湖南红茶特征滋味化学成分研究

银霞，张曙光，黄静，包小村,4，周凌云,4，戴伟东，赵琛杰，黄建安,2，刘仲华,2*



湖南红茶特征滋味化学成分研究

银霞1,2,3,4，张曙光3,4*，黄静3，包小村3,4，周凌云3,4，戴伟东5，赵琛杰1，黄建安1,2，刘仲华1,2*

1. 湖南农业大学茶学教育部重点实验室，湖南 长沙 410128；2. 国家植物功能成分利用工程技术研究中心，湖南 长沙 410128；3. 湖南省农业科学院茶叶研究所，湖南 长沙 410125；4. 农业部湖南茶树及茶叶加工科学观测实验站，湖南 长沙 410125；5. 中国农业科学院茶叶研究所，农业部茶树生物学与资源利用重点实验室，浙江 杭州 310008

为全面了解湖南红茶特征滋味化学成分，本研究选取了湖南红茶代表性样品和典型外省样品，采用电子舌及高效液相色谱法等技术对红茶样品滋味进行评定及化学成分检测，并通过主成分分析（PCA）、正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）可视化模式识别方法比较了不同嫩度等级和不同滋味类型湖南红茶化学成分的特征差异。结果表明：（1）糖组分总量、葡萄糖、麦芽糖、茶多酚、茶褐素、氨基酸组分总量、鲜味氨基酸、茶氨酸、茶黄素等含量可作为区分湖南红茶和外省红茶的主要滋味成分，其中糖组分总量、葡萄糖、麦芽糖、茶黄素等含量湖南红茶显著高于外省红茶。（2）一级湖南红茶茶汤中滋味化合物含量普遍较低，除氨基酸、茶褐素外，其他主要滋味成分均显著低于二级茶样；二级湖南红茶茶汤中滋味化合物在水浸出物、茶多酚、咖啡碱、氨基酸、茶黄素、茶红素等含量上表现突出；三级湖南红茶以儿茶素组分总量、糖类化合物、茶黄素、茶红素等成分含量相对较高，以茶多酚、氨基酸、茶褐素等成分含量相对较低。（3）“甘鲜味”茶汤中咖啡碱、儿茶素组分总量、非酯型儿茶素、EGC、茶黄素显著低于“略苦（浓）”茶汤。该研究结果可为湖南红茶产品的分类鉴别和滋味品质评价提供参考。

湖南红茶；滋味；化学成分；主成分分析；正交偏最小二乘判别分析

红茶是世界主要消费茶类，其交易量约占国际茶叶市场的85%，主要生产国有印度、斯里兰卡、中国、肯尼亚等[1]。湖南是中国传统红茶生产大省，因其“清香厚味”等优异品质而闻名于世[2]，曾是我国外销功夫红茶的主要产区之一。近年来，在金骏眉的带动下，创新工夫红茶成为国内茶叶市场的消费新热点，对高档红茶的需求由强调滋味的“浓、强、鲜”向“甜醇”转变[3]。在茶叶市场多元化和转型时期，湖南茶叶科技工作者继承创新，从云台山群体、江华苦茶、保靖黄金茶等地方特异茶树资源中选育适宜品种，配套绿色栽培技术，融合六大茶类加工技术，制作出特色鲜明的红茶产品。

滋味是茶叶中最重要的品质因子，是判别茶叶品质优劣的关键因素之一。祁门红茶滋味甜醇，正山小种滋味醇和，坦洋功夫红茶滋味醇厚，滇红滋味浓、鲜、爽，印度红茶则具有滋味浓强的特点。经研究，祁门红茶[4-5]、正山小种[6-7]、坦洋功夫红茶[8]、云南红茶[9-10]、印度红茶[11]等红茶特征滋味成分已基本明确，这对客观评价其产品品质，指导加工过程调控具有积极意义，而湖南红茶在这方面研究较少，有待深入研究。

主成分分析（PCA）法和正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）法是代谢组学中常用的模式识别技术，有助于寻找潜在标志物[12-13]。为全面了解湖南红茶特征滋味化学成分，本研究选取了23个湖南红茶代表性样品，以19个典型外省样品为对照，采用感官审评、电子舌及高效液相色谱法等技术对红茶样品滋味进行评定及化学成分检测，并通过主成分分析（PCA）、正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）可视化模式识别方法实现特征差异物的区分，旨在探索湖南红茶特征滋味化学成分，为湖南红茶产品的品质判定、标准建立及加工过程品质调控提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试剂

1.1.1 试验样本

湖南红茶茶样：一级茶样（芽头）6个、二级茶样（一芽一叶）9个、三级茶样（一芽二三叶）8个，均为2018年春茶，由湖南主产茶区具有SC认证、有一定生产规模的红茶企业提供（表1）。

外省红茶茶样：不同等级广东红茶、遵义红茶、云南红茶、祁门红茶、宜红、宁红茶样等外省红茶样品共19个，均由各省代表性龙头茶企或茶叶研究所提供（表1）。

1.1.2 试剂

乙醇、乙腈、甲醇、N,N-二甲基甲酰胺、冰醋酸、三氟乙酸为国产色谱纯，福林酚、蒽酮、Na2CO3、乙酸乙酯、浓硫酸均为国产分析纯；茶碱标准品（99%，Theophylline）、可可碱标准品（95%，Theobromine）、没食子酸标准品（90.34%，Gallicacid）和儿茶素标准品均购买于美国的Sigma公司；10% ACCQ品均购买于美国的Waters公司；超纯水采用实验室Millipore纯水仪制备。

1.2 仪器与设备

e2695型高效液相色谱仪（美国Waters公司）；LC-20AT高效液相色谱仪（日本岛津）；紫外分光光度计（日本岛津公司）；α-STREE电子舌（Alpha MOS公司）；AE240型电子天平（瑞士Mettler公司）；TagTM氨基酸分析色谱柱（美国Waters 公司）；ECOSIL-C18色谱柱（日本）；旋转蒸发仪（瑞士Buchi公司）101-3AB型电热鼓风干燥箱（天津市泰斯特仪器有限备公司）；DK-S28型电热恒温水浴锅（上海精宏实验设备有限公司）。

1.3 方法

1.3.1 茶叶感官审评方法

参照GB/T 23776—2018中红茶审评方法，对茶样滋味进行评价，但不打分。

表1 供试湖南和外省代表性红茶样品信息

1.3.2 茶汤提取

参照GB/T 23776—2018中的红茶审评方法制备茶汤。茶多酚、儿茶素、氨基酸、生物碱、水浸出物含量检测以及电子舌检测均使用该方法获取茶汤。

1.3.3 电子舌测定

采用电位型电子舌进行测定。该电子舌包含7个化学传感器阵列：5-Tastes screening sensor set ASTREE （SRS，GPS，STS，UMS，SPS，SWS，BRS）和1个Ag/AgCl参比电极。数据采集时参数设定为样本体积80 mL，分析时间120 s，采集时间120 s，样品温度接近室温。重复6次测量，取后3次平均值作为原始数据，用于数据处理。

1.3.4 滋味物质成分检测

水浸出物含量测定参照国家标准GB/T 8305—2013（恒重法）。茶多酚含量测定参照国家标准GB/T 8313—2008。参考文献[14]测定茶样中茶黄素、茶红素、茶褐素含量。

可溶性糖总量采用蒽酮比色法[15]。可溶性糖组分测定参考中华人民共和国药典（2015版）蜂蜜糖组分HPLC检测方法[16]。色谱条件：色谱柱为Alltech chrom Prevail Carbohydrate ES（4.6 mm×250 mm，5 μm），进样量10 μL，柱温35℃，流速1.0 mL·min-1，漂移管温度90℃，气流2.8 L·min-1，流动相：A相为水；B相为乙腈。等梯度洗脱，B为25%，用时25 min。

儿茶素组分、没食子酸及生物碱用HPLC法进行一次性检测。色谱条件：色谱柱为C18（4.6 mm×150 mm, 5 μm），检出波长278 nm，进样量10 μL，柱温40℃，流速1.0 mL·min-1，流动相：A相为水，B相为N,N-二甲基甲酰胺∶甲醇∶乙酸=39.5∶2∶1.5。洗脱梯度为，B为9%，10 min后上升为14%，27 min后升至36%，保持3 min，随后降至9%，至35 min时结束。

氨基酸组分采用HPLC法检测。色谱条件：色谱柱为Waters ACCQ. TagTM（3.9 mm× 150 mm，5 μm）；248 nm检测波长，进样量10 μL，柱温37℃，流速1 mL·min-1，流动相：A相为10%ACCQ. TagTM液；B相为60%乙腈。洗脱梯度为：B相初始为2%，15 min时线性上升至7%，32 min时上升至33%，34~37 min 线性上升至100%，37 min后立即降至5%，保持5 min，至42 min时结束。

1.4 试验数据处理与分析

湖南省和外省的红茶滋味成分含量数据采用SIMCA-P 14.1软件进行主成分分析（PCA）、正交偏最小二乘法判别分析（OPLS-DA）；不同等级湖南红茶滋味成分含量数据采用SPSS 19.0软件进行单因素方差分析（One-Way ANOVA），LSD法比较不同嫩度等级湖南红茶滋味成分含量差异；不同滋味类型湖南红茶滋味成分含量数据采用SIMCA-P 14.1软件进行正交偏最小二乘法判别分析（OPLS-DA），电子舌数据采用SPSS 19.0软件进行主成分分析（PCA）。

2 结果与分析

2.1 滋味特征感官分析及其主要特征成分分析

对23个湖南红茶和19个外省红茶进行感官审评，其滋味感官特征见表2。评审结果显示，红茶常见的滋味类型包括甜醇、醇和、浓强等，但不同省份红茶间存在差异。对外省和湖南红茶滋味进行比较可知，广东、云南红茶是大叶种，滋味浓强；贵州、湖北、江西、福建大多为中小叶种，其滋味以醇为主，其中福建红茶滋味柔滑。湖南红茶样品中比例较高的滋味类型为甜醇，其次是醇爽和浓强。总体而言，与其他省份红茶相比，湖南红茶更为鲜醇，甜醇带鲜是湖南红茶的基本滋味类型。

表2 不同省份红茶滋味感官审评结果

采用高效液相色谱法和紫外分光光度法对供试红茶样品的茶多酚、生物碱、氨基酸、茶色素、可溶性糖5类滋味成分以及水浸出物含量进行检测，共获得46个滋味数据（表3）。基于百分含量UV-scaling标度化预处理的主成分分析（PCA）结果表明（图1），在PCA模型中两组间的区别较好，然而模型仅解释了31.4%的原始数据。

为了更好地获得湖南红茶主要特征滋味成分，经变量Par-scaling标度化预处理的正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）结果显示，该建模方法能对湖南红茶和外省红茶进行良好的类群区分（图2），其中R2X、R2Y和Q2Y分别为0.722、0.917、0.721（R2X、R2Y分别表示所建模型对X和Y矩阵的解释率），通过交叉验证计算得出的Q2Y则用以评价模型的预测能力[17]，且置换检验（Permutationtest, n=200）显示该模型不存在过拟合现象（图3）。

基于OPLS-DA模型绘制S-plot（图4），并结合预测变量投影重要性（VIPpred＞1）、载荷图和-检验（＜0.05）分析可知（表4），湖南红茶中的糖组分总量、麦芽糖、茶褐素、葡萄糖、氨基酸组分总量、鲜味氨基酸、茶氨酸、茶黄素含量与外省红茶存在显著差异，可作为区分湖南红茶和外省红茶的主要滋味成分，其中糖组分总量、麦芽糖、葡萄糖、茶黄素等含量湖南红茶显著高于外省红茶。

表3 检测的滋味成分

图1 供试湖南红茶和外省红茶滋味成分PCA得分图

图2 供试湖南红茶和外省红茶滋味成分OPLS-DA得分图

图3 供试湖南红茶和外省红茶滋味成分OPLS-DA置换保留度

图4 供试湖南红茶和外省红茶滋味成分S-plot图

2.2 不同等级湖南红茶特征滋味成分分析

基于变量UV-scaling标度化预处理的主成分分析（PCA）结果显示，一、二、三级湖南红茶滋味成分可提取出两个主成分，主成分的方差贡献率分别为41.30%和15.79%（图5）。正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）分析结果显示，3个不同嫩度等级区分效果较好（图6），其中R2X、R2Y和Q2Y分别为0.506、0.641、0.548。

为进一步探究不同嫩度等级湖南红茶滋味成分含量差异，对主要滋味成分进行两组间相互比较（表5），结果如下：（1）一级湖南红茶茶汤中滋味成分含量普遍低于其他嫩度级别，除氨基酸、茶褐素外其他主要滋味成分均显著低于二级茶样（＜0.05）；（2）二级湖南红茶茶汤中滋味化合物含量均较高，尤其在水浸出物、茶多酚、咖啡碱、氨基酸、茶黄素、茶红素等化合物含量上表现突出；（3）三级湖南红茶以儿茶素组分总量、糖类化合物、茶黄素、茶红素等化合物含量相对较高，以茶多酚、氨基酸、茶褐素等化合物含量相对较低。

表4 供试湖南红茶和外省红茶差异滋味成分含量及vip值

%

表5 不同嫩度等级湖南红茶主要滋味成分含量

注：AA：氨基酸；TP：茶多酚 Note: AA: amino acids; TP: Tea polyphenols

图5 不同嫩度等级湖南红茶滋味成分PCA得分图

图6 不同嫩度等级湖南红茶滋味成分OPLS-DA得分图

2.3 不同滋味类型湖南红茶滋味成分分析

对湖南红茶茶汤进行电子舌检测，并对检测结果进行因子分析，可提取出两个主成分，第一、二主成分贡献度分别为51.62%、38.27%，累计方差贡献度可达89.89%。主成分1主要代表茶汤甜味、鲜味，主成分2则与茶汤苦味密切相关（表6）。从图7可知，茶样HA1、HA2、HA3、HA6在主成分1上得分为正值，在主成分2上得分低，甚至为负值；茶样HB5、HB6、HB7、HC2、HC3、HC4、HC5、HC8在主成分1上得分为负值，在主成分2上得分为正值，因此可以认为前类群茶样滋味甘鲜，后类群滋味稍苦（浓），这与感官审评结果基本一致。再对此12个红茶样品滋味成分进行主成分分析结果可知（图8），HA1、HA2、HA3、HA6和HB5、HB6、HB7、HC2、HC3、HC4、HC5、HC8区分度良好。经OPLS-DA分析可知，“甘鲜味”茶汤中的咖啡碱、儿茶素组分总量、非酯型儿茶素、EGC、茶黄素显著低于“略苦（浓）”茶汤，且氨基酸组分含量较高，但尚未达到显著水平。

表6 旋转成份矩阵

图7 供试湖南红茶茶汤电子舌PCA得分分图

图8 供试湖南红茶茶汤滋味成分OPLS-DA得分图

3 讨论

本文采用主成分分析（PCA）和正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）模式对湖南红茶滋味成分进行了研究。从本研究可以看出，湖南红茶与外省红茶相比，葡萄糖、麦芽糖等糖含量和茶黄素含量较高。可溶性糖是茶汤甜醇的重要组成物质，茶黄素则是红茶茶汤鲜爽度和浓烈度的重要因素[18-21]，这与感官审评湖南红茶滋味甜醇带鲜结果相吻合，且这种滋味成分差异主要是由于湖南红茶多采用适度萎凋、变温发酵、高温短时初烘、低温多次长烘走水复烘等工艺造成的。王伟伟[22]研究表明，适度萎凋可提高发酵中酶的活性、防止萎凋中多酚类物质的过多损耗，并保证发酵过程有较充足的水分作为物料的反应介质，有适度的多酚类物质参与发酵，因而提高了茶黄素的含量；在萎凋过程中加入摇青工艺则可以大幅度提高红茶茶黄素和糖的含量[23]；陈以义等[24]、刘素强等[25]的实验发现，先高温后低温的变温发酵可以有效提高茶黄素含量；丁勇等[26]研究表明茶样中可溶性糖含量在轻到适度的初烘条件下比重初烘可保留更多的可溶性糖。

比较不同等级湖南红茶滋味成分可知，等级最高的红茶内含成分含量均相对较低，一芽一叶茶样中内含成分含量丰富，尤其在水浸出物和氨基酸含量表现突出，一芽二三叶的红茶则含糖量明显提高，这与生产实践上嫩度高的红茶相对滋味较淡，一芽一二叶的红茶味浓，成熟度高的红茶滋味甜醇相一致。结合本研究中不同风味类型湖南红茶滋味成分分析结果，滋味鲜甜的红茶全为嫩度等级高的样品，滋味稍浓（苦）型的则出现在第二、三等级红茶中，这表明甘鲜味与氨基酸、茶多酚等滋味成分浓度及含量比例有关，且较高氨基酸和低咖啡碱、低儿茶素是甘鲜味的主要原因，其含量比例有待进一步研究。

另外，红茶品质与化学成分差异受茶树品种、生长环境、加工工艺等因素综合影响，有必要进一步开展湖南红茶适制品种、生态栽培、配套工艺等系统研究，构建湖南红茶标准体系，为湖南红茶品牌建设和市场开拓提供科学支撑。

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Study on the Chemical Constituents of Hunan Black Tea

YIN Xia1,2,3,4, ZHANG Shuguang4,5*, HUANG Jing3, BAO Xiaocun3,4, ZHOU Lingyun3,4, DAI Dongwei5, ZHAO Chenjie1, HUANG Jian′an1,2*, LIU Zhonghua1,2*

1. Key Lab of Tea Science of Education Ministry, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China; 2. National Research Center of Engineering Technology for Utilization of Botanical Functional Ingredients, Changsha 410128, China; 3. Tea Research Institute, Hunan Academy of Agricultural Sciences, Changsha 410125, China; 4. Hunan Tea Plant and Tea Processing Observation Station of Ministry of Agriculture, Changsha 410125, China; 5. Tea Research Institute, Chinese Academy of Agriculture Sciences, Key Laboratory for Tea Plant Biology and Resource Utilization, Ministry of Agriculture, Hangzhou 310008, China

In order to understand the characteristic taste chemicals of Hunan black tea, representative samples of Hunan black tea and typical samples from other provinces were selected. The taste and chemical constituents of black tea samples were evaluated by electronic tongue and high performance liquid chromatography. Visual pattern recognition method such as Principal component analysis (PCA) and partial least squares discriminant analysis (OPLS-DA) were used to compare the characteristic chemical compositions of Hunan black tea in different tenderness grades and flavor types. The results show that: (1) The contents of water extraction, glucose, maltose, tea polyphenols, theabrownin, amino acid, delicious amino acid, theanine and theaflavins could be used as the main flavor components to distinguish Hunan black tea from other black tea as water extraction, glucose, maltose and theaflavins in Hunan black tea are significantly higher. (2) Most of the contents of taste components in the first grade of Hunan black tea soup were lower than those in other grades. Except for amino acids and thearubigins, other main flavor components were significantly lower than those of second grade tea. The contents of water extracts, tea polyphenols, caffeine, amino acids, theaflavins, thearubin were rich in the second grade tea soup. The contents of catechins, carbohydrates, theaflavins, thearubin and other compounds in the third grade tea was relatively high, while the contents of tea polyphenols, amino acids, thearubin and other compounds were relatively low. (3) The contents of caffeine, catechins, non-ester catechins, EGC and theaflavins in the “sweet and delicious” tea soup were significantly lower than those in the “slightly bitter (strong)” tea soup. The research results provided a reference for the classification and identification of Hunan black tea products and the evaluation of taste quality.

Hunan black tea, taste, chemical component, principal component analysis, partial least squares discriminant analysis

S571.1；TS272.5

A

1000-369X(2019)02-150-09

2018-08-22

2018-11-19

湖南省农业科技创新资金（2017LM0201）、湖南红茶品牌建设专项资金（湘财农指(2018)85号）

银霞，女，在读博士研究生，助理研究员，主要从事茶叶生物化学及综合利用方面的研究。

通信作者larkin-liu@163.com， suglezhang@126.com