周漢琛, 劉亞芹, 雷攀登

不同白化期的‘黃山白茶’代謝物差異分析

周漢琛, 劉亞芹, 雷攀登*

(安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所，安徽黃山 245000)

‘黃山白茶1號’是溫度敏感型白化茶樹品種，由其鮮葉加工的綠茶，即‘黃山白茶’，具有清香持久、滋味鮮爽等特征。為探究不同白化時(shí)期加工綠茶的香氣和滋味差異，分析了綠茶中揮發(fā)性代謝物、兒茶素、咖啡堿和游離氨基酸含量的變化。結(jié)果表明，3個(gè)白化時(shí)期的‘黃山白茶’在香氣和滋味上存在差異。氣相質(zhì)譜(GC-MS)分析表明，共有29個(gè)高豐度揮發(fā)性化合物被鑒定；主成分分析(PCA)顯示芳樟醇、順-己酸-3-己烯酯、香葉醇、順-3-己烯醇、()-丁酸-3-己烯酯可能是導(dǎo)致3類綠茶香氣存在差異的標(biāo)志性化合物。滋味成分分析表明兒茶素類物質(zhì)在白化早期綠茶中含量最低；在白化中期綠茶中略有增加但不顯著，而在白化后期綠茶中則顯著增加；咖啡堿在3類綠茶中無顯著差異；游離氨基酸在白化早期綠茶中含量最高，為干質(zhì)量的4.4%，而在白化后期綠茶中只占干質(zhì)量的1.3%。因此，不同時(shí)期的‘黃山白茶1號’嫩梢中的代謝物積累存在差異, 使得加工的綠茶風(fēng)味不同。

茶樹；白化品種；黃山白茶；揮發(fā)性化合物；兒茶素；游離氨基酸

白化茶樹品種是我國重要的特異種質(zhì)資源，因?qū)夂蛞蜃用舾胁煌梢苑譃闇囟让舾行秃凸庹彰舾行蚚1]。茶樹是高度雜合物種，不同品種間的遺傳背景差異較大，其內(nèi)源代謝產(chǎn)物也有差異[2–5]。白化茶樹品種作為變異品種，其內(nèi)源代謝和代謝物積累顯著有別于正常葉色品種[5]，其中內(nèi)源兒茶素類物質(zhì)在白化茶樹品種中的積累普遍較低，這與其合成代謝途徑中關(guān)鍵酶基因的表達(dá)調(diào)控密切相關(guān)[6]。白化茶樹品種葉片中一般含有較高含量的游離氨基酸，因此由白化茶樹品種鮮葉加工的綠茶，多酚類物質(zhì)含量低但氨基酸含量高，使得茶湯滋味鮮爽苦澀味低，我國重要的名優(yōu)綠茶‘安吉白茶’，以其口感鮮爽著稱。Chen等[7]的研究表明，茶樹在遮陰狀態(tài)下，葉片黃化，內(nèi)源葉綠體蛋白酶顯著積累, 導(dǎo)致葉綠體蛋白水解，使得葉片中的游離氨基酸含量顯著上升。此外，Liu等[8]對特異茶樹品種‘郁金香’的研究表明，葉綠體在黃化葉片中較小或發(fā)育不完整。白化茶樹品種在白化期葉片多呈現(xiàn)白色、玉白色或黃白色，其葉綠體發(fā)育或受到抑制。

揮發(fā)性代謝物是組成綠茶香氣的重要成分，尤其是萜烯類化合物，閾值低且普遍具有花果香，對綠茶的香氣品質(zhì)形成具有重要作用。香葉醇、芳樟醇等單萜類物質(zhì)是綠茶香氣的重要貢獻(xiàn)者，其合成酶基因主要定位于質(zhì)體，而白化茶樹品種中的葉綠體發(fā)育不健全，這可能導(dǎo)致白化品種茶樹中萜類物質(zhì)代謝發(fā)生改變[8–10]。Yang等[11]的研究表明，經(jīng)98%黑暗處理后，茶樹葉片黃化，苯丙烷類及苯環(huán)類香氣化合物含量顯著上升，而萜類代謝物質(zhì)含量在長時(shí)間處理后反而持續(xù)降低。不同白化茶樹品種綠茶因品種差異會(huì)使得其特征香氣代謝物有差異, 如‘中黃1號’綠茶具有明顯的熟玉米香，主要來自二甲基硫醚(dimethyl sulfide)的貢獻(xiàn)[12]，而‘正安白茶’綠茶含量較高的揮發(fā)性成分為1-戊烯-3-醇、1-辛烯-3-醇、3-甲基丁醛及2-甲基丁醛等，是其香氣的重要組成成分[13]。

‘黃山白茶1號’ (var.‘Huangshanbaicha No. 1’, HSBC#1)是黃山茶樹群體中的1個(gè)茶樹變種，后經(jīng)過品種選育而成[14]。‘黃山白茶1號’是溫度敏感型白化茶樹品種，在春季低溫時(shí)期白化特征較為明顯(圖1)，葉片呈現(xiàn)白色或玉白色，由其加工而成的綠茶氨基酸含量比‘安吉白茶’綠茶(4.2%～7.4%)高，達(dá)4.8%～8.0%，且茶多酚、咖啡堿含量較低，使得茶湯滋味鮮爽，苦澀味較弱[14]。隨著春季溫度升高，‘黃山白茶1號’葉色開始轉(zhuǎn)變，由白色-黃白色-黃色-黃綠色逐漸變化。本研究分析了‘黃山白茶1號’在不同白化期加工綠茶的滋味成分及香氣成分的變化，旨在探究該類白化茶樹品種綠茶在不同白化期中的主要生化成分變化，以期為后續(xù)研究白化茶樹品種綠茶品質(zhì)形成的機(jī)理研究提供理論基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 材料

所用試劑癸酸乙酯、正構(gòu)烷烴化合物、兒茶素及咖啡堿標(biāo)準(zhǔn)品均購置于Sigma公司，游離氨基酸分析標(biāo)準(zhǔn)品購置于德國SYKAM公司。

供試茶樹品種為‘黃山白茶1號’ (‘Huangshan- baicha No. 1’, HSBC#1)，種植于黃山甘白香公司茶樹培育基地(29o56′13.44′′ N, 118o24′17.59′′ E)，栽培管理相對一致。

1.2 表型觀測和綠茶加工

于2020年3月底至5月初間斷對‘黃山白茶1號’新生嫩芽顏色進(jìn)行拍照，記錄當(dāng)日溫度變化情況。分別于4月7日(葉色白化較重)、4月24日(葉色白化較輕)和5月6日(葉色有返綠)采摘一芽一葉鮮葉，采收后在室內(nèi)攤放2 h后殺青，殺青溫度為200℃～250℃，殺青后室內(nèi)攤涼3～5 min進(jìn)行初烘, 初烘溫度為100℃～110℃，約10～15 min，復(fù)烘溫度80 ℃～90℃，約30 min。綠茶樣品置于-40 ℃冰箱儲(chǔ)藏備用。

1.3 感官審評

參照國家茶葉感官審評標(biāo)準(zhǔn)GB/T 23776—2018進(jìn)行感官審評，準(zhǔn)確稱取3.0 g綠茶樣品，加入150 mL沸水沖泡4 min，濾出茶湯，由3名專業(yè)審茶員主要對茶湯香氣及滋味進(jìn)行描述。

1.4 揮發(fā)性物質(zhì)提取和分析

揮發(fā)性化合物提取參照Wang等[15]的方法并略有改動(dòng)。準(zhǔn)確稱取0.2 g綠茶粉末于20 mL萃取瓶中，加入5 mL沸水，于70 ℃水浴平衡5 min，利用65mol/L PDMS/DVB SPME萃取頭(Supelco, Bellefonte PA)于70 ℃下吸附30 min用于GC-MS分析。其中，吸附過程中加入10L 0.01%癸酸乙酯為內(nèi)標(biāo)化合物。

參照Han等[16]的方法，采用氣相質(zhì)譜聯(lián)用儀Agilent 7697A-7890A分析揮發(fā)性物質(zhì)，氣相色譜柱為DB-5 (30 m×0.25 mm×0.25m; Agilent)。GC程序：氣相不分流，流速為1.0 mL/min，載氣為氦氣，色譜柱升溫程序?yàn)椋撼跏紲囟?0℃，保持1 min; 以10℃/min速率上升到100℃，并保持1 min；然后以4℃/min速率上升到200℃，并保持1 min；以16℃/min上升到280 ℃，并保持7 min。

依據(jù)NIST (National Institute of Standards and Technology)數(shù)據(jù)庫和保留指數(shù)(retention index,RI)進(jìn)行化合物鑒定。揮發(fā)性化合物含量根據(jù)化合物峰面積與內(nèi)標(biāo)峰面積之比計(jì)算，以百分?jǐn)?shù)(%)表示。

1.5 兒茶素、咖啡堿的提取和測定

綠茶樣于研磨機(jī)中粉碎，準(zhǔn)確稱取1.0 g茶粉,分3次加入30 mL沸水并于90℃水浴中震蕩5 min, 過濾茶湯后定容至100 mL。將茶湯稀釋400倍后用0.22m微孔水系濾膜過濾, 用日本島津公司2010A液相色譜儀測定兒茶素及咖啡堿含量，柱溫40℃，流動(dòng)相A為1%乙酸溶液，流動(dòng)相B為乙腈，流速1.0 mL/min。梯度洗脫條件為B相在0～20 min由10%線性變化至13%，20～40 min由13%線性變化至30%，40～41 min由30%線性變化至10%。以標(biāo)準(zhǔn)品繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，計(jì)算兒茶素及咖啡堿含量。每個(gè)樣品重復(fù)3次。

1.6 游離氨基酸的測定

游離氨基酸提取方法同上，稀釋200倍。用德國SYKAM 433D氨基酸分析儀測定游離氨基酸含量。色譜柱為LCA K07/Li，柱溫為38℃～74℃梯度升溫；流動(dòng)相A為pH2.9檸檬酸鋰溶液，流動(dòng)相B為pH 4.2檸檬酸鋰溶液，流動(dòng)相C為pH 8.0檸檬酸鋰溶液；洗脫泵流速為0.45 mL/min，衍生泵流速為0.25 mL/min，進(jìn)樣體積10L。以標(biāo)準(zhǔn)品響應(yīng)面積計(jì)算游離氨基酸含量。每個(gè)樣品重復(fù)3次。

1.7 數(shù)據(jù)處理

利用SPSS 19.0軟件進(jìn)行ANOVA計(jì)算，采用Duncan (D)方差分析法對不同綠茶樣品中代謝物含量差異進(jìn)行分析(<0.05)；采用SMICA.P軟件對茶葉樣品中化合物進(jìn)行主成分分析(principal compo- nent analysis, PCA)。

2 結(jié)果和分析

2.1 白化表型和風(fēng)味

‘黃山白茶1號’為溫度敏感型白化茶樹品種, 在白化前期，環(huán)境溫度為18℃～20℃，葉片白化程度較重，呈現(xiàn)玉白色；在白化中期，環(huán)境溫度為20℃～23℃，葉片呈現(xiàn)黃白色，白化現(xiàn)象有所減輕；在白化后期，環(huán)境溫度達(dá)23℃以上，‘黃山白茶1號’葉片逐漸呈現(xiàn)黃色，有返綠現(xiàn)象(圖1)。感官審評結(jié)果表明，3個(gè)時(shí)期綠茶香氣類型均為清香型, 但白化前期和中期綠茶香氣清香的持久度和強(qiáng)度高于白化后期；滋味評價(jià)表明，白化前期綠茶的鮮爽度較高，而醇厚度低于中期和后期，此外白化前期和中期的綠茶茶湯有回甘，而后期則沒有。

圖1 ‘黃山白茶1號’不同白化時(shí)期表型

2.2 揮發(fā)性成分鑒定

通過NIST數(shù)據(jù)庫檢索和保留指數(shù)比對，3類綠茶樣品中共鑒定出29個(gè)高豐度揮發(fā)性成分(表1)。其中，有13個(gè)揮發(fā)性成分相對含量在3類綠茶樣品中無顯著差異(>0.05)，分別是己醛、庚醛、芳樟醇氧化物I和II、壬醛、苯乙醇、環(huán)氧芳樟醇、十二烷、癸醛、2-甲基丁酸-順-3-己烯酯、香葉醛、吲哚以及橙花叔醇，其余16個(gè)揮發(fā)性成分豐度在3類綠茶樣品中存在顯著差異(<0.05)，尤其是順-3-己烯醇、芳樟醇、香葉醇、順-己酸-3-己烯酯4個(gè)化合物在3類綠茶中的相對含量差異較大。

2.3 揮發(fā)性成分的差異分析

以揮發(fā)性成分相對含量為變量，利用SIMCA軟件進(jìn)行主成分分析，結(jié)果表明，白化前期‘黃山白茶1號’的揮發(fā)性成分與另外兩個(gè)時(shí)期有顯著差異(圖2: A)，且白化中期與白化后期的也有一定差異，而導(dǎo)致差異的標(biāo)志性化合物主要是芳樟醇(C11)、香葉醇(C21)、()-丁酸-3-己烯酯(C15)、順-3-己烯醇(C4)、順-己酸-3-己烯酯(C24)等(圖2: B)。芳樟醇在白化前期的相對含量為(22.918±3.296)%，隨著葉色轉(zhuǎn)變其相對含量顯著下降，白化后期下降為(7.206± 1.790)%。

通過正交偏最小二乘判別分析(orthogonal par- tial least squares discrimination analysis, OPLS-DA)法對差異化合物進(jìn)行分析，以VIP>1且<0.05篩選差異化合物，結(jié)果表明，白化前期與中期綠茶的差異化合物有順-己酸-3-己烯酯(VIP=2.44)、芳樟醇(1.95)、順-3-己烯醇(1.75)、香葉醇(1.38)、()-丁酸-3-己烯酯(1.28)、水楊酸甲酯(1.16)和2-甲基丁酸-順-3-己烯酯(1.00)等7個(gè)化合物。除水楊酸甲酯在白化中期‘黃山白茶’中的相對含量上升外，其余6個(gè)化合物相對含量均呈現(xiàn)下降趨勢(表1)。從白化前期和后期‘黃山白茶’揮發(fā)性組分中篩選到5個(gè)差異化合物，分別是芳樟醇(2.45)、順-己酸-3-己烯酯(2.17)、香葉醇(1.85)、順-3-己烯醇(1.61)、()-丁酸- 3-己烯酯(1.22)。

表1 ‘黃山白茶’綠茶中揮發(fā)性化合物的鑒定

同行數(shù)據(jù)后不同字母表示差異顯著(<0.05)。

Data followed different letters indicate significant difference at 0.05 level.

圖2 不同白化期‘黃山白茶’綠茶揮發(fā)性成分PCA分析。A: PCA; B: 差異代謝物。

2.4 滋味成分分析

滋味成分分析結(jié)果表明，與鮮味相關(guān)的化合物沒食子酸(GA)在白化中期綠茶中的含量最高(<0.05)；兒茶素類物質(zhì)具有收斂性，與茶湯澀味、收斂性相關(guān)，其含量隨白化程度減輕而增加，其中簡單型兒茶素類物質(zhì)總量在白化前期和中期的變化不顯著(>0.05)，而白化后期的兒茶素物質(zhì)總量顯著上升(<0.05)(表2)；酯型兒茶素類物質(zhì)EGCG、GCG、ECG、CG的變化趨勢與簡單型兒茶素類化合物相同，在白化后期綠茶中的含量顯著增加(<0.05); 咖啡堿含量在3類綠茶中的變化不大, 無顯著差異。

游離氨基酸含量隨白化程度減輕呈現(xiàn)下降趨勢(表2)，其中茶氨酸含量變化最為顯著，在白化前期含量達(dá)干質(zhì)量的4.4%，而后期降到1.3%。與鮮味相關(guān)的游離氨基酸天冬氨酸和谷氨酸在白化前期和中期綠茶中變化并不顯著(>0.05)，而在白化后期含量顯著下降(<0.05)；與甜味相關(guān)的游離氨基酸在白化前期的含量較高，在白化后期較低；與苦味相關(guān)的游離氨基酸在白化前期含量較高。PCA分析結(jié)果表明，兒茶素類物質(zhì)含量在白化后期才出現(xiàn)劇烈變化(圖3: A)，而游離氨基酸含量在3類綠茶中的變化較大(圖3: B)。

圖3 不同白化期‘黃山白茶’綠茶中兒茶素類物質(zhì)和游離氨基酸的PCA 分析。A: 兒茶素類物質(zhì)；B: 游離氨基酸。

3 結(jié)論和討論

3.1 揮發(fā)性成分的變化

本研究通過HS-SPME-GC-MS對‘黃山白茶’中的主要揮發(fā)性成分進(jìn)行了鑒定分析，結(jié)果表明，共有29個(gè)高豐度化合物被鑒定，且主要是綠茶中的香氣組分[17]。PCA分析結(jié)果表明返綠后的‘黃山白茶’顯著有別于白化時(shí)期的綠茶，且主要差異成分是芳樟醇、香葉醇、()-己酸-3-己烯酯、順-3-己烯醇和()-丁酸-3-己烯酯等，推測這些揮發(fā)性成分的不同是導(dǎo)致綠茶香氣審評差異的因素。在本研究中,同一發(fā)育狀態(tài)下(一芽一葉)，葉片返綠‘黃山白茶’中的芳樟醇及香葉醇含量顯著低于葉片白化時(shí)期的綠茶，推測環(huán)境溫度的改變，使得葉片轉(zhuǎn)綠進(jìn)程中，內(nèi)源萜類合成途徑受到調(diào)控，進(jìn)而影響了萜類物質(zhì)的生物合成。近期即有研究表明低溫處理下,茶樹質(zhì)體中的萜類合成MEP (methylerythritol 4- phosphate)途徑受到調(diào)控，使得萜類合成相關(guān)基因，如、、等顯著上調(diào)表達(dá)[18]。

表2 不同白化期‘黃山白茶’綠茶滋味成分含量(mg/g)

同行數(shù)據(jù)后不同字母表示差異顯著(<0.05)。

Data followed different letters indicate significant difference at 0.05 level.

此外，本研究中，醛類化合物，如己醛、庚醛、芳壬醛、癸醛等在不同白化時(shí)期綠茶中的豐度差異較小。已知醛類化合物多來源于脂肪酸類物質(zhì)的裂解，在茶葉加工過程中脂類化合物可氧化裂解產(chǎn)生多種揮發(fā)性成分，包括醛類、酸類、酮類等[19]。脂肪酸合成途徑在植物中較為復(fù)雜，涉及多條合成途徑[20]?；谥愇镔|(zhì)在茶葉中較為豐富，約占干質(zhì)量的2%[21]，推測醛類物質(zhì)的生成與茶葉加工過程密切相關(guān)。本研究中的綠茶加工過程相對一致，這可能是醛類化合物含量差異不顯著的原因。

3.2 滋味成分的變化

對‘正安白茶’的研究表明，兒茶素類物質(zhì)相對含量在白化期呈現(xiàn)上升趨勢，尤其在復(fù)綠期含量顯著增加；游離氨基酸則以白化期的含量最高[22]。在本研究中，白化早期‘黃山白茶’中的游離氨基酸總量顯著高于白化中期和晚期，而兒茶素類物質(zhì)含量則顯著低于白化晚期，這與‘正安白茶’[22]的研究結(jié)果一致。在白化早期‘黃山白茶’中游離氨基酸總量達(dá)干質(zhì)量的4%，而此時(shí)兒茶素類物質(zhì)，主要負(fù)責(zé)茶湯收斂性的物質(zhì)含量相對較低，使得茶湯鮮爽而醇厚度稍欠；白化中期‘黃山白茶’兒茶素類物質(zhì)含量增加使得茶湯醇厚度增加。此外，白化早期和中期綠茶茶湯滋味有回甘，而白化后期綠茶則沒有, 表明茶湯甜醇度與槲皮素-3--蕓香糖苷、-氨基丁酸和咖啡堿有顯著相關(guān)性[23]。另有研究表明，類黃酮糖苷物質(zhì)的增加可使得茶湯回甘度降低[24]，后期研究中可通過分析該類物質(zhì)的差異，深入研究影響不同白化期綠茶風(fēng)味改變的關(guān)鍵化合物。

‘黃山白茶1號’為溫度敏感型白化茶樹品種,隨著溫度上升葉色逐漸返綠。Feng等[5]的研究表明，相同時(shí)期正常葉色茶樹品種‘福鼎大白’中的兒茶素類物質(zhì)總量顯著高于‘安吉白茶’、‘郁金香’、‘天臺黃茶’等白化、黃化特異茶樹品種，這表明茶樹正常葉色葉片利于積累較多的兒茶素類物質(zhì)。轉(zhuǎn)錄因子和等參與調(diào)控了類黃酮生物合成代謝途徑關(guān)鍵酶基因的表達(dá)變化[25]。近期研究表明茶樹轉(zhuǎn)錄因子參與調(diào)控花青素合成酶ANS和花青素還原酶ANR基因的表達(dá)，影響了茶樹嫩梢中兒茶素類物質(zhì)的積累[26]。此外，低溫、弱光使得茶樹葉片中的兒茶素類物質(zhì)積累顯著降低，而顯著促進(jìn)游離氨基酸等物質(zhì)的積累[25]。本研究中，白化時(shí)期的‘黃山白茶’積累更多的游離氨基酸。有研究表明[11,27–29]，白化、黃化茶樹葉片中易積累更多的游離氨基酸，這與葉綠體蛋白水解及茶氨酸合成酶的上調(diào)表達(dá)有關(guān)。

綜上所述，白化茶樹品種‘黃山白茶1號’隨溫度變化，葉色發(fā)生轉(zhuǎn)變，內(nèi)源代謝物的積累產(chǎn)生變化，如揮發(fā)性化合物、兒茶素類物質(zhì)和游離氨基酸等，使得鮮葉加工的綠茶風(fēng)味產(chǎn)生差異。

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Metabolites Profiling of Green Tea Processed from ‘Huangshanbaicha No. 1’ Cultivar at Different Albino Stages

ZHOU Hanchen, LIU Yaqin, LEI Pandeng*

(Tea research institute, Anhui Academy of Agricultural Sciences, Huangshan 245000, Anhui, China)

Teacultivar ‘Huangshanbaicha No. 1’ (HSBC#1) was bred from natural albino mutants of tea plants. The green tea processed from HSBC#1 possess umami, mellow taste and fresh odor. For investigating the metabolite profile of green tea produced from three albino stages (early, middle, and late) of HSBC#1, the main components in tea, such as volatile compounds, catechins, caffeine, and free amino acids, were analyzed. The green teas produced from different stages of HSBC#1 showed the different odor and taste via sensory evaluation. A total of twenty-nine volatiles was identified and quantified. The principal component analysis indicated that the top five differential volatiles were geraniol, ()-hexanoic acid, 3-hexenyl ester, linalool, ()-3-hexen-1-ol, and ()-butanoic acid, 3-hexenyl ester, approximately contributing to the differences in aroma among green teas. Catechins were lower concentrated in early-stage green tea, but their concentrations increased significantly in late-stage green tea. The amount of caffeine had no difference in three types of green tea. The total content of free amino acids in early-stage green tea accounted for about 4% of dry weight, while that in late-stage green tea only for 1.3% of dry weight. Therefore, the differences in metabolites among tender shoots of HSBC#1 at different albino stages lead to the difference in the flavor of green tea products.

; Albino tea cultivar; Huangshanbaicha; Volatile compound; Catechin; Free amino acid

10.11926/jtsb.4461

2021-06-08

2021-08-25

黃山市科技計(jì)劃項(xiàng)目(2018KN-03)；安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(2021YL036)資助

This work was supported by the Project of Science and Technology in Huangshan (Grant No. 2018KN-03), and the Project for Innovation Team of Anhui Academy of Agricultural Sciences (Grant No. 2021YL036).

周漢琛(1989～ )，女，博士，研究方向?yàn)椴铇渖锘瘜W(xué)及分子生物學(xué)。E-mail: Tuesday1011@163.com

. E-mail: lpteagle@126.com