紅光和藍(lán)光對(duì)茶葉萎凋過程中關(guān)鍵物質(zhì)生成比較研究

謝侗 燕飛 江海

(陜西理工大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 漢中 723000)

萎凋是紅茶、白茶和烏龍茶采后加工的第1道工藝，也是形成茶葉醇厚滋味和濃郁香氣的重要工序，是在一定的條件下將茶葉均勻攤放，使茶葉內(nèi)含物質(zhì)發(fā)生適度的理化反應(yīng)，散發(fā)部分水分，葉片逐漸萎縮，葉質(zhì)由硬變軟，葉色由鮮綠轉(zhuǎn)為暗綠，同時(shí)內(nèi)質(zhì)發(fā)生變化，并適度促進(jìn)鮮葉酶的活性，從而形成揉捻、發(fā)酵的底物，為后續(xù)加工步驟奠定了基礎(chǔ)，對(duì)茶葉品質(zhì)的形成起到了重要作用[1]。傳統(tǒng)的茶葉萎凋、曬青要視天氣情況而定，不同季節(jié)的天氣會(huì)使得太陽光波長和光照強(qiáng)度產(chǎn)生一定差異，從而影響萎凋的可控性，導(dǎo)致茶葉品質(zhì)不穩(wěn)定。

近年來研究都表明，光照在萎凋階段起到了重要的作用，無論是理化成分還是香氣物質(zhì)，都受到了光照的調(diào)控。隨著茶葉加工技術(shù)的發(fā)展，LED燈、紅紫外燈等人工光源均有應(yīng)用于茶葉生長及加工的補(bǔ)光過程中的案例[2]，取得了良好的效果。王家真等[3]發(fā)現(xiàn)，使用紅藍(lán)光源對(duì)茶樹嫩芽進(jìn)行夜間補(bǔ)光處理，可延長茶樹光合作用時(shí)間，提高光合效率，增加茶樹產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)茶葉的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)。而在萎凋過程中對(duì)茶葉使用光照補(bǔ)光，不僅能提高茶葉中理化指標(biāo)的含量，豐厚茶葉的滋味，還能催化茶葉中芳香化合物的轉(zhuǎn)化和積累，使茶香更濃郁。黃藩等[4]使用LED紅光研究不同光照萎凋時(shí)間對(duì)白茶品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)后半程光照萎凋的茶葉中多種氨基酸及可溶性糖含量均高于其它處理，茶葉呈“醇厚、較濃、鮮爽”的特征。李玉川等[5]研究了不同光質(zhì)對(duì)夏秋紅茶萎凋葉中揮發(fā)性物質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)黃光和紅光萎凋后茶葉中的多種差異代謝物含量都相對(duì)較高，可改善夏秋紅茶的香氣品質(zhì)。目前，關(guān)于人工光源萎凋?qū)Σ枞~品質(zhì)影響的研究多為烏龍茶和白茶，且多集中在萎凋后成品茶中生理生化指標(biāo)的檢測，對(duì)于光照對(duì)茶葉中部分生化成分的影響機(jī)理尚不明確。通過現(xiàn)有的研究發(fā)現(xiàn)，人工光源在茶樹生長及茶葉生產(chǎn)加工過程中起到了積極的作用，因此對(duì)于茶葉關(guān)鍵品質(zhì)成分在補(bǔ)光過程中的動(dòng)態(tài)變化及其變化機(jī)理也成了人工光源補(bǔ)光研究的重點(diǎn)。

本文采用LED紅光(650nm)、藍(lán)光(450～460nm)、紅藍(lán)復(fù)合光3種光質(zhì)分別對(duì)漢中茶葉進(jìn)行萎凋處理，對(duì)比無光自然萎凋，研究不同光源對(duì)漢中茶葉中關(guān)鍵品質(zhì)成分的影響，以期對(duì)紅茶的人工光源控制萎凋作業(yè)、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

試驗(yàn)用茶鮮葉采自漢中市南鄭區(qū)曹家壩鎮(zhèn)漢中農(nóng)科所茶葉種質(zhì)資源圃，供試茶樹品種為“陜茶1號(hào)”，樹齡為25～30年。采摘標(biāo)準(zhǔn)為1芽2葉。

照射光源為LNDF-100G型LED光源，功率100W，電壓180～240V。

紫外可見分光光度計(jì)型號(hào)為UV-3200，上海美譜達(dá)儀器有限公司。

液相色譜儀型號(hào)為安捷倫1260*，安捷倫科技有限公司。

1.2 方法

萎凋過程在陜西理工大學(xué)秦巴紅茶研究所中進(jìn)行，試驗(yàn)時(shí)間為18：00—6：00，茶葉采收回來后直接放置于萎凋槽中照射萎凋12h，以無光自然萎凋?yàn)閷?duì)照，萎凋初始溫度為25℃。每隔2h取樣并記錄數(shù)據(jù)，標(biāo)記后密封，用液氮冷凍后轉(zhuǎn)移至-80℃冰箱留存?zhèn)溆谩?/p>

紅光萎凋記為RL，藍(lán)光萎凋BL，紅藍(lán)光萎凋記為RBL，無光對(duì)照組記為CK。

1.3 測定指標(biāo)

水分的測定參照GB/T 8304-2013《茶 水分測定》；茶多酚及兒茶素含量測定參照GB/T 8313-2018《茶葉中茶多酚和兒茶素類含量的檢測方法》福林酚法；游離氨基酸含量測定參照GB/T 8314-2013《茶 游離氨基酸總量的測定》茚三酮比色法；咖啡堿的測定參照國標(biāo)GB/T 8314-2013茶葉中咖啡堿的測定方法；可溶性糖測定參考張正竹《茶葉生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教程》；PPO和POD活性測定參考曹建康《果蔬采后生理生化實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)》；β-GC活性測定參考江昌俊的方法[6]；總黃酮的測定使用三硫化鋁比色法。

1.4 數(shù)據(jù)分析

每個(gè)試驗(yàn)重復(fù)測定3次，試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果采用Microsoft Excel 2016 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理作圖，軟件IBM SPSS 19.0進(jìn)行單因素結(jié)果顯著差異分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 光照萎凋?qū)Σ枞~含水率的影響

萎凋葉的含水率是決定茶葉萎凋時(shí)間的關(guān)鍵因素。如圖1所示，LED光源光照萎凋及對(duì)照無光萎凋過程中茶葉含水率的變化情況，含水率隨時(shí)間延長呈逐步下降趨勢。萎凋初期，茶鮮葉中含水率為75%左右，萎凋至10h時(shí)除對(duì)照組外其余光照組含水率均下降至58%～63%，達(dá)到萎凋適宜標(biāo)準(zhǔn)，萎凋至12h時(shí)，光照組茶葉含水率多下降至50%～55%，葉片干燥微黃，略低于萎凋適宜水分含量，因此選取10h作為萎凋結(jié)束時(shí)間。

2.2 光照萎凋?qū)Σ枞~中關(guān)鍵品質(zhì)成分的影響

茶多酚是茶葉中多酚類物質(zhì)的總稱，在紅茶發(fā)酵過程中會(huì)發(fā)生酶促氧化反應(yīng)，將茶多酚轉(zhuǎn)化成茶紅素、茶黃素等物質(zhì)，對(duì)茶湯的顏色、氣味、滋味以及保健功能都起著重要作用。如圖2所示，在無光和3種不同光源處理?xiàng)l件下，茶葉中的茶多酚含量整體隨萎凋時(shí)間的增加呈升高趨勢，且3種光照處理都優(yōu)于對(duì)照組。BL和RL處理后的茶葉茶多酚含量在10h時(shí)達(dá)到最高值，分別為35.38%和38.75%，相較對(duì)照組的21.27%分別提高了14.11%、17.45%，而RBL處理下茶多酚含量在萎凋8h時(shí)達(dá)到最高值31.15%，還要高于同時(shí)期的RL及BL處理。

兒茶素是茶葉中一類含量豐富的功能活性成分，是茶多酚的主體物質(zhì)，具有廣泛的保健和藥理功效以及較強(qiáng)的食品抗氧化特性[7]。如圖3所示，除RBL處理下的茶葉中的兒茶素總量隨著萎凋時(shí)間的增加整體呈下降的趨勢外，RL、BL處理下的茶葉和對(duì)照組的兒茶素總量整體均呈上升趨勢，在4h時(shí)分別有不同程度的下降，在6h時(shí)又重新升高，萎凋至10h時(shí)RL、BL處理下的兒茶素總量分別達(dá)到最高值24.89%、30.08%，高于同時(shí)期RBL處理，相較RBL處理?xiàng)l件下7.32%提高了17.57%、22.76%。

圖3 不同光照萎凋兒茶素含量的變化

游離氨基酸是影響茶葉品質(zhì)的重要因素之一，其種類、含量、轉(zhuǎn)化產(chǎn)物及其降解產(chǎn)物都會(huì)對(duì)茶葉品質(zhì)造成影響。如圖4所示，在無光對(duì)照和3種不同光源處理下，茶葉中的游離氨基酸總量隨萎凋時(shí)間的增加整體呈先上升后下降的趨勢，其中，RL、BL處理?xiàng)l件下在萎凋6h時(shí)出現(xiàn)大幅度上升，分別達(dá)到最高值2.18%和2.29%，相比對(duì)照無光萎凋提升了0.63%和0.77%。RBL處理和對(duì)照則呈現(xiàn)緩慢上升趨勢，并在10h達(dá)到各自的最高值1.764%、1.687%，但仍低于10h時(shí)RL與BL處理的氨基酸含量。

圖4 不同光照萎凋游離氨基酸含量的變化

茶葉中含有多種生物堿類物質(zhì)，咖啡堿是其中含量最高的一類，也是形成茶葉苦味的物質(zhì)之一，溶于水后會(huì)與茶多酚結(jié)合生成大分子絡(luò)合物，因此咖啡堿的降解對(duì)于茶葉苦澀口感的降低具有重要意義。如圖5所示，在無光和3種不同光源處理下，茶葉中的咖啡堿含量整體隨萎凋時(shí)間延長均呈先上升后下降再上升的變化趨勢，其中，RBL處理下咖啡堿含量不但顯著低于其他2個(gè)光照處理，還要低于對(duì)照無光萎凋。萎凋至10h時(shí)，RL、BL處理下咖啡堿含量分別達(dá)到最高值1.95%、2.91%，較同時(shí)期RBL處理下的咖啡堿含量提高了0.73%和1.684%。

圖5 不同光照萎凋咖啡堿含量的變化

黃酮類化合物是植物中重要的次生代謝物之一，茶葉中的黃酮類化合物包括黃酮、黃酮醇及其苷類等。如圖6所示，在RBL和BL處理下，茶葉中總黃酮含量隨萎凋時(shí)間的增加呈逐漸上升趨勢，分別在10h時(shí)達(dá)到最高值164.02mg·100g-1、208.18mg·100g-1，RL處理和對(duì)照無光萎凋下的總黃酮含量則在萎凋6h后開始下降并在8h后再次回升，最終在10h時(shí)達(dá)到最高值205.12mg·100g-1，而對(duì)照組的總黃酮含量則在6h時(shí)達(dá)到峰值152.18mg·100g-1。

可溶性糖是茶葉中重要的呈味物質(zhì)之一，給予茶湯甜醇的味道，在茶葉加工過程中與氨基酸或蛋白質(zhì)等發(fā)生美拉德反應(yīng)，生成糠醛類衍生物和吡咯類、吡嗪類等重要的香氣物質(zhì)[8]。如圖7所示，RL、RBL和對(duì)照組的可溶性糖含量都隨著萎凋時(shí)間的增加，呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢，并在萎凋至6h時(shí)達(dá)到峰值，分別為47.14μg·mL-1、40.95μg·mL-1、51.76μg·mL-1。而BL處理下的可溶性糖含量呈先下降后上升的趨勢，且顯著高于其他3組，并在萎凋10h時(shí)達(dá)到峰值68.25μg·mL-1。

2.3 光照萎凋?qū)Σ枞~中酶活性的影響

多酚氧化酶(PPO)和過氧化物酶(POD)是紅茶加工中極為重要的2種酶，在紅茶發(fā)酵時(shí)可將茶多酚氧化成茶黃素、茶褐素等茶色素，對(duì)紅茶形成紅葉紅湯的品質(zhì)特征起到重要作用[9]。如圖8所示，在無光和3種不同光源處理下，茶葉中的PPO活性整體隨萎凋時(shí)間的增加均呈先上升后下降的趨勢，并在萎凋10h時(shí)活性降低至最低，還要低于鮮葉中的PPO活性。其中，對(duì)照組和RL均在萎凋6h時(shí)呈現(xiàn)較大幅度上升，分別達(dá)到對(duì)應(yīng)最高值14.7U·g-1和13.8U·g-1，BL和RBL則在4h達(dá)到最高值分別為10.9U·g-1和10.5U·g-1。

圖8 不同光照萎凋多酚氧化酶活性的變化

如圖9所示，在無光和3種不同光源處理下，茶葉中的POD活性整體隨萎凋時(shí)間的增加呈先上升后下降的趨勢，且在2～4h時(shí)出現(xiàn)大幅度增加，其中RL、BL和無光對(duì)照分別在6h時(shí)達(dá)到最高值1.29ΔOD470·min-1·g-1、1.46ΔOD470·min-1·g-1和1.14ΔOD470·min-1·g-1，而RBL在4h時(shí)達(dá)到最高值1.40ΔOD470·min-1·g-1，萎凋6h后各組POD活性均呈不同程度的下降，但仍略高于鮮葉中的POD活性。

圖9 不同光照萎凋過氧化物酶活性的變化

β-葡萄糖苷酶(β-D-Glucosidase，β-GC)是對(duì)茶葉香氣的形成具有重要作用的水解酶類，通過催化茶葉糖苷類香氣前體物質(zhì)發(fā)生水解反應(yīng)，生成芳樟醇、香葉醇等香氣物質(zhì)[10]。如圖10所示，在無光和3種不同光源處理下，茶葉中的β-GC活性整體隨著萎凋時(shí)間的增加呈先上升后下降的趨勢，其中，RL、BL和無光對(duì)照分別在4h時(shí)達(dá)到最高值41.04U·g-1、33.28U·g-1和39.58U·g-1，而RBL在6h時(shí)達(dá)到最高值，為32.689U·g-1，之后各組β-GC活性都有不同程度的下降，整體水平與鮮葉中的β-GC活性相近。

圖10 不同光照萎凋β-葡萄糖苷酶活性的變化

3 討論與結(jié)論

茶多酚含量隨萎凋時(shí)間的增加呈升高趨勢，可能是葉片含水量隨萎凋的逐漸降低導(dǎo)致茶多酚含量升高，紅藍(lán)光萎凋時(shí)萎凋槽中溫度過高，葉片中的蛋白酶的活性下降，減緩了萎凋過程中茶多酚的酶促反應(yīng)，使得此時(shí)茶多酚含量積累達(dá)到最高值。兒茶素作為茶多酚的主體成分，其在萎凋過程中的變化規(guī)律整體與茶多酚近似，但不同兒茶素單體對(duì)光照的響應(yīng)有所差異，如EGCG的降解或氧化，使得萎凋中期兒茶素總量開始下降，之后隨著葉片的進(jìn)一步失水減重，總兒茶素含量又重新恢復(fù)上升趨勢。游離氨基酸含量在4種萎凋處理下均呈現(xiàn)上升的趨勢，與無光對(duì)照萎凋相比，3種LED光照萎凋處理下的茶葉中的氨基酸含量提升幅度更大，與柯茜[11]的研究結(jié)果類似。黃藩等[12]使用不同光質(zhì)對(duì)白茶進(jìn)行光照萎凋處理，均顯著提高了茶葉中的可溶性糖含量，與本試驗(yàn)結(jié)果一致，LED藍(lán)光萎凋處理下的可溶性糖含量顯著高于其他3組，原因可能是LED藍(lán)光提高了茶葉的凈光合速率，進(jìn)而促進(jìn)了可溶性糖含量的積累。相關(guān)性分析表明，萎凋葉含水量和總黃酮含量對(duì)茶葉茶湯色澤有顯著的正向作用，萎凋葉含水量對(duì)總黃酮含量有顯著的正向作用，因此茶葉中總黃酮含量呈現(xiàn)上升趨勢，可能是葉片含水量隨萎凋時(shí)間的增加下降導(dǎo)致的[13]。萎凋過程中，咖啡堿由束縛態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x態(tài)，使得咖啡堿含量上升，研究表明，有利于氮代謝的光照條件，也有利于咖啡堿、氨基酸等含氮化合物的積累，因此本研究中藍(lán)光萎凋下的游離氨基酸、咖啡堿含量也是各處理中比較高的[14]。

試驗(yàn)中，PPO、POD和β-GC的活性都隨萎凋時(shí)間的增加呈先增長后降低的變化趨勢。一般情況下，茶葉的攤放過程會(huì)使得葉片溫度小幅度上升，達(dá)到了茶葉中各類酶促反應(yīng)的適宜溫度，各種酶活性也逐漸增加，而在LED光照下，紅藍(lán)光由于能量較高，產(chǎn)生了較強(qiáng)的熱效應(yīng)，使得萎凋后期萎凋槽中的溫度快速上升，超過了茶葉中各種酶促反應(yīng)的適宜溫度，PPO、POD和β-GC的活性也因此大幅下降。此外，試驗(yàn)過程中，對(duì)葉片的翻動(dòng)，也可能是導(dǎo)致酶活性降低的原因之一。

本研究以無光萎凋?yàn)閷?duì)照，采用LED紅光、藍(lán)光以及紅藍(lán)復(fù)合光對(duì)茶葉進(jìn)行光照萎凋處理，分析檢測萎凋后樣品中生化成分及其變化情況，進(jìn)行紅光和藍(lán)光對(duì)茶葉萎凋過程中關(guān)鍵物質(zhì)生成比較研究。結(jié)果表明，相較于自然萎凋，LED光照萎凋可用于改善茶葉品質(zhì)，綜合來看，LED藍(lán)光萎凋10h對(duì)茶葉中的理化指標(biāo)的提升更為顯著，在陰雨天時(shí)可作為光補(bǔ)償?shù)氖侄危糜诓枞~的實(shí)際生產(chǎn)。本研究通過對(duì)萎凋過程中不同時(shí)間段理化指標(biāo)的測定，可視化呈現(xiàn)了茶葉中關(guān)鍵品質(zhì)成分在萎凋不同階段中的動(dòng)態(tài)變化情況，從而推進(jìn)茶葉的萎凋機(jī)械化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)進(jìn)程，以及對(duì)茶葉理化成分快速檢測，加工過程監(jiān)測，風(fēng)味品質(zhì)控制及評(píng)價(jià)方法提供參考依據(jù)和理論基礎(chǔ)。