萎凋葉含水量對南川大樹茶紅茶品質的影響

楊杰，張紹絨，張琦，張成，羅理勇，曾亮

1.西南大學 食品科學學院，重慶 400715；2.重慶市南川區經濟作物技術推廣中心，重慶 南川 408499

南川大樹茶(Camelliananchuanica)是重慶市南川區獨特的地方大葉種品種資源,生長在海拔1 000～1 300 m之間,年平均氣溫13.5 ℃.其節間長,葉片大,芽葉肥壯,葉表面角質層厚,具有強抗寒性與抗病性.南川大樹茶發芽早于當地的中小葉種[1-2],鮮葉內含物質豐富,酯型兒茶素、咖啡堿質量分數高[3-4],酚氨比大于8,適宜制備紅茶.南川大樹茶已獲得國家茶葉地理標志認證和地理標志商標,是南川區重點發展的特色產業,有較高的經濟利用價值.目前,對南川大樹茶的研究多集中在種質資源篩選[5-6]和扦插繁育技術[7]方面,對南川大樹茶加工研究較少,僅有紅茶初制過程中物質變化的研究[8].現有的南川大樹茶紅茶是借鑒小葉種和紅碎茶加工制作而成[9],加工時萎凋濕度掌握不明,萎凋時含水量或高或低與南川大樹茶鮮葉特性不匹配.成品茶外形粗獷,斷碎多,品質不一,無法充分發揮南川大樹茶的資源優勢和產業效益.

萎凋是紅茶初制的第一道工序,是影響紅茶外形、滋味和香氣的重要環節.萎凋過程中葉片含水量逐步下降,細胞膨壓降低、葉質變軟,葉片彈性下降,塑性和柔軟性先升后降[10],為紅茶良好外形奠定了基礎; 葉面積縮小和細胞膜選擇性透性喪失,酶活力增強,葉片內含物質發生系列變化[11],為紅茶的滋味和香氣進行物質準備.含水量是茶葉加工中的重點關注指標,其多少決定著茶葉加工的進程.萎凋葉含水量影響揉捻的成條率、破碎率[12]及成品茶滋味、香氣物質質量分數[13].有研究表明高含水量萎凋葉所制茶葉斷碎多,制茶率低; 低含水量萎凋葉所制茶葉香氣沉悶,茶多酚、兒茶素保留少,滋味寡淡[14-15].萎凋葉含水量對茶葉品質的影響多以成品茶品質分析為主,其加工過程中對物質質量分數變化研究較少.熵權TOPSIS是對多目標系統進行排序、優選決策的常用綜合評價方法,其計算簡便、結果量化客觀[16],多用于經濟[17]、農業及環境科學行業[18]的決策評估,近年來在食品綜合評價中逐漸得以利用[19].

本研究通過對不同含水量萎凋葉所制紅茶進行感官評價和熵權TOPSIS分析,并結合加工過程中不同含水量萎凋葉加工樣(鮮葉、萎凋葉、揉捻葉、發酵葉)的生化成分、色澤、酶活性分析,探究萎凋葉含水量對南川大樹茶紅茶的品質影響,明確南川大樹茶紅茶加工中茶鮮葉萎凋的最佳含水量,為南川大樹茶紅茶加工提供理論參考,為建立南川大樹茶紅茶適宜的加工工藝夯實基礎.

1 材料和方法

1.1 試驗材料

1.1.1 試劑與儀器

福林酚,北京索萊寶科技有限公司; 沒食子酸、無水碳酸鈉、磷酸氫二鈉(十二水)、磷酸二氫鉀、鄰苯二酚、偏磷酸、愈創木酚、聚乙烯吡咯烷酮,成都市科龍化工試劑廠; 茚三酮、檸檬酸、谷氨酸,上海源葉生物科技有限公司; 蒽酮,國藥集團化學試劑有限公司; 無水葡萄糖、乙酸乙酯、草酸(二水)、無水乙醇、碳酸氫鈉、檸檬酸鈉,成都市科隆化學品有限公司; 濃硫酸,重慶川東化工集團有限公司; 對硝基苯-β-D葡萄糖苷,重慶康坭商貿有限公司,均為分析純.乙腈、冰乙酸、甲醇,北京邁瑞達科技有限公司; 兒茶素(catechin,C)、表兒茶素(epicatechin,EC)、沒食子兒茶素(gallocatechin,GC)、表沒食子兒茶素(epigallocatechin,EGC)、兒茶素沒食子酸酯(catechingallate,CG)、表兒茶素沒食子酸酯(epicatechingallate,ECG)、沒食子兒茶素沒食子酸酯(gallocatechingallate,GCG)、表沒食子兒茶素沒食子酸酯(epigallocatechin gallate,EGCG),成都普瑞法科技開發有限公司,均為色譜純.

Synergyhimg全波長酶標儀,美國Biotek公司; GC/MS-2010氣相色譜質譜聯用儀,LC-20型高效液相色譜儀,日本島津公司; XL-30 C茶葉粉碎機,旭朗公司; HWS-26電熱恒溫水浴鍋,上海齊欣科學儀器有限公司; 5810 R型臺式高速冷凍離心機,德國Eppendorf公司; 6 CWD-5茶葉萎凋機,衢州市民茶茶機有限公司; 6 CR-40茶葉揉捻機,茶葉烘焙機,6 CHFJ-5 B紅茶發酵機,浙江上洋器械股份有限公司; 工業相機MV-EM 500 C,維視數字圖像技術有限公司.

1.1.2 試驗材料

2022年4月中旬,南川大樹茶茶鮮葉(1芽2葉)采摘于重慶市南川區德隆鎮.

1.2 試驗方法

1.2.1 樣品加工和取樣固樣

樣品加工:茶鮮葉采摘后1 h內運往茶廠,置于萎凋槽內攤放(攤青厚度15 cm,鼓風40 min和攤青1.5 h交替進行,溫度23～28 ℃,相對濕度65%～75%),萎凋過程中每3 h測定含水量,當萎凋葉含水量達到68%±2%,62%±2%和56%±2%時記為萎凋成功,取等量萎凋葉經揉捻(45 r/min,120 min)、發酵(2 h,溫度30 ℃,相對濕度95%)、干燥(初烘100 ℃,15 min,攤涼40 min,80 ℃足干).取樣固樣按表1進行.

表1 南川大樹茶不同含水量加工取樣點

1.2.2 酶活測定

多酚氧化酶(polyphenol oxidase,PPO)、過氧化物酶(peroxidase,POD)測定采用分光光度法[20],β-葡萄糖苷酶(β-glucosidase,β-G)測定參照劉昆言[21]的方法稍作改動.

1.2.3 生化成分測定

水浸出物、茶多酚、游離氨基酸總量分別參照GB/T 8305-2013[22],GB/T 8313-2018[23],GB/T 8314-2013[24]; 可溶性糖采用蒽酮硫酸法[25],黃酮類化合物采用亞硝酸鈉-三氯化鋁法[26],兒茶素組分和咖啡堿采用高效液相色譜法[27],茶黃素、茶紅素、茶褐素采用系統分析法[28].

1.2.3.1 香氣成分測定[26]

采用頂空固相微萃取法(headspace solid-phase microextraction,HS-SPME)萃取揮發性組分.稱取1 g磨碎茶樣于20 mL萃取瓶中,加入5 μL的癸酸乙酯(25 μg/mL)后再加入5 mL沸超純水,加蓋密封平衡5 min后于60 ℃恒溫水浴鍋中萃取60 min,在230 ℃解析5 min后進行GC-MS分離鑒定.

1.2.3.2 GC/MS分析條件

色譜條件:DB-5MS毛細管柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm),載氣為氦氣(純度高于99.999%),進樣口溫度230 ℃,不分流進樣,柱流量為1 mL/min,壓力50.5 kPa.升溫程序:40 ℃,以4 ℃/min升溫至100 ℃,保持2 min; 以2 ℃/min升溫至120 ℃,保持4 min; 以2.5 ℃/min升溫至180 ℃,保持2 min; 以20 ℃/min升溫至230 ℃,保持2 min.質譜條件:電子電離源,離子源溫度230 ℃,電離能70 eV,檢測器電壓0.3 kV.掃描方式為全掃描,質量掃描范圍為40～400 m/z.

1.2.3.3 定性定量

利用NIST 08,NIST 08s標準譜庫對GC/MS的色譜峰信息進行對比檢索(相似度≥85%),根據保留時間定性化合物并用癸酸乙酯內標法相對定量,結合TGSC信息系統(http://www.thegoodscentscompany.com)進行香氣屬性注釋.

1.2.4 色澤測定

采用計算機視覺技術測定色差,即用工業相機MV-EM500C保存圖片為BMP文件(2 592×1 944),然后使用Image J(1.53)提取L*值(亮度)、a*值(紅綠度)和b*值(黃藍度),每個樣品保存6張圖像[29].

1.2.5 感官審評

由5位高級評茶員按《茶葉感官審評方法》[30]進行審評.

1.3 數據處理

采用SPSS 26.0進行方差分析(Duncan檢驗,p<0.05)和相關性分析,Origin 2022作圖,利用SPSSAU平臺對成品茶數據進行正/逆向化和標準化處理,并作熵權TOPSIS分析.

2 結果與分析

2.1 不同含水量萎凋葉所制南川大樹茶紅茶感官品質評價

結果如表2.外形上:62%含水量萎凋葉所制紅茶色澤烏黑潤,有鋒苗,勻整度高,得分高于68%含水量萎凋葉所制紅茶(色澤偏褐,斷碎較多).湯色上:68%和62%含水量萎凋葉所制紅茶得分較高,茶湯明亮.香氣上:62%含水量萎凋葉所制紅茶香氣得分較高,與68%,56%相比甜香更持久.滋味上:62%含水量萎凋葉所制紅茶甜醇濃厚,優于68%和56%含水量萎凋葉所制紅茶.葉底上:62%和68%含水量萎凋葉所制紅茶葉底紅亮,得分高.綜上,62%含水量萎凋葉所制紅茶感官品質高于68%和56%.

表2 不同含水量萎凋葉南川大樹茶紅茶感官品質評價表

2.2 萎凋葉含水量對南川大樹茶紅茶加工過程中生化物質的影響

2.2.1 萎凋葉含水量對南川大樹茶紅茶品質成分的影響

水浸出物是茶湯中可溶性化合物的總稱,可影響茶湯滋味濃厚度[31].隨加工工藝的推進,水浸出物質量分數降低,56%加工樣降幅最大(圖1a),不同含水量萎凋葉所制成品紅茶水浸出物質量分數68%>62%>56%(表3).游離氨基酸可分為鮮味、甜味和苦味氨基酸,能提高茶湯鮮爽度.游離氨基酸可與咖啡堿、茶多酚、茶黃素作用降低茶湯苦澀味[32].不同含水量加工樣中游離氨基酸峰值出現不同,62%加工樣在成品時的游離氨基酸增幅最大(圖1b),所制成品茶中游離氨基酸高達6.21%(表3),顯著高于68%和56%.萎凋葉含水量影響加工中游離氨基酸的質量分數,進而影響紅茶的鮮爽度.可溶性糖是茶湯中甜味的主要來源,在加工過程中可溶性糖質量分數先增后減,不同含水量加工樣間差異無統計學意義,所制成品紅茶中可溶性糖在2.25%～2.42%之間.

變幅為(加工樣-鮮葉)與鮮葉的比值; X為鮮葉,W為萎凋,R為揉捻,F為發酵,C為成品.

表3 不同含水量萎凋葉加工過程中南川大樹茶紅茶品質成分質量分數 /%

茶多酚、黃酮類化合物、咖啡堿與茶湯苦澀味顯著相關[33].在加工中,咖啡堿先降后升,發酵后62%加工樣降幅最大; 茶多酚和黃酮類化合物呈下降趨勢,揉捻時的62%加工樣降幅最大(圖1d-1f),說明此時細胞破碎度大,物質轉化充分.不同含水量萎凋葉所制成品紅茶中、黃酮類化合物和茶多酚質量分數為68%>62%>56%,咖啡堿在4.70%～4.87%之間(表3).兒茶素是茶多酚的主體物質,兒茶素總量隨加工逐漸減少,成品時略增,56%加工樣變幅最大,62%次之,68%最小(圖2l).兒茶素包括酯型兒茶素和非酯型兒茶素,酯型兒茶素(EGCG,GCG,ECG,CG)是茶湯的澀味主體,非酯型兒茶素(GC,EGC,C,EC)與苦味相關[34].在加工過程中C和EC先增后減,56%的發酵和成品樣變幅最大; GC和EGC先減后增,68%的揉捻樣最高,62%次之(圖2a-2b).EGCG在加工中持續下降,56%加工樣降幅最大(圖2e); ECG成品樣略回升(圖2f),GCG和CG在萎凋后急劇上升,68%增幅最大(圖2g-2h).不同含水量萎凋葉所制紅茶非酯型兒茶素和酯型兒茶素隨萎凋葉含水量下降顯著降低(表4),68%,62%和56%含水量萎凋葉所制紅茶兒茶素保留量分別為71%,68%和58%.研究報道,茶葉中兒茶素保留量在70%以上茶湯苦澀味重,保留量在65%左右時茶湯滋味濃厚鮮爽[35],因而,62%含水量萎凋葉所制紅茶滋味較68%和58%濃厚鮮爽.茶色素是紅茶茶湯色澤的主體物質,包括茶黃素、茶紅素和茶褐素.茶黃素有強收斂性; 茶紅素使茶湯紅亮,增強滋味強度[36]; 茶褐素使茶湯發暗,降低收斂性.加工過程中茶色素質量分數均持續增加,茶黃素在揉捻時增幅最大隨后下降,56%加工樣增幅最大; 茶紅素在成品時62%加工樣增幅最大; 不同含水量萎凋葉所制紅茶成品茶褐素變幅為56%>62%>68%(圖1g-1j),56%加工樣茶褐素為3.99%(表3).萎凋葉含水量影響各工藝中的茶多酚、黃酮類化合物、兒茶素組分、茶色素物質的變幅大小,進而影響成品茶中物質的積累.

表4 不同含水量萎凋葉加工南川大樹茶紅茶全工藝兒茶素組分質量分數 /(mg·g-1)

2.2.2 萎凋葉含水量對南川大樹茶紅茶的色澤影響

加工中的茶葉色澤變化可以用L*,a*和b*值表達,L*值越大代表茶亮度越高,a*值(紅綠度)和b*值(黃藍度)越大代表干茶色澤將趨近于紅、黃色調.隨著加工的進行,不同含水量加工樣L*,b*值均呈下降趨勢,a*值先升高,成品時再下降.與68%和62%加工樣相比,56%加工樣L*,a*,b*值變化更大.L*,b*值在萎凋和發酵時隨萎凋葉含水量下降顯著降低;a*值在萎凋和揉捻時隨萎凋葉含水量下降顯著增加.不同含水量萎凋葉所制成品紅茶L*,a*,b*值差異有統計學意義(圖3).62%含水量萎凋葉所制紅茶a*,L*較56%高,茶葉紅度更大,色澤更亮;b*值較68%和56%低,茶葉黃度低.綜上62%含水量所制紅茶色澤亮潤最優.

X為鮮葉,W為萎凋,R為揉捻,F為發酵,C為成品.

2.3 萎凋葉含水量對南川大樹茶紅茶揮發性物質的影響

不同含水量萎凋葉所制紅茶揮發性物質分析鑒定結果如表5,除內標(癸酸乙酯)外共檢測出79種物質,其中,烴類15種,醇類19種,醛類18種,酮類6種,酯類12種,酸類3種和其他類物質7種.68%,62%和56%含水量萎凋葉所制紅茶分別檢出49,43和46種揮發性物質,其中共有組分18種(含內標),香葉醇(180.64～273.87 μg/kg)、芳樟醇(94.79～218.24 μg/kg)、苯乙醛(47.01～321.12 μg/kg)、水楊酸甲酯(151.39～269.71 μg/kg)為主要成分,分別占其香氣類別的28.29%～35.32%,14.64%～28.15%,15.74%～45.87%和34.50%～43.52%.不同含水量萎凋葉所制紅茶揮發性物質以醇類、醛類和酯類為主,占揮發性物質總量的60%以上(圖4a),各類別間占比有差異.68%含水量萎凋葉所制紅茶醇類化合物占比較高(35.35%),其次是酯類、醛類; 62%和56%含水量所制紅茶醇類、醛類和酯類占比均勻(20.50%～24.86%).花香型的反式-橙花叔醇在56%含水量萎凋葉所制紅茶中質量分數最高,為145.39 μg/kg,清果香的N-丁酸(反-2-己烯基)酯,甜玫瑰花香的香葉醇、芳樟醇、橙花醇和苯乙醇在62%含水量萎凋葉所制紅茶中質量分數高于68%和56%含水量萎凋葉所制紅茶(表5).此外,68%,62%和56%含水量萎凋葉所制紅茶分別存在15,13和12種差異物質(圖4b).62%含水量萎凋葉所制紅茶揮發性物質質量分數最高,為3 119.61 μg/kg,68%含水量萎凋葉所制紅茶揮發性物質質量分數最低,為1 806.18 μg/kg(表5),與感官審評中62%萎凋葉所制紅茶甜香持久帶花香一致.

圖4 南川大樹茶紅茶香氣類別占比和香氣種類VENN圖

表5 不同含水量萎凋葉南川大樹茶成品紅茶香氣成分質量分數表 /(μg·kg-1)

2.4 萎凋葉含水量對南川大樹茶紅茶加工中酶的影響

不同含水量萎凋葉加工中酶活性變化如圖5.PPO酶活性隨加工推進先升后降,三者加工樣間除發酵外差異無統計學意義,發酵時62%活性顯著低于68%和56%.POD酶活性在加工中先升后降,56%加工樣POD酶活性顯著高于68%和62%,與品質成分茶多酚、兒茶素56%加工樣變幅最大相合.β-G酶是水解糖苷類前體物質,釋放芳香醇類和萜烯醇類化合物,有助于愉悅花果香的形成[37].發酵前,β-G酶活性68%含水量萎凋葉揉捻時活性最高,為8.81 U/(g·min),發酵后62%和56%加工樣β-G酶活性顯著高于68%,與成品茶中香氣質量分數趨勢一致.

X為鮮葉,W為萎凋,R為揉捻,F為發酵,C為成品.

萎凋葉含水量、酶、品質成分和色澤Spearman相關分析結果如表6,萎凋葉含水量與POD酶活性呈顯著負相關(|r|>0.5[38]).加工過程中茶多酚、EGCG、ECG、酯型兒茶素、兒茶素總量與PPO和POD酶間有顯著正相關,茶黃素、茶紅素、茶褐素與PPO酶活性顯著負相關.PPO催化兒茶素類物質氧化形成鄰醌,POD氧化鄰醌形成茶黃素、茶紅素和不溶性高聚化合物[39].萎凋葉含水量通過影響POD酶活性改變加工中茶多酚、兒茶素組分和茶色素的變幅,改變紅茶中的物質量和配比,進而影響茶湯滋味及色澤.此外萎凋葉含水量與游離氨基酸總量、黃酮類化合物、非酯型兒茶素、L*值、b*值有顯著相關性.

表6 萎凋葉含水量對南川大樹茶紅茶非揮發性物質及加工酶活性相關性分析

2.5 不同含水量萎調葉所制南川大樹茶紅茶的熵權TOPSIS分析

感官評價大多運用專家的知識結構和豐富經驗,生化成分是品質的物質基礎,而單一生化成分無法綜合評價茶葉的品質,因此在感官審評基礎上引入更依賴客觀數據反應信息的熵權TOPSIS模型對不同含水量萎凋葉所制紅茶品質進行綜合評價更為客觀.以不同含水量萎凋葉所制紅茶的9個樣本20個滋味物質成分、3個色澤指標和17個香氣成分共40個指標建立初始化決策矩陣,經歸一化處理計算分析得到權重結果(表7)及評價結果(表8).結果表明,9個成品紅茶樣本與理想最優方案的相對接近度大小為0.388 5～0.579 7,其中,3個68%含水量萎凋葉所制紅茶樣品相對接近度較低,綜合排序為7,8,9; 62%含水量萎凋葉所制紅茶相對接近度高(0.571 6～0.579 7),綜合排序位于前3,所得綜合品質較68%和56%優,與感官審評結果一致,因此62%含水量萎凋葉所制成品紅茶綜合品質最優.

表7 熵值法計算權重結果匯總

表8 TOPSIS評價結果

3 結論

通過對不同含水量萎凋葉南川大樹茶紅茶加工樣的品質成分、色澤、酶及成品茶感官審評和熵權TOPSIS分析,表明南川大樹茶紅茶加工過程中游離氨基酸總量、可溶性糖和a*值先增后減,茶多酚、黃酮類化合物、兒茶素(EC,EGCG,ECG)、L*和b*值持續下降,不同含水量加工樣中品質成分在發酵工藝后差異最顯著.相關分析表明萎凋葉含水量與POD酶活性呈顯著負相關(r=-0.571),顯著影響加工中茶多酚、兒茶素和茶色素物質的轉化,是影響紅茶品質的主要酶類,56%含水量加工樣物質變幅最大.62%含水量萎凋葉所制成品紅茶其游離氨基酸總量(6.21%)、茶紅素(3.37%)、L*和a*值均高于68%和56%含水量萎凋葉所制紅茶.成品紅茶中共檢測出79種香氣物質,62%含水量萎凋葉所制紅茶香氣質量分數(3 119.61 μg/kg)高于68%和56%.其中,賦予茶湯花香和果香的香葉醇、芳樟醇、橙花醇和苯乙醇質量分數高于68%和56%.感官審評表明62%萎凋葉含水量所制成品紅茶與68%和56%相比,干茶色澤黑潤亮,滋味甜醇濃厚,香氣持久純正.進一步通過熵權TOPSIS法對檢測到的滋味、色澤和香氣成分進行綜合分析,驗證表明62%含水量萎凋葉所制紅茶綜合品質最佳.綜上,含水量為62%是南川大樹茶適宜的萎凋含水量.