·渝紅工夫紅茶”、“巴渝牌·巴渝紅茶”等為代表的一大批優(yōu)質(zhì)工夫紅茶,因其獨特的品質(zhì)風味和保健功效受到越來越多消費者的好評和青睞。當前對于重慶工夫紅茶加工過程中品質(zhì)變化的研究鮮有報道,本試驗以四川群體品種一芽二葉鮮葉為原料,并按照相關(guān)工藝制作重慶工夫紅茶,分析其加工過程中主要生化成分和香氣組分的變化規(guī)律,以期為深入研究重慶工夫紅茶的品質(zhì)特性提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

茶鮮葉 四川群體品種一芽二葉,2017年5月采自重慶市農(nóng)業(yè)科學院茶葉研究所科技示范園;甲醇(色譜純)、Na2CO3、KH2PO4、K2HPO4、水合茚三酮、蒽酮、堿式乙酸鉛、乙酸乙酯、NaHCO3、95%乙醇 重慶永捷實驗儀器有限公司;福林酚試劑(2 mol/L)、草酸(≥99%)、沒食子酸(99%) 上海泰坦科技股份有限公司。

UV-2450紫外可見分光光度計 日本島津公司;722可見分光光度計 上海菁華科技儀器有限公司;FA1004電子天平 上海舜宇恒平科學儀器有限公司;HWS-26電熱恒溫水浴鍋 上海一恒科學儀器有限公司;7890B-5977A氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀(gas chromatography-mass spectrometer,GC-MS)、DB-5MS石英毛細管柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm) 美國Agilent公司;57328-U二乙烯基苯/碳分子篩/聚二甲基硅氧烷(Divinylbenzene/Carboxen/Polydimethylsiloxane,DVB/CAR/PDMS)萃取頭 美國Supelco公司;ALPHA1-4LSC真空冷凍干燥機 德國Christ公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 茶樣制作 采摘鮮葉80 kg,依次經(jīng)過萎凋(8～12 h)、揉捻(120 min)、發(fā)酵(溫度28 ℃,濕度95%,3 h)、初烘(110 ℃烘至水分40%～50%)、復(fù)揉(30 min)、理條(150～170 ℃,9～10 min)、烘干(100 ℃烘至水分8%～10%然后90 ℃烘至水分5%～6%)制得重慶工夫紅茶。制茶過程中分別取等量鮮葉、萎凋葉、揉捻葉、發(fā)酵葉、初烘葉、復(fù)揉葉、理條葉真空冷凍干燥處理(-50 ℃保持1 h,以10 ℃/h升至-10,-5、0、5 ℃依次分別保持2～3 h,10 ℃保持1.5 h,以10 ℃/h升至40 ℃),過程樣與烘干葉(即成品茶)在-20 ℃貯藏待用。

1.2.2 生化成分測定 茶多酚含量測定采用福林酚法[14];游離氨基酸含量測定采用茚三酮比色法[15];咖啡堿含量測定采用紫外分光光度法[16];可溶性糖含量測定采用蒽酮比色法[17];茶色素含量測定采用系統(tǒng)分析法[10]。

1.2.3 香氣組分萃取 參考并修改曾亮等人的方法[2]。準確稱取0.5 g磨碎茶樣于20 mL頂空瓶中,加入約1.76 g NaCl、5 mL沸蒸餾水,立刻加蓋平衡5 min,然后將DVB/CAR/PDMS萃取頭插入頂空瓶,在60 ℃水浴條件下吸附60 min,最后在GC-MS進樣口解吸5 min。

1.2.4 香氣組分檢測分析 參考并修改趙國飛等人的方法[18]。GC條件:DB-5MS石英毛細管柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm);升溫程序: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,總時間43.50 min。進樣口溫度230 ℃;進樣方式:分流,分流比為15.0∶1;進樣載氣He(99.999%);柱流量1 mL/min;壓力49.7 kPa;MS條件:電子電離源;離子源溫度230 ℃;傳輸線溫度230 ℃;四級桿溫度150 ℃;電子能量70 eV;質(zhì)量掃描范圍(m/z)35～400 u。

1.3 數(shù)據(jù)處理

生化成分:利用SPSS 22.0進行顯著性檢驗和Origin 9.0作圖;香氣組分:將檢測的GC-MS圖譜與NIST質(zhì)譜庫提供的標準質(zhì)譜圖進行比對,并結(jié)合相關(guān)文獻對色譜峰進行定性分析,相對含量按峰面積歸一化法計算。

2 結(jié)果與分析

2.1 生化成分變化趨勢分析

重慶工夫紅茶主要生化成分(本文中生化成分含量均指干物質(zhì)含量)在加工過程中的變化趨勢見圖1。

圖1 生化成分含量在加工過程中的變化Fig.1 Change of relative contents for biochemical components during processing注:加工過程中不同字母表示差異顯著(p<0.05)。

由圖1(A)可知,茶多酚鮮葉中的含量為31.22%,萎凋結(jié)束時達到最高值(32.27%),可能是萎凋過程中茶葉逐步失水、干物質(zhì)含量有少許增加;揉捻開始后,茶葉細胞組織破碎,細胞膜通透性增加,茶多酚在多酚氧化酶、過氧化物酶等酶的作用下開始迅速氧化,導(dǎo)致揉捻、發(fā)酵時其含量迅速降低[19],待發(fā)酵結(jié)束后僅為20.31%;初烘時在高溫作用下,各種氧化酶大部分失活,茶多酚氧化反應(yīng)迅速終止,其氧化速率也逐步降低;在復(fù)揉和理條過程中其含量有少許回升,待烘干后其含量又降為19.64%。另外,水浸出物含量鮮葉中為36.88%,萎凋開始后逐漸下降,發(fā)酵結(jié)束時僅為29.48%,此后又呈先升后降的趨勢,烘干結(jié)束時其含量為30.45%。

游離氨基酸、可溶性糖、咖啡堿對紅茶滋味、湯色的形成具有重要作用。由圖1(B)可知,游離氨基酸在鮮葉中的含量為1.95%,萎凋時茶葉逐漸失水,蛋白質(zhì)開始水解成小分子的氨基酸[20],其含量顯著增加(p<0.05),此后則逐漸降低且最終趨于穩(wěn)定,烘干結(jié)束時其含量為1.99%;在萎凋過程中,纖維素、淀粉等物質(zhì)的水解以及糖苷類前體物質(zhì)在糖苷酶的作用下降解生成各種小分子糖類物質(zhì)[5,20],可溶性糖的含量增至3.86%,此后也逐漸降低且最終趨于穩(wěn)定,烘干結(jié)束時其含量為3.45%;另外,咖啡堿含量在鮮葉中為3.56%,萎凋、揉捻、發(fā)酵結(jié)束后增至5.23%,初烘開始后,由于溫度較高,咖啡堿在100 ℃以上高溫易發(fā)生升華作用[2],其含量顯著降低(p<0.05),此后則較為穩(wěn)定,但在烘干過程中又進一步降低至4.01%。

茶色素為多酚類氧化聚合產(chǎn)物,是影響紅茶湯色、滋味的重要成分[21]。由圖1(C)可知,茶黃素含量在鮮葉中的含量極低,但在萎凋、揉捻和發(fā)酵過程中,茶多酚在多種酶的作用下發(fā)生酶促氧化,其含量增至0.28%,此后高溫作用使茶多酚氧化反應(yīng)終止,其含量也逐漸保持穩(wěn)定;另外,茶紅素、茶褐素的含量在萎凋、揉捻和發(fā)酵時顯著增加(p<0.05),此后也逐漸保持穩(wěn)定,待烘干結(jié)束后,茶紅素、茶褐素的含量分別為3.01%、3.22%。一般來說,紅茶品質(zhì)得分與茶黃素、茶紅素含量呈正相關(guān),與茶褐素含量呈負相關(guān)[21]。由圖1可知,初烘葉、成品茶的茶黃素含量顯著低于復(fù)揉葉、理條葉(p<0.05),而成品茶的茶褐素含量顯著高于復(fù)揉葉、理條葉(p<0.05)。因此,適當延長復(fù)揉、理條時間和快速烘干,進而實現(xiàn)茶黃素的累積和較少茶褐素的形成,可能有助于重慶工夫紅茶品質(zhì)的形成。

2.2 香氣組分變化趨勢分析

2.2.1 香氣組分種類變化趨勢分析 重慶工夫紅茶萎凋時,伴隨著細胞緩慢失水,鮮葉內(nèi)糖苷酶的活性增強,大量香氣前體物質(zhì)被水解釋放出來;同時在揉捻、發(fā)酵、理條、烘干過程中,部分化學成分氧化和降解也產(chǎn)生了香氣物質(zhì),這些香氣組分是形成重慶工夫紅茶特有香型的基礎(chǔ)。經(jīng)GC-MS檢測分析,重慶工夫紅茶加工過程中共檢測到58種香氣組分,包括醇類(15種)、酯類(12種)、醛類(5種)、萜烯類(16種)、酮類(5種)、其它(5種)。鮮葉經(jīng)一系列工藝加工后,香氣組分數(shù)量及相對含量均發(fā)生了變化,詳見圖2和表1。由圖2可知,重慶工夫紅茶加工中的香氣組分均以醇類(23.52%～52.08%)、酯類(29.29%～61.73%)為主,其相對含量均高于其他類型組分;萜烯類的種類較多,但相對含量較低;其他類型香氣組分的種類和相對含量均較低。在鮮葉中,醇類和酯類在鮮葉中占香氣組分總量的71.40%,加工中總體呈上升趨勢,但在發(fā)酵和理條結(jié)束時,醇類的相對含量明顯下降,而酯類則明顯上升,這可能是由于兩者之間發(fā)生轉(zhuǎn)化造成的,待烘干結(jié)束后,醇類和酯類的相對含量達到88.01%。另外,醛類、萜烯類、酮類和其他組份總體上都呈降低趨勢,可能是加工中上述類型香氣組分散失或者向醇類、酯類轉(zhuǎn)化造成的,其中醛類從鮮葉到成品茶的相對含量由5.38%降為3.61%,萜烯類由16.45%降為5.17%,酮類由3.06%降為1.34%,其它組分則由3.71%降為1.87%。

圖2 香氣組分種類在加工過程中的變化Fig.2 Change of aroma components types during processing

2.2.2 醇類變化趨勢分析 醇類包括脂肪族醇、芳香族醇和萜烯醇,其香氣特征多類似于花香或果香[22]。由圖2可知,醇類在加工過程中總體呈上升趨勢,但在發(fā)酵和理條階段有明顯地下降,這可能與醇類物質(zhì)羥基不穩(wěn)定,易氧化形成醛類、酸類等物質(zhì)有關(guān)[23]。由表1可知,重慶工夫紅茶加工過程中相對含量較高的醇類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%)、香葉醇(1.92%～15.14%)、脫氫芳樟醇(0.24%～5.16%)等。其中,芳樟醇及其氧化物具有鈴蘭花香,是紅茶中含量較高的香氣組分之一,對紅茶香型形成有重要作用。鮮葉時,芳樟醇及其氧化物的相對含量為18.99%,在發(fā)酵和理條時有較大程度的降低,但干燥結(jié)束時又回升至20.68%。苯乙醇具有玫瑰香,在加工過程中呈先升后降的趨勢,在初烘葉中的相對含量最高(7.11%),干燥結(jié)束時降至6.06%,由于苯乙醇閾值較高(750～1100 μg/L)[24],對紅茶香氣形成的影響需進一步研究。香葉醇表現(xiàn)為玫瑰香,是祁門紅茶和福建紅茶的特征性香氣成分,鮮葉中其相對含量僅為1.92%,之后呈波動性變化,在成品茶中的相對含量達到13.35%。紅茶有3種類型的香型:第一種是芳樟醇及其氧化物占優(yōu)勢型;第二種是中間型,含有芳樟醇和香葉醇;第三種是香葉醇占優(yōu)勢型[25],可以發(fā)現(xiàn),重慶工夫紅茶干燥結(jié)束后,芳樟醇及其氧化物的相對含量高于香葉醇,可能屬于芳樟醇及其氧化物占優(yōu)勢型。

表1 香氣組分含量在加工過程中的變化(%)Table 1 Change of relative contents for aroma components during processing(%)

續(xù)表

2.2.3 酯類、醛類變化趨勢分析 酯類主要包括萜烯酯類和芳香族酯類,通常具有強烈而令人愉快的花香;醛類與紅茶香型的形成有密切聯(lián)系,主要包括脂肪族醛、芳香族醛和萜烯醛[22]。由圖2可知,酯類在加工過程中總體呈上升趨勢,尤其在發(fā)酵和理條階段,其相對含量超過了醇類物質(zhì);醛類物質(zhì)在鮮葉中含量較高,伴隨著萎凋、揉捻的進行,其相對含量逐步降低,這可能與揮發(fā)性醛類物質(zhì)的散失有關(guān),但進入發(fā)酵、理條階段后,其含量又有一定增加,此變化趨勢可能與醇類物質(zhì)的轉(zhuǎn)化有關(guān)。由表1可知,在加工過程中相對含量較高的酯類有水楊酸甲酯(11.44%～56.25%)、己酸葉醇酯(1.89%～11.13%)等,相對含量較高的醛類是苯甲醛、壬醛等。水楊酸甲酯具有濃烈的冬青油香,對茶葉的清香具有一定貢獻,鮮葉中,其相對含量為11.44%,發(fā)酵結(jié)束時達到最高值(56.25%),此后呈波動性變化,在成品茶中的相對含量為29.39%。另外,苯甲醛一般表現(xiàn)為苦杏仁香,成品茶中的相對含量達到2.10%,但由于苯甲醛閾值較高(350～3500 μg/L)[24],對紅茶香型的貢獻同樣需要深入研究。

2.2.4 萜烯類、酮類和其他組分變化趨勢分析 萜烯類屬不飽和烴類,是一類廣泛存在于植物體內(nèi)的特殊香氣,對茶葉香型形成有較大影響,重慶工夫紅茶加工中相對含量較高的萜烯類有δ-杜松烯(0.62%～4.56%)、β-羅勒烯(0.26%～1.43%)等,上述物質(zhì)通常表現(xiàn)為一定的果香、木香等[26-27]。酮類一般也具有微弱的香氣,對紅茶香氣形成有貢獻的通常為環(huán)狀結(jié)構(gòu)[22],相對含量較高的有β-紫羅酮、順式茉莉酮等。β-紫羅酮具有紫羅蘭香,主要由類胡蘿卜素熱降解產(chǎn)生[28-29];鮮葉中,β-紫羅酮的相對含量為1.16%,萎凋階段,此后呈波動性變化,至干燥結(jié)束時為0.67%。雖然β-紫羅酮在加工過程中的相對含量較低,但其閾值同樣較低(0.007 μg/L),對紅茶香型的形成影響較大[24,30]。順式茉莉酮表現(xiàn)為強烈而愉快的茉莉香,在鮮葉中的相對含量最高(1.01%),此后總體呈降低趨勢,干燥結(jié)束時僅為0.33%。其他被檢測到的香氣組分有己酸、吲哚、二甲硫,同樣對紅茶香氣的形成具有一定作用。

3 結(jié)論

檢測分析了重慶工夫紅茶加工過程中主要生化成分和香氣組分的變化規(guī)律。其中水浸出物和茶多酚含量總體呈降低趨勢,分別由36.88%、31.22%降至30.45%、19.64%;游離氨基酸、可溶性糖和咖啡堿含量則是先上升后下降,最終趨于穩(wěn)定,三者在成品茶中的含量分別為1.99%、3.45%、4.01%;茶色素含量從萎凋至發(fā)酵結(jié)束均顯著上升(p<0.05),此后也逐漸保持穩(wěn)定。經(jīng)GC-MS檢測分析,重慶工夫紅茶加工過程中共檢測到58種香氣組分,包括15種醇類、12種酯類、16種萜烯類、5種醛類、5種酮類、5種其它組分,其中以醇類、酯類為主,兩者的相對含量均遠高于其他類型組分;此外相對含量較高的香氣組分有芳樟醇及其氧化物、香葉醇、苯乙醇、脫氫芳樟醇、水楊酸甲酯、苯甲醛、δ-杜松烯等,且重慶工夫紅茶的香型可能屬于芳樟醇及其氧化物占優(yōu)勢型。后期需通過精確定量分析深入探究各香氣組分對茶葉香氣形成的影響,進而為紅茶生產(chǎn)加工提供理論支撐。