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    不同氨基酸對普洱茶發(fā)酵過程中多酚類物質(zhì)轉(zhuǎn)化及品質(zhì)的影響

    2013-10-30 03:33:54凌萌樂劉通訊
    食品與發(fā)酵工業(yè) 2013年5期
    關(guān)鍵詞:紅素普洱茶兒茶素

    凌萌樂,劉通訊

    (華南理工大學(xué)輕工與食品學(xué)院,廣東 廣州,510640)

    普洱茶作為我國的傳統(tǒng)名茶之一,主要以云南大葉種曬青毛茶為原料,根據(jù)其后續(xù)加工工序的不同可分為“生茶”和“熟茶”,熟茶與生茶的區(qū)別在于,熟茶是經(jīng)渥堆發(fā)酵和一系列后續(xù)工序快速成熟陳化而制得的。加工完成后的熟茶外形色澤紅褐,內(nèi)質(zhì)湯色紅濃明亮,香氣陳香而獨(dú)特,滋味醇和回甘,葉底紅褐,具有降血壓、降血脂[1]和抗衰老[2]等多種保健功效。在普洱熟茶的制作過程中,渥堆發(fā)酵是最為重要的一步,直接決定著產(chǎn)品的質(zhì)量,所以改善渥堆工藝對普洱茶品質(zhì)的提高有著重要的意義,目前,國內(nèi)外關(guān)于工藝方面的探究主要集中在添加外源酶類、改變潮水量和人工接種微生物等方面[3],并且在揭示品質(zhì)的形成機(jī)理方面也進(jìn)行了大量的研究[4],但是對于通過添加外源氨基酸來改善發(fā)酵工藝以及發(fā)酵過程中酚類物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系研究較少。氨基酸作為普洱茶發(fā)酵過程中的重要參與物質(zhì),其本身又是呈味物質(zhì),對普洱茶滋味和色澤的形成都起著非常重要的作用。本研究在一定潮水量、翻堆間期和翻堆次數(shù)的條件下,添加6 種具有代表性的外源氨基酸來探究其對普洱茶發(fā)酵過程中茶多酚、兒茶素和茶色素變化的影響,并對以上成分的相關(guān)性進(jìn)行分析,得出它們在發(fā)酵過程中的變化規(guī)律。將最終發(fā)酵產(chǎn)品的感官評定和茶湯的光學(xué)特性與市售陳年普洱茶進(jìn)行對比分析,以評價(jià)外源氨基酸對普洱茶發(fā)酵品質(zhì)的影響。

    1 材料與方法

    1.1 材料與儀器

    大葉種曬青毛茶(2011 年)云南騰沖;云南七子餅茶(03、05、07 年產(chǎn)熟普,中國云南西歐雙版納勐海國營黎明茶廠出品;谷氨酸、甘氨酸、賴氨酸、亮氨酸、丙氨酸和苯丙氨酸,上海伯奧生物科技有限公司。

    ESJ200—4 電子分析天平,上海精科電子有限公司;UV752N 型分光光度計(jì),上海棱光技術(shù)有限公司;富華420 型三用水箱,金壇市富華儀器有限公司;DHG90A 電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱,上海索普儀器有限公司;CR-400 便攜式色彩色差計(jì),Chroma meter;循環(huán)水式真空泵,鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司。

    1.2 實(shí)驗(yàn)方法

    加水增濕至茶堆含水量為45%,實(shí)驗(yàn)組加入干茶重量0.6%的相應(yīng)氨基酸[5],對照組(CK)不添加氨基酸。然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室模擬渥堆發(fā)酵,渥堆過程中,每6 天進(jìn)行一次翻堆,共翻堆4 次,翻堆之前對茶堆的芯層和表層進(jìn)行取樣[6]。(實(shí)驗(yàn)進(jìn)行時(shí)間2012年9 ~12 月,環(huán)境溫度為17 ~26℃)。

    1.3 指標(biāo)測定

    茶多酚(TP)的測定:GB/T 8313 -2002;兒茶素總量的測定:香莢蘭素比色法;茶黃素(TF)、茶紅素(TR)、茶褐素(TB)的測定:比色系統(tǒng)分析法[7]。普洱茶的光特性分析方法:精確稱取普洱茶茶樣3.000g,加入150ml 沸水,沖泡5min,單層濾紙過濾,茶湯濾液冷卻至室溫后用色彩色差計(jì)測L*、a*、b*值,測定3 次,取平均值。

    1.4 數(shù)據(jù)分析

    用Microsoft Excel 2007 對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與作圖,采用SPSS19.0 對數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析、相關(guān)性分析和回歸分析。

    2 結(jié)果與分析

    2.1 不同氨基酸對普洱茶發(fā)酵過程中堆溫變化的影響

    在普洱茶渥堆發(fā)酵過程中,適宜的溫度不僅為微生物的滋生和活動(dòng)創(chuàng)造了良好條件,也為茶葉內(nèi)含物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和生成創(chuàng)造了條件,這對酚類物質(zhì)的氧化聚合尤為重要,所以在普洱茶發(fā)酵前期保持一定的堆溫對普洱茶品質(zhì)的形成有著重要的作用。由圖1 可知實(shí)驗(yàn)組在渥堆前期(7d 之前)堆溫明顯高于對照組,最高溫度達(dá)48 ~55℃,說明外源氨基酸能夠增強(qiáng)發(fā)酵過程中生化反應(yīng),加快反應(yīng)產(chǎn)熱,使堆溫達(dá)到較高的水平,從而有利于茶葉內(nèi)部物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和生成。當(dāng)發(fā)酵進(jìn)行到一定程度時(shí),生化反應(yīng)活性降低,堆溫隨之降低。

    圖1 不同氨基酸處理下渥堆過程中堆溫的變化Fig.1 Changes of pile temperature during fermentation process under different amino acids treatment.

    2.2 不同氨基酸對普洱茶發(fā)酵過程中茶多酚和兒茶素含量變化的影響

    茶多酚和兒茶素在很大程度上決定了茶葉的滋味,并且這兩者又是生成茶色素的前體物質(zhì),與茶色素的變化緊密相關(guān),所以其變化對普洱茶的滋味和色澤有著重要的影響[8]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,第4 次翻堆結(jié)束后,茶多酚減幅最大的是谷氨酸組,達(dá)92.1%(表層和芯層減幅的平均值,下同);減幅最小組為亮氨酸組,達(dá)67.3%。由圖2 -A 可知,與對照組相比在渥堆前期外源氨基酸對茶多酚的減少量影響不大(P>0.05),說明外源氨基酸與茶多酚的減少和轉(zhuǎn)化的關(guān)系不明顯,但實(shí)驗(yàn)組總體的減幅均大于對照組的66.7%,這可能是由于茶多酚作為一種混合物,它包含類黃酮、黃酮類、黃酮醇類、花色苷類、異黃酮等物質(zhì)[9],它的減少和變化受到如發(fā)酵過程中的濕熱環(huán)境、多酚氧化酶酶活等眾多因素的影響。

    兒茶素屬黃烷醇類物質(zhì),是2-苯基苯并吡喃的衍生物,性質(zhì)活潑,約占多酚總量的70% ~80%。兒茶素的B 環(huán)酚羥基易氧化形成鄰醌,而鄰醌又很不穩(wěn)定,易發(fā)生復(fù)雜的聚合、縮合反應(yīng),而形成雙黃烷醇類、茶黃素類和茶紅素類等[10]。由圖2 -B 可知,在二翻之后,外源添加氨基酸能明顯加快兒茶素的減少和轉(zhuǎn)化,三翻時(shí)對照組與實(shí)驗(yàn)組兒茶素含量的差異達(dá)到極顯著水平(P <0.01),四翻結(jié)束后,兒茶素減幅最大的是亮氨酸組達(dá)97.4%,減幅最小組苯丙氨酸組達(dá)94.85%,均大于對照組的84.8%。在兒茶素氧化的過程中,氨基酸與其氧化產(chǎn)物結(jié)合,通過氧化脫氨和偶聯(lián)氧化途徑,生成相應(yīng)的醛類等獨(dú)特的香氣化合物,形成茶葉的基本風(fēng)味。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明添加外源氨基酸能加快兒茶素的氧化和轉(zhuǎn)化,兒茶素的氧化聚合產(chǎn)物是茶色素形成的前提物質(zhì),所以,這一反應(yīng)將對接下來茶黃素、茶紅素的變化和茶褐素的積累產(chǎn)生重要影響。

    圖2 不同氨基酸處理下發(fā)酵過程中茶多酚(A)和兒茶素(B)含量的變化。Fig. 2 Changes of tea polyphenols(A)and tea catechins(B)content during fermentation process under different amino acids treatment.

    由以上結(jié)果可知,在普洱茶的發(fā)酵過程中,茶多酚和兒茶素的含量不斷減少,降低幅度在一翻到三翻之間較大,這與梁明志等[11]研究普洱茶渥堆發(fā)酵過程中理化指標(biāo)的變化得出的結(jié)果一致。在同樣的時(shí)間內(nèi),實(shí)驗(yàn)組的茶多酚和兒茶素的減幅總體大于對照組,并且也大于其他工藝條件下的降低幅度[12-13],表明添加外源氨基酸之后能夠加快茶多酚和兒茶素含量的減少,從而降低茶湯的苦澀味,促進(jìn)普洱茶醇厚回甘的特點(diǎn)的形成。周錫樑等[14]同樣在綠茶的加工過程中采用噴灑氨基酸的工藝來降低酚氨比,進(jìn)而改善茶葉滋味,降低苦澀味。

    2.3 不同氨基酸對普洱茶發(fā)酵過程中茶色素含量變化的影響

    茶色素包括水溶性的茶黃素、茶紅素和茶褐素,它們是兒茶素氧化分解聚合的產(chǎn)物,這3 種物質(zhì)在很大程度上決定了茶湯的滋味和色澤。由圖3 -A 可知,實(shí)驗(yàn)組和對照組在一翻時(shí)茶黃素的含量大于茶原樣(曬青毛茶),但含量變化沒有一定的規(guī)律性,其原因可能與茶黃素的動(dòng)態(tài)變化有關(guān),茶黃素是由兒茶素等多酚類物質(zhì)經(jīng)酶促氧化生成,它是生成茶紅素和茶褐素的前提物質(zhì),所以它的含量一直處于動(dòng)態(tài)變化之中;由圖3 -B 可知,茶紅素的含量從一翻到四翻不斷減少,與對照組相比,實(shí)驗(yàn)組茶紅素含量在一翻到二翻之間有極顯著下降趨勢(P<0.01),同茶原樣相比有較大的減少,從三翻到四翻,茶紅素含量一直處于較低水平,這可能是因?yàn)椴杓t素屬于中間過渡產(chǎn)物,發(fā)酵前期有前體物質(zhì)的不斷生成,但是到了后期前體物質(zhì)生成減少,自身又不斷被氧化,所以造成含量處于較低水平;由圖3 -C 可知,實(shí)驗(yàn)組茶褐素含量從發(fā)酵開始到三翻不斷積累,三翻時(shí)達(dá)到最大值,其含量介于6.315% ~8.108%,達(dá)到羅龍新等[15]在研究中得出的最佳湯色品質(zhì)的茶褐素含量標(biāo)準(zhǔn),在三翻之后茶褐素的含量有所下降,這在感官評價(jià)上為色澤變淺,這可能是由于添加氨基酸后茶葉內(nèi)含物質(zhì)的轉(zhuǎn)變和轉(zhuǎn)化反應(yīng)過于激烈,從而使得茶褐素等物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌奈镔|(zhì),進(jìn)而影響茶葉的品質(zhì),而對照組茶褐素從一翻到四翻不斷積累,并且各階段含量均低于實(shí)驗(yàn)組。

    多酚類物質(zhì)在濕熱、微生物作用下發(fā)生酶促和非酶促氧化,通過氧化聚合,生成橙黃色的茶黃素,再進(jìn)一步氧化產(chǎn)生紅色的茶紅素,茶紅素很快又氧化并與含氮物質(zhì)、糖類、咖啡因等物質(zhì)結(jié)合,而形成暗褐色的茶褐素[16]。由本實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,若從多酚類物質(zhì)依次氧化順序產(chǎn)物(茶黃素-茶紅素-茶褐素)來看,茶黃素由于處于較前位置,其變化沒有一定的規(guī)律性,茶紅素與茶褐素有直接的轉(zhuǎn)化聯(lián)系,所以其含量變化有較明顯的線性關(guān)系。通過與對照組相比,實(shí)驗(yàn)組中茶褐素能較快的積累,其含量在二翻時(shí)達(dá)到顯著水平(P<0.05),三翻時(shí)達(dá)到極顯著水平(P<0.01),而茶褐素又是普洱茶中十分獨(dú)特的品質(zhì)成分,直接決定著普洱茶的品質(zhì)[17]。此外,本實(shí)驗(yàn)也證明了外源氨基酸可以加快酚類物質(zhì)向茶色素的氧化轉(zhuǎn)變以及茶色素之間的轉(zhuǎn)化和茶褐素的積累,氨基酸參與這些過程的途徑可能為氨基酸與多酚類物質(zhì)或者其氧化聚合產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng),或者氨基酸與糖類物質(zhì)發(fā)生美拉德反應(yīng),這些產(chǎn)物又與多酚類物質(zhì)或者其氧化聚合產(chǎn)物相結(jié)合[18]。

    圖3 不同氨基酸處理下發(fā)酵過程中茶紅素(A)、茶黃素(B)和茶褐素(C)含量的變化。Fig.3 Changes of theaflavins(B),thearubigins(B)and theabrownins(C)content during fermentation process under different amino acids treatment.

    2.4 不同氨基酸處理下的普洱茶發(fā)酵過程中茶多酚、兒茶素和茶色素之間的相關(guān)性

    茶多酚是一類存在于茶葉中的多元酚類混合物,其中以兒茶素為主體,而茶黃素、茶紅素和茶褐素是普洱茶的主要著色物質(zhì),目前認(rèn)為這3 種物質(zhì)是茶多酚的水溶性氧化產(chǎn)物[19],研究他們的之間的相關(guān)性對于理解他們相互之間的氧化、降解和轉(zhuǎn)化機(jī)理提供一定的理論依據(jù),同時(shí)也能得出外源氨基酸對該變化過程的影響。所以,對不同氨基酸條件下發(fā)酵過程的指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析和多元回歸分析。結(jié)果見表1和2。

    表1 發(fā)酵過程中各項(xiàng)指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)及其顯著性檢驗(yàn)效果Table 1 Correlation coefficients of indexes and significant test results during fermentation process.

    由表1 可知,在添加氨基酸的條件下,茶多酚與兒茶素、茶紅素含量呈極顯著的正相關(guān),與茶褐素呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01),表明隨著茶多酚含量的降低,兒茶素和茶紅素含量也同時(shí)降低,茶褐素的含量則不斷積累。兒茶素同茶黃素和茶紅素呈極顯著的正相關(guān),同茶褐素呈極顯著的負(fù)相關(guān),這表明兒茶素同這3 種色素之間的轉(zhuǎn)化有著直接關(guān)系。茶黃素同茶紅素呈顯著的正相關(guān)(P<0.05),同茶褐素的相關(guān)性不顯著,說明了茶黃素同茶紅素的轉(zhuǎn)化關(guān)系更為緊密和直接。茶紅素同茶褐素呈極顯著的負(fù)相關(guān)(P<0.01)。

    在普洱茶的加工過程中,茶褐素的含量明顯增加,這對于普洱茶的品質(zhì)的形成有著十分重要的作用[20]。為了分析影響茶褐素含量變化的因素,以茶褐素含量(Y)為因變量,茶多酚(X1)、兒茶素(X2)、茶黃素(X3)、茶紅素(X4)的含量為自變量進(jìn)行逐步回歸分析,建立多元線性回歸方程。結(jié)果見表2。將茶褐素與茶多酚、兒茶素、茶黃素和茶紅素含量之間的線性關(guān)系經(jīng)逐步分析后,引入回歸方程的變量為兒茶素和茶黃素。同時(shí)由這2 個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)偏回歸系數(shù)來看,對茶褐素的作用是茶黃素大于兒茶素,對方程的方差分析及對回歸系數(shù)的顯著性檢驗(yàn)表明,所建立的回歸方程擬合效果理想。得到的回歸方程可以把普洱茶發(fā)酵過程中茶褐素同兒茶素和茶黃素之間的關(guān)系量化,從而為普洱茶發(fā)酵過程中茶褐素、茶黃素的形成,兒茶素的氧化聚合或者降解提供一定的理論依據(jù)。

    表2 多元回歸分析結(jié)果Table 2 Results of multiple regression analysis

    2.5 不同氨基酸處理下的發(fā)酵終產(chǎn)品與陳年普洱茶的對比分析

    根據(jù)感官評定和相應(yīng)的指標(biāo)變化,確定在添加外源氨基酸的條件下發(fā)酵19d(三翻后1d),普洱茶的湯色、香氣和滋味均達(dá)最佳,然后取樣在室內(nèi)晾干,為發(fā)酵終產(chǎn)品。通過將發(fā)酵19 天的對照組普洱茶與3種陳年普洱茶的感官評定和光學(xué)特性進(jìn)行對比分析,來評價(jià)發(fā)酵終產(chǎn)品的品質(zhì),結(jié)果見表3。由表可知,同對照組和陳年普洱茶相比,氨基酸處理的發(fā)酵終產(chǎn)品的湯色、香氣和滋味均達(dá)到較高品質(zhì)要求,L* 值同陳年普洱的基本保持一致,達(dá)到了陳年普洱茶的亮度標(biāo)準(zhǔn);a* 和b* 值同陳年普洱茶的相差不大,說明了其較好的色澤,而對照組不管是感官還是光學(xué)特征均與陳年普洱茶相差較遠(yuǎn)。總的來說添加氨基酸的發(fā)酵終產(chǎn)品不管在色澤還是內(nèi)質(zhì),均能夠形成陳年普洱茶的品質(zhì),所以外源添加氨基酸處理能夠很好的改善普洱茶的發(fā)酵過程,進(jìn)而形成陳年普洱茶的優(yōu)良品質(zhì)。

    表3 不同儲(chǔ)存年限和氨基酸處理下的普洱茶感官評定和茶湯色分析(M±SD)Table 3 Sensory evaluation and color analysis of Pu-erh tea with different storage life and amino acids treatment.

    (注:L* 為明度指標(biāo),從大到小由白色向黑色漸變;a* 為紅綠色度指標(biāo),正值表示紅色指標(biāo),負(fù)值表示綠色指標(biāo);b* 為黃藍(lán)色度指標(biāo),正值表示黃色指標(biāo),負(fù)值表示藍(lán)色指標(biāo))

    3 結(jié)果與討論

    (1)外源氨基酸可以在發(fā)酵前期提高發(fā)酵溫度,這可能是由于氨基酸作為氮源直接被微生物利用,影響發(fā)酵過程中微生物的新陳代謝,使其分泌豐富的胞外酶,這將對普洱茶內(nèi)含成分的物理化學(xué)變化產(chǎn)生極大的促進(jìn)作用。

    (2)外源氨基酸可以在發(fā)酵過程中加快酚類物質(zhì)轉(zhuǎn)化,在發(fā)酵過程中,多酚類物質(zhì)在微生物所分泌的酶及濕熱的作用下,被氧化成初級產(chǎn)物鄰醌,氨基酸可被生成的鄰醌氧化,脫去氨基和羰基形成相應(yīng)的揮發(fā)性醛類,外源氨基酸可以加大該反應(yīng)的程度,此外,氨基酸與兒茶素在一定溫度下可生成(7-C-乙基氨基酰-(-)-表兒茶素),該物質(zhì)將進(jìn)一步變成棕褐色物質(zhì)[21],這些反應(yīng)及其產(chǎn)物將對普洱茶的色、香、味產(chǎn)生很大的影響。

    (3)外源氨基酸能加快茶褐素積累,茶褐素的形成存在酶促反應(yīng)機(jī)制和非酶褐變機(jī)制,酶促反應(yīng)主要是多酚類的氧化聚合或氧化產(chǎn)物的偶聯(lián)聚合,在該過程中氨基酸作為一種重要物質(zhì)參與其聚合反應(yīng);非酶褐變機(jī)制主要是美拉德反應(yīng),即氨基酸和糖等含羰基化合物中的羰基之間的縮合作用,前面的結(jié)果表明外源氨基酸能夠促進(jìn)這2 種機(jī)制的進(jìn)行,進(jìn)而加快茶褐素的積累。

    (4)外源氨基酸可以縮短發(fā)酵周期,加快普洱茶特殊品質(zhì)的形成,在相同工藝條件下,添加外源氨基酸發(fā)酵19d 即可形成普洱茶湯色紅亮、醇厚回甘的品質(zhì)特點(diǎn),這與外源氨基酸能夠加快多酚類物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和茶褐素的積累緊密相關(guān),而對照組則需要25d 才能形成相似的品質(zhì),此外添加外源氨基酸發(fā)酵的普洱茶能形成明顯的滋味特征,比如添加苯丙氨酸發(fā)酵普洱茶具有蘭花香,丙氨酸的具有木香,這可能與微生物作用和氨基酸本身的呈味性有關(guān)[22-23]。

    總之,氨基酸可以在微生物的作用下或者其自身直接影響發(fā)酵過程中茶葉內(nèi)含物的生化轉(zhuǎn)變,加快普洱茶的發(fā)酵進(jìn)程,提高普洱茶的發(fā)酵品質(zhì)。所以,通過添加外源氨基酸的方法來改善普洱茶的發(fā)酵環(huán)境,縮短發(fā)酵周期,提高品質(zhì),同時(shí)開發(fā)新的普洱茶品種將是接下來的研究目標(biāo)和重點(diǎn),本文為以后的研究奠定了一定的基礎(chǔ)。

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