冠突散囊菌固體發(fā)酵鐵觀音茶的主要活性成分及其抗氧化性分析

鄒金美，宋宗仁，蔡咚玲，蔡濱雅，張敬虎，張國廣,

（1.閩南師范大學生物科學與技術(shù)學院，福建漳州 363000；2.閩臺特色園林植物福建省高校重點實驗室，福建漳州 363000）

冠突散囊菌（Eurotium cristatum）又名金花菌，是茯磚茶制作過程中，在特殊的溫度、濕度等環(huán)境調(diào)節(jié)下，通過“發(fā)花”過程而生長起來的自然的有益的一種真菌[1]。茯磚茶制作完成后由冠突散囊菌產(chǎn)生的黃色閉囊殼，均勻地附著在茶葉中，俗稱“金花”[2]。毒理學研究結(jié)果表明，金花菌屬于無毒微生物[3-4]，可以在綠茶、白茶、烏龍茶、黑茶等多種茶葉中生長[5-11]，也能在其它植物材料中生長[12-13]。茶葉經(jīng)過冠突散囊菌發(fā)酵后，化學成分發(fā)生了較大的變化，發(fā)酵產(chǎn)物具有很好的抗氧化、抑菌、調(diào)節(jié)腸道菌群平衡、提高免疫力、降血脂、抗腫瘤等活性[5-10]，因此冠突散囊菌在發(fā)酵食品領(lǐng)域具有很大的應用前景[12-13]。

鐵觀音（Camellia sinensiscv.Tieguanyin）是福建的名茶之一，屬于半發(fā)酵烏龍茶[14]。鐵觀音一年可采春、夏、暑、秋四期茶，一般認為中秋節(jié)后的秋季是產(chǎn)最好品質(zhì)鐵觀音茶的季節(jié)，夏暑時節(jié)生產(chǎn)的鐵觀音茶品質(zhì)一般[14]。近幾年國內(nèi)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整，茶園面積快速增加，茶葉總產(chǎn)量也快速增加，國內(nèi)局部地區(qū)茶葉出現(xiàn)了供大于求的現(xiàn)象[15]，尤其人們對高品質(zhì)茶葉的需求較大，導致低端茶葉銷售困難。如何改進提高夏暑鐵觀音茶品質(zhì)，是茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展中值得研究的課題?；诠谕簧⒛揖腆w發(fā)酵能有效轉(zhuǎn)化茶葉中有效成分的特點，本研究擬比較冠突散囊菌發(fā)酵鐵觀音茶后對其主要活性成分、營養(yǎng)成分及其抗氧化能力的影響，為夏暑季鐵觀音茶青的高值化利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

暑季鐵觀音 2019購買自漳州茶葉市場，產(chǎn)地為福建省安溪縣；冠突散囊菌（Eurotium cristatum）菌種（CICC2650） 學院微生物實驗室保存；蘆丁、齊墩果酸 均為HPLC級標準品，中國食品藥品檢定研究院；沒食子酸 化學純，Sigma公司；1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）、2,2-聯(lián)氮-二（3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸）二銨鹽（ABTS）、2,4,6-三（2-吡啶基）-1,3,5-三嗪（TPTZ）、3-（2-吡啶基）-5,6-雙（4-磺苯基）-1,2,4-三嗪二鈉鹽（Ferrozine） 梯希愛上海化成公司；麩皮 市售；果糖、葡萄糖、蔗糖、麥芽糖、谷氨酸、無水乙醇等試劑 分析純，國藥集團。

Waters 2487高效液相色譜儀、Acquityuplc Hclass超高效液相色譜儀 沃特世科技（上海）有限公司；Multiskan Go全波長酶標儀 Thermo Scientific公司；UV-1100分光光度計 上海美譜達公司；TGL-20M冷凍離心機 長沙湘儀公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 冠突散囊菌菌種活化 制作馬鈴薯瓊脂斜面試管，超凈工作臺內(nèi)從冠突散囊菌保存母種中用接種環(huán)挑取菌種后，在斜面試管中劃線，28 ℃培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)一周后使用。

1.2.2 冠突散囊菌固體菌種制備 將麥子麩皮加入適量水后拌勻（使含水量約60%），分裝入三角瓶中，放置于高壓滅菌器中128 ℃，滅菌2 h。超凈臺上冷卻至室溫后，用接種鋤挖取1.2.1活化的冠突散囊菌菌種接種于麩皮培養(yǎng)基中，放入培養(yǎng)箱中28 ℃培養(yǎng)約2周，中間適時抖動三角瓶使冠突散囊菌在麩皮培養(yǎng)基中均勻生長。

1.2.3 冠突散囊菌固體發(fā)酵茶葉 稱取干燥的鐵觀音茶葉50 g裝入17 mm×170 mm大小的聚丙烯塑料袋中，加入蒸餾水80 mL，使茶葉含水量約為60%，在袋口裹入棉花，用棉繩系緊，抖動塑料袋，讓茶葉充分接觸蒸餾水。放入高壓滅菌器中于128 ℃條件下滅菌2 h，結(jié)束滅菌后取出置于超凈工作臺中冷卻至室溫。

將冠突散囊菌麩皮菌種在超凈工作臺中轉(zhuǎn)接入滅完菌的鐵觀音茶葉中，每包接種約2 g的麩皮菌種，設置不接菌的對照組。將接完種的茶葉菌包放入28 ℃的生化培養(yǎng)箱中培養(yǎng)30 d左右，待觀察到冠突散囊菌分布到整個菌包，發(fā)酵結(jié)束。同時將對照組也放置在同一個培養(yǎng)箱中放置同樣的時間。取出發(fā)酵好的茶葉和對照組均于60 ℃的干燥箱中烘至恒重。

1.2.4 可溶性總糖、單糖和二糖含量的測定 分別稱取2種茶葉投入到蒸餾水中，料液比為1:10，加熱至沸騰并保持30 min，過濾取濾液；濾渣中再次加入等量的蒸餾水，再次煮沸并保持30 min，過濾取濾液，合并兩次濾液并用蒸餾水定容，即得到測總糖的提取物。采用苯酚-硫酸法測定提取物中可溶性總糖含量[16]，以葡萄糖為標準品，測得的標準線性回歸方程為y=8.2x+0.0327，R2=0.9721，x單位為g/L。參考文獻[17]，采用超純水配制可溶性糖標準品和5種濃度的混合標準工作液，采用高效液相色譜法測定可溶性果糖、葡萄糖、蔗糖和麥芽糖的含量。記錄出峰時間和峰面積進行定性和定量分析，以e為底對標準液的濃度求導所得值為橫坐標，以e為底對相應的峰面積求導所得值為縱坐標。

1.2.5 游離氨基酸含量的測定 按照GB/T 8314-2013《茶 游離氨基酸總量的測定》進行測定。谷氨酸作為標準品，測得的標準線性方程為y=2.7643x-0.0176，R2=0.9992，x單位為g/L。用蒸餾水提取氨基酸，料液比為1:10，70 ℃下震蕩提取30 min，提取結(jié)束后10000 r/min離心5 min，吸取上清液于容量瓶中。剩余的殘渣重復用蒸餾水浸提一次，合并上清液，用蒸餾水定容即為樣品測試母液。

1.2.6 黃酮類和總?cè)坪康臏y定 采用亞硝酸鈉-硝酸鋁顯色法測定提取物中黃酮類含量[16]，以無水乙醇配制的蘆丁為標準品，測得的標準曲線回歸方程為y=0.3723x+0.0074，R2=0.9953，x單位為g/L，用水為溶劑提取黃酮類物質(zhì)，提取方法參照1.2.5。

采用香草醛-高氯酸顯色法測定提取物中總?cè)莆镔|(zhì)含量[18]，以無水乙醇配制的齊墩果酸為標準品，測得的標準線性方程為y=8.4911x-0.0112，R2=0.9915，x單位為g/L?？?cè)祁愇镔|(zhì)提取溶劑為無水乙醇，提取方法和參數(shù)參照1.2.5。

1.2.7 茶多酚含量的測定 采用福林酚法測定發(fā)酵組和對照組中的多酚類物質(zhì)含量[19]，首先用蒸餾水提取樣品有效成份，提取溫度100 ℃，其他參數(shù)參照1.2.5，以無水乙醇配制的沒食子酸為標準品測得的標準曲線回歸方程為y=16.814x+0.0305，R2=0.9879，x單位為g/L。

1.2.8 咖啡因含量的測定 根據(jù)GB 5009.139-2014《食品安全國家標準 飲料中咖啡因的測定》進行測定，咖啡因提取參照1.2.5方法。準確吸取10 μL濃度分別為5、10、20、50、100 μg/mL的咖啡因標準液，加樣到Acquityuplc H-class超高效液相色譜儀中，測定標準液的峰面積。以不同濃度的標準液（單位為μg/mL）為橫坐標，縱坐標為與之對應的峰面積。

1.2.9 兒茶素含量的測定 根據(jù)GB/T 8313-2018《茶葉中茶多酚和兒茶素類含量的檢測方法》進行，Waters 2487高效液相色譜儀中進行測定。樣品有效成分的浸提采用甲醇為溶劑，提取方法參照1.2.5，10 μL兒茶素標準溶液（5 μg/mL）上樣液相色譜儀中，相同操作和色譜條件下，進行冠突散囊菌固體發(fā)酵組和對照組提取液測試，根據(jù)峰面積大小和出峰時間分析各成分的含量。

將測得的樣品的峰面積代入下式，得出發(fā)酵組和對照組兒茶素的含量。

式中：X—兒茶素含量，%；A—所測樣品中被測成分峰面積；As—標準工作液的峰面積；c—標準工作液的濃度，μg/mL；V—樣品提取液的體積，mL；F—提取液的稀釋倍數(shù)；m—樣品稱取量，g。

1.2.10 茶黃素（TF）、茶紅素（TR）、茶褐素（TB）和茶湯光譜的測定 茶色素按照比色系統(tǒng)分析法測定[20]，茶色素提取采用熱水浸提法，方法參照1.2.4。分別稱取兩種茶葉各2 g，加入100 mL沸水浸泡30 min后離心取上清液即茶湯，在300～800 nm范圍進行茶湯光譜掃描。

1.2.11 抗氧化能力的測定 用蒸餾水沸水浸提法提取，分別將對照組和冠突散囊菌發(fā)酵組2種提取物，配成濃度以樣品干物質(zhì)量計的不同濃度的測試液?？傔€原力測定、Fe3+還原抗氧化能力的測定、DPPH自由基、ABTS+自由基和羥自由基清除能力的測試方法參考文獻[16]進行。

1.3 數(shù)據(jù)處理

樣品測定采用3次重復。實驗結(jié)果用SPSS17.0軟件進行統(tǒng)計分析，運用Origin6.1軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 糖類和游離氨基酸測定結(jié)果

果糖、葡萄糖、蔗糖和麥芽糖的標準液相色譜如圖1所示。由圖1可知，果糖、葡萄糖、蔗糖和麥芽糖保留時間分別為5.589、6.567、8.742、9.735 min。所得果糖標準回歸方程為：y=1.69x+5.73，R2=1；葡萄糖標準回歸方程為：y=1.61x+6.23，R2=1；蔗糖標準回歸方程為：y=1.61x+6.40，R2=1；麥芽糖標準回歸方程為：y=1.61x+6.40，R2=1。

圖1 可溶性單糖和二糖標準液相色譜圖Fig.1 Standard liquid chromatogram of soluble sugar

由表1可知，冠突散囊菌發(fā)酵的鐵觀音茶葉中水溶性總糖顯著（P＜0.05）高于對照組，果糖、蔗糖和麥芽糖均未檢出，葡萄糖含量顯著增加（P＜0.05），推測冠突散囊菌生長過程中分泌的酶可以分解利用鐵觀音茶葉中的物質(zhì)，尤其是糖類，然后在菌體構(gòu)建過程中重新產(chǎn)生可溶解于水的糖類物質(zhì)[9]。發(fā)酵茶溶解于水的游離氨基酸的含量顯著（P＜0.05）降低，推測冠突散囊菌菌絲生長利用了茶葉中的氨基酸用于自身菌體蛋白的合成。冠突散囊菌發(fā)酵綠茶[9]中也發(fā)現(xiàn)發(fā)酵后游離的氨基酸含量顯著性降低。

表1 兩種茶中的營養(yǎng)物質(zhì)測定結(jié)果（%）Table 1 Determination results of several nutritional ingredients in 2 kinds of tea (%)

2.2 四種活性物質(zhì)測定結(jié)果

圖2 為咖啡因標準液色譜圖。如圖2可知，咖啡因保留時間為3.824 min。所得咖啡因標準回歸方程為：y=27062x-370.62，R2=0.9999。

圖2 咖啡因STD 10標準液相色譜圖Fig.2 Caffeine STD 10 standard liquid chromatogram

由表2可知，發(fā)酵茶中總黃酮和三萜類物質(zhì)含量有顯著性增加（P＜0.05），推測在冠突散囊菌菌絲的生長過程中，能分解利用鐵觀音茶葉中的物質(zhì)生成黃酮類物質(zhì)和三萜類物質(zhì)，劉菲等[21]用冠突散囊菌發(fā)酵白茶中也發(fā)現(xiàn)白茶發(fā)酵組的總黃酮含量顯著性增加。發(fā)酵鐵觀音茶的茶多酚含量有顯著性下降，冠突散囊菌有分解和利用茶多酚的能力，茶多酚通常也是茶葉苦澀味來源的主要物質(zhì)，茶多酚含量的下降表明發(fā)酵茶苦澀味會下降。冠突散囊菌發(fā)酵多種茶的研究都表明，茶葉經(jīng)過冠突散囊菌發(fā)酵后茶多酚的含量顯著性下降[9,21-24]。發(fā)酵組鐵觀音茶的咖啡因與對照組比沒有顯著性變化，可能因為咖啡因是含有多個氮原子的雜環(huán)類化合物，性質(zhì)比較穩(wěn)定，不易被冠突散囊菌分解利用[24]，陳琳琳等[25]研究結(jié)果也表明冠突散囊菌發(fā)酵能使茶葉的咖啡因含量上升5.53%。

表2 兩種茶中的活性物質(zhì)測定結(jié)果（%）Table 2 Determination results of several active components in 2 kinds of tea (%)

2.3 兒茶素類物質(zhì)含量測定結(jié)果

兒茶素是茶葉中的茶多酚類物質(zhì)的重要組分，其標準液相色譜圖見圖3。由圖3可知EGC、+C、EC、EGCG、ECG保留時間分別為9.701、13.026、20.171、21.545、26.224 min。

圖3 兒茶素標準液相色譜圖Fig.3 Standard liquid chromatogram of catechin

由表3可知，發(fā)酵后總兒茶素含量顯著（P＜0.05）下降；發(fā)酵后簡單型兒茶素如表沒食子兒茶素（EGC）、兒茶素（+C）和表兒茶素（EC）三種含量顯著性增加（P＜0.05），酯型兒茶素如表沒食子兒茶素沒食子酸酯（EGCG）和表兒茶素沒食子酸酯（ECG）含量顯著性下降（P＜0.05），其中EGCG下降了92.2%（表3）?？赡苁且驗楣谕簧⒛揖谄渚z生長中能分泌相應的酶分解茶葉中的酯型兒茶素生成了部分簡單兒茶素類分子，使三種簡單型兒茶素濃度升高；其中對照組含量最高的EGCG分解率達到了92.2%，也是導致發(fā)酵后總兒茶素降低的主要原因。陳琳琳等[25]研究也發(fā)現(xiàn)冠突散囊菌發(fā)酵使EC含量上升42.02%，EGC上升4.12%。

表3 兩種茶中的兒茶素測定結(jié)果（%）Table 3 Determination results of catechins in two kinds of tea (%)

2.4 茶色素和茶湯光譜測定結(jié)果

鐵觀音被冠突散囊菌發(fā)酵后茶色素發(fā)生較大變化，與對照組相比發(fā)酵組茶褐素（TB）和茶紅素（TR）含量顯著性（P＜0.05）增加，茶黃素（TF）顯著性（P＜0.05）減少（表4）。一般認為茶色素是茶多酚中兒茶素經(jīng)氧化聚合生成的聚合物，也被稱為兒茶素氧化聚合物，經(jīng)過冠突散囊菌發(fā)酵后減少的兒茶素可能一部分在真菌酶促作用下聚合形成了茶褐素和茶紅素。冠突散囊菌在發(fā)酵黑茶湯中也發(fā)現(xiàn)初期兒茶素被酶氧化為茶黃素，茶黃素繼續(xù)氧化聚合成茶紅素和茶褐素[11]，在其它真菌發(fā)酵茶葉中也有發(fā)現(xiàn)隨著真菌的發(fā)酵，茶多酚含量急劇減少，茶色素含量增加的現(xiàn)象[24]。如圖4所示，從茶湯光譜可以看出等量的干茶樣水浸出物相比，發(fā)酵后400～600 nm范圍內(nèi)的吸光值明顯增加，其它波長范圍內(nèi)基本保持一致。茶褐素在可見光范圍內(nèi)波長越短吸光值越大[26]，黃色溶液的最大吸收波長約在450～480 nm，紅紫色溶液的最大吸收波長在490～560 nm左右[27]，茶紅素和茶褐素的增加會導致400～600 nm的吸光值增加，光譜掃描結(jié)果進一步證實了這一結(jié)果。

表4 兩種茶中的茶色素測定結(jié)果Table 4 Determination results of tea pigment in two kinds of tea

圖4 兩種茶湯的光譜圖Fig.4 Spectrogram of two kinds of tea soup

2.5 總還原力

還原力測定結(jié)果表明對照組和發(fā)酵組都具有較好的總還原能力（圖5），且在試驗設定的濃度范圍內(nèi)隨著濃度的升高，總還原力呈上升趨勢。茶葉經(jīng)過發(fā)酵后的提取物總還原能力并沒有明顯的下降，可能是因為茶葉發(fā)酵后盡管茶多酚含量降低，但黃酮類物質(zhì)含量增加，二者中都有一些分子具有較好的還原能力[19,28]。

圖5 兩種茶的總還原力測定結(jié)果Fig.5 Determination results of total reducing capacity of two kinds of tea

2.6 清除DPPH自由基能力比較

發(fā)酵組和對照組在所設定的6.25～50 mg/L濃度范圍內(nèi)隨著濃度的升高（圖6），DPPH自由基的清除能力呈上升的趨勢。發(fā)酵組與對照組等濃度比較DPPH自由基清除能力略有增強，最低濃度下對照組清除率為40.77%，發(fā)酵組為40.86%，最高濃度發(fā)酵組為91.7%，對照組清除率為90.04%。歐陽梅等[5]也發(fā)現(xiàn)冠突散囊菌發(fā)酵的綠茶仍具有較強的DPPH清除能力，本研究中發(fā)酵組DPPH自由基清除率較強的原因可能是發(fā)酵組黃酮含量比對照組高，黃酮類物質(zhì)一般均具有很好的DPPH自由基清除能力[28-29]。

圖6 兩種茶DPPH自由基清除能力結(jié)果Fig.6 Determination results of scavenging DPPH ability of two kinds of tea

2.7 ABTS+自由基清除能力的測定

鐵觀音茶葉的冠突散囊菌發(fā)酵組和對照組的提取物在所設定的濃度范圍內(nèi)隨著濃度的提高對ABTS+自由基的清除率呈現(xiàn)上升的趨勢（圖7）。相同濃度下發(fā)酵組清除ABTS+自由基的能力更強，對ABTS+自由基清除能力的變化可能與發(fā)酵后鐵觀音黃酮類物質(zhì)含量的增加有關(guān)。文治瑞等[29]的研究也表明金花茶中的黃酮類物質(zhì)具有很好的清除ABTS+自由基的能力。

圖7 兩種茶ABTS+自由基清除能力結(jié)果Fig.7 Determination results of scavenging ABTS+ability of two kinds of tea

2.8 清除羥基自由基能力比較

清除羥基自由基能力比較結(jié)果（圖8）表明，發(fā)酵組和對照組均具有較高的羥自由基清除能力，且在所設定的濃度范圍內(nèi)隨著濃度的增加羥基自由基清除率隨之增強，同樣濃度下發(fā)酵組清除羥自由基能力更強，可能與發(fā)酵后鐵觀音的茶黃酮和茶色素，尤其茶褐素含量的增加有關(guān)，呂娜等[30]研究發(fā)現(xiàn)茶黃酮具有很好的清除羥基自由基的能力。

圖8 兩種茶羥基自由基清除能力結(jié)果Fig.8 Determination results of scavenging hydroxyl radicals ability of two kinds of tea

2.9 Fe3+還原能力的測定

發(fā)酵組和對照組2種水提物在系列濃度0.04～0.2 g/L的范圍內(nèi)，隨著濃度的升高，F(xiàn)e3+還原力呈上升趨勢，與對照組相比發(fā)酵后的鐵觀音組Fe3+還原力增強（圖9），可能是因為冠突散囊菌發(fā)酵后茶葉中黃酮類物質(zhì)和茶褐素含量增加所致。

圖9 兩種茶Fe3+還原能力結(jié)果Fig.9 Determination results of Fe3+ reduction ability of two kinds of tea

3 結(jié)論與討論

冠突散囊菌是從茯磚茶中分離到的一種天然的真菌，能耐受茶葉中的酚類物質(zhì)，且能夠分解利用轉(zhuǎn)化茶葉中酚類物質(zhì)[9-11]，本研究中鐵觀音茶發(fā)酵后多酚含量也顯著性（P＜0.05）下降，兒茶素是茶多酚的主要組成成分，總兒茶素含量下降，但兒茶素中的簡單型兒茶素（EGC、+C和EC）含量顯著性（P＜0.05）增加，酯型兒茶素含量（EGCG和ECG）顯著性（P＜0.05）下降，推測可能部分酯型兒茶素被酶降解后生成簡單型兒茶素和沒食子酸。黃浩[24]發(fā)酵實驗中也發(fā)現(xiàn)酯型兒茶素下降明顯，簡單型兒茶素在發(fā)酵過程中呈現(xiàn)先上升再下降的趨勢，本研究的簡單型兒茶素含量增加也可能是發(fā)酵取樣時間有關(guān)。茶葉發(fā)酵后咖啡因含量沒有明顯變化，可能是冠突散囊菌不能分解利用咖啡因分子[24]。冠突散囊菌發(fā)酵后茶紅素和茶褐素的含量顯著性增加，茶湯顏色呈現(xiàn)紅褐色，可能是菌類生長中分泌的酶催化了酚類物質(zhì)或茶黃素氧化形成茶褐素和茶紅素[5,10]；發(fā)酵后總糖含量增加，單糖中葡萄糖含量顯著性增加，但果糖、蔗糖和麥芽糖檢測不出，可能是冠突散囊菌生長中優(yōu)先利用這些糖類物質(zhì)生成了葡萄糖和其它水溶性糖類[9]。

抗氧化實驗結(jié)果表明鐵觀音有較強的抗氧化活性，經(jīng)過冠突散囊菌發(fā)酵后仍然具有很好的抗氧化活性，一般認為茶多酚、黃酮類物質(zhì)、真菌多糖、茶色素和三萜類物質(zhì)均具有很好的抗氧化活性[28-31]，冠突散囊菌發(fā)酵后茶多酚含量顯著性（P＜0.05）下降，但黃酮類物質(zhì)、茶色素和三萜類物質(zhì)仍然賦予發(fā)酵的鐵觀音茶較好的抗氧化活性。茶湯的滋味是由具有澀、苦、鮮、酸、咸六大類的呈味物質(zhì)協(xié)調(diào)所組成的，茶葉中苦澀味一般是茶多酚和兒茶素類物質(zhì)帶來的，氨基酸和茶色素會呈現(xiàn)鮮味和刺激爽口味[32]，冠突散囊菌發(fā)酵降低了茶葉中苦澀的呈味物質(zhì)，增加了鮮味和甜味的呈味物質(zhì)茶色素和總糖，一定程度上能改善夏暑季鐵觀音的營養(yǎng)和飲用風味。