武夷岩茶原料加工岩茯茶的工艺研究

田双红,郭嘉凤,张晨禹,王铭涵,朱 旗,沈程文

(湖南农业大学园艺园林学院,湖南农业大学茶学教育部重点实验室,国家植物功能成分利用工程技术研究中心,湖南长沙 410128)

图1 武夷岩茶原料处理方法Fig.1 Wuyi rock tea raw material processing method注:F表示未经处理直接按照茯砖茶工艺压制的岩茯茶;ZF表示经高压汽蒸渥堆处理的岩茯茶;FG表示添加微生物菌剂处理的岩茯茶;ZFG表示经高压汽蒸渥堆和添加微生物菌剂处理的岩茯茶。

武夷岩茶产于福建省武夷山市,以香高馥郁、滋味醇厚的品质特征而闻名,自身独特的品质与其生长的自然环境、茶树品种以及精湛的加工工艺有关,极其讲究“岩韵”,是乌龙茶中最具代表的一类[1-3]。武夷岩茶加工工艺有晒青、晾青、摇青、炒青、热揉、初干、摊凉、再干、拣剔、焙火等工序,其中摇青是关键工序,焙火是加工特色[4]。武夷岩茶品类主要包括大红袍、武夷水仙和武夷肉桂等。近年来,随着茶产业结构不断调整和旅游产业的蓬勃发展,武夷岩茶的产业发展愈加迅猛,产业发展的快速增长,造成部分企业对新产品研发重视不够,新产品推广速度过慢[5-6]。

“发花”技术是形成茯砖茶品质的关键工序,其本质是优势菌-冠突散囊菌,在特定的环境条件下生长发育,产生金黄色的闭囊壳,俗称“金花”,与茯砖茶的品质风味息息相关[7-9]。长期饮用茯砖茶,可加速人体新陈代谢,延缓衰老,同时还能预防疾病[10-11]。而茯砖茶是以黑毛茶为原料,经过渥堆、汽蒸、压制、发花、干燥等工艺加工而成[12]。渥堆是形成黑毛茶品质风味的关键工序,通过渥堆,使茶的内含成分通过微生物和胞外酶的共同作用发生转化,从而塑造黑毛茶独特的品质风味[13]。目前,武夷岩茶在品质成分、做青和焙火工艺方面的研究较多[14-16],对武夷岩茶进行“发花”处理,研究其品质风味变化未见报道。

本研究通过高压汽蒸渥堆、添加微生物菌剂对武夷岩茶原料进行处理,按照茯砖茶工艺压制成岩茯茶,经感官审评和内含成分测定分析,探究其品质风味的变化,旨在结合武夷岩茶和茯砖茶各自的优势,开发既有武夷岩茶特点、又拥有保健作用的“岩茯茶”产品。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

武夷岩茶 福建武夷星茶业有限公司;冠突散囊菌、汉逊德巴利酵母菌 茯砖茶中提取、分离和鉴定后得到的菌株,储存于-4 ℃冰箱中备用;福林酚、碳酸钠(Na2CO3)、硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)、磷酸二氢钾(KH2PO4)、磷酸氢二钠(Na2HPO4·12H2O)、2%茚三酮、氯化亚锡(SnCl2·2H2O)、冰醋酸、甲醇、N-N-二甲基甲酰胺 国药集团;乙腈 美国TEDIA公司;水 超纯水。

PB303N型万分之一分析天平 梅特勒-托利多国际贸易(上海)有限公司;LDP-350型高效多功能粉碎机 浙江永康市红太阳机电有限公司;UV-2550型紫外分光光度计 日本岛津公司;Agilent-1260 Infinity高效液相色谱 安捷伦科技有限公司;DHG-9146A电热恒温鼓风干燥箱 苏州威尔实验用品有限公司;XTMD-7000型电热恒温水浴锅 上海精宏实验设备有限公司;LG16-A高速尔离心机 北京雷勃尔离心机有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 岩茯茶加工处理 将武夷岩茶原料处理如图1,用121 ℃蒸汽蒸15 s,然后进行渥堆,堆高约为1 m,宽度因单次茶叶的生产量而决定,渥堆时间为6 h,得到的茶样为Ⅰ茶样;不处理为Ⅱ茶样。然后Ⅰ茶样和Ⅱ茶样各取一半,喷洒由冠突散囊菌的孢子悬浮液和汉逊德巴利酵母菌悬浮液按体积比为10∶1组成的微生物菌剂,添加剂量与茶叶干重比为1∶100 L/kg[17],再按照传统茯茶工艺完成后续工序,I茶样处理压制完成后为ZFG,Ⅱ茶样处理压制完成后为FG;I茶样未处理的与前述处理茶样同时压制完成后标记为ZF,Ⅱ茶样未处理的与前述处理茶样同时压制完成后标记为F。经测定武夷岩茶原料、F、ZF、FG、ZFG岩茯茶的水分含量分别为8.60%、6.64%、6.89%、6.73%%、6.80%。

1.2.2 感官审评方法 参照GB/T 23776-2018方法进行感官审评[18]。

1.2.3 主要生化成分测定方法 茶多酚含量参照GB/T 8313-2018[19];游离氨基酸总量参照GB/T 8314-2013[20];可溶性糖含量采用蒽酮比色法[21];水浸出物含量参照GB/T 8305-2013[22];生物碱、儿茶素组分的测定方法参考谭婷等[23]、氨基酸组分测定方法参考龚雪等[24];水分含量测定参照GB 5009.3-2016[25]。

表1 原料及岩茯茶感官审评结果Table 1 Sensory evaluation results of raw material and Yanfu tea

注:表中“+”表示程度加深。

图2 原料及岩茯茶外形、汤色、叶底Fig.2 The appearance,infusion color and infused leaf of raw material and Yanfu tea

1.3 数据分析

各指标数据均为三次重复的均值。运用IBM SPSS Statistic 24软件进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 岩茯茶感官审评结果分析

以武夷岩茶为毛茶原料,通过高压汽蒸、压制成岩茯茶。审评结果如表1所示,结合图2分析可知,就外形而言,原料的条索较肥壮,色泽偏褐色,稍枯,这可能与武夷岩茶的焙火工艺有关[26];岩茯茶砖面平整,色泽相近,均表现为黄褐,F→ZF→FG→ZFG岩茯茶颜色逐渐加深;四种处理的岩茯茶中,除F岩茯茶砖内无“金花”外,ZF、FG、ZFG岩茯茶砖内均有“金花”,且ZFG岩茯茶“金花”大大多于ZF、FG岩茯茶“金花”的数量。汤色由原料→F→ZF→FG→ZFG岩茯茶逐渐加深。在香气方面,F、ZF岩茯茶在香气方面较大程度地保留了武夷岩茶的风格,FG、ZFG岩茯茶均表现出菌花香,且ZFG岩茯茶表现出的菌花香比FG岩茯茶菌花香更明显。由原料→F→ZF→FG→ZFG岩茯茶,在滋味上越来越醇,品质更高。叶底颜色也由原料→F→ZF→FG→ZFG逐渐加深。通过感官审评发现,ZFG岩茯茶相对于其他三个处理加工的岩茯茶“金花”更茂盛,菌花香更明显,滋味更醇,更符合大众的习惯,品质更高。

表2 原料及岩茯茶主要内含成分(%)Table 2 Main ingredients of raw material and Yanfu tea(%)

注:同一指标不同小写字母表示茶样间差异显著(P<0.05)。

2.2 原料及岩茯茶生化成分分析

2.2.1 主要生化成分分析 茶叶生化成分组成及其比例的差异将形成不同的品质特征,微生物的参与在茯砖茶加工过程中起着重要作用,使茯砖茶形成了特有的品质风格[27]。表2是武夷岩茶及四种处理岩茯茶的生化成分测定结果。

由表2可知,原料茶多酚、游离氨基酸和可溶性糖的含量高于处理组。就原料而言,茶多酚的含量最高为14.05%,F、ZF、FG、ZFG 4个岩茯茶的茶多酚含量均低于原料含量,分别为12.81%、12.60%、12.65%、11.55%,4个岩茯茶茶多酚含量与原料茶多酚含量均存在显著差异(P<0.05)。岩茯茶游离氨基酸的含量均低于原料含量(1.83%),F、ZF、FG、ZFG 4个岩茯茶的游离氨基酸含量分别为1.79%、1.67%、1.71%、1.63%,F、ZF岩茯茶游离氨基酸含量与原料的游离氨基酸含量差异不显著,而FG、ZFG岩茯茶与原料的游离氨基酸含量差异显著(P<0.05)。原料的可溶性糖含量为8.98%,岩茯茶的可溶性糖含量表现为降低趋势,其中F、ZF、FG、ZFG岩茯茶的可溶性糖含量分别为8.31%、8.16%、8.21%、8.07%,岩茯茶与原料及岩茯茶相互之间的可溶性糖含量均未表现出显著差异。岩茯茶的水浸出物含量在34.79%～35.79%,均高于原料的含量34.26%,且无显著差异。

表3 原料及岩茯茶生物碱、儿茶素含量(%)Table 3 Contents of alkaloids and catechins in raw material and Yanfu tea

注:同一指标不同小写字母表示茶样间差异显著(P<0.05);EGC:表没食子儿茶素;C:儿茶素;EC:表儿茶素;ECGC:表没食子儿茶素没食子酸酯;GCG:没食子儿茶素没食子酸酯;ECG:表儿茶素没食子酸酯。

在4个岩茯茶中,F岩茯茶只与ZFG岩茯茶在茶多酚含量存在显著差异(P<0.05),与其他岩茯茶的内含成分均未表现出明显差异。

李适等[28]以黑毛茶为原料运用“发花”技术,研究“发花”前后主要品质成分的变化,结果发现“发花”后黄酮类物质、水溶性蛋白、多酚类物质、可溶性糖、氨基酸等水溶性物质有一定的下降,而水浸出物含量在“发花”前后较稳定,其品质成分的变化趋势与本研究的结果一致。在茯砖茶的“发花”过程中,冠突散囊菌以茶多酚和氨基酸作为生长发育的碳源及氮源,这是茶多酚、氨基酸通过处理形成岩茯茶,其含量减少的重要原因。在发花过程中,微生物需要消耗部分水浸出物,同时也会水解一些难溶的大分子化合物,两者处于动态平衡中。

2.2.2 生物碱、儿茶素组分分析 茶叶中的生物碱及儿茶素等化学成分不仅构成了其独特的风味,且具有一定保健作用[29]。茶叶中的生物碱主要包括咖啡碱、可可碱和茶碱等。儿茶素是茶叶中最重要的次生代谢产物之一,其组成的变化会影响茯茶的风味。从表3中可知,通过处理后的岩茯茶与原料相比,生物碱略有上升趋势,而儿茶素类物质含量呈现出不同程度地降低。岩茯茶咖啡碱的含量相较于原料的咖啡碱含量略有上升,其中原料咖啡碱的含量为1.299%,F岩茯茶含量最高为1.401%,岩茯茶与原料之间及岩茯茶相互之间的差异均不显著。儿茶素总量下降幅度较大,原料中儿茶素总量为13.210%,4个岩茯茶儿茶素总量分别下降了2.149%、1.960%、4.294%、4.447%,原料与4个岩茯茶均表现出显著差异(P<0.05)。酯型儿茶素下降的趋势大于非酯型儿茶素,这可能是由于酯型儿茶素的降解导致非酯型儿茶素上升。从表3中可以看出各组分变化为:原料的表没食子儿茶素(EGC)含量为5.212%,处理后的岩茯茶除ZF岩茯茶(5.254%)略高于原料,其他EGC含量在4.053%～5.018%,均低于原料EGC含量,且原料与FG、ZFG岩茯茶差异显著(P<0.05)。F、ZF、FG、ZFG岩茯茶儿茶素(C)的含量低于原料含量(0.447%),分别为0.389%、0.393%、0.331%、0.355%。原料的表儿茶素(EC)、表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)、没食子儿茶素没食子酸酯(GCG)、表儿茶素没食子酸酯(ECG)的含量分别为0.245%、5.184%、1.474%、0.648%,均高于岩茯茶的含量EC(0.125%～0.184%)、EGCG(2.551%～4.216%)、GCG(0.895%～1.343%)、ECG(0.232%～0.466%)。其中,F、FG、ZFG岩茯茶EGCG的含量与原料EGCG的含量差异显著(P<0.05)。

4个岩茯茶进行比较时发现,以F岩茯茶为对照,ZF岩茯茶与F岩茯茶之间在儿茶素组成上没有差异;FG岩茯茶与F岩茯茶EGC、EGCG、儿茶素总量、非酯型儿茶素方面表现差异显著(P<0.05);ZFG岩茯茶与与F岩茯茶在EGC、ECG、儿茶素总量、非酯型儿茶素方面均存在显著差异(P<0.05)。

在岩茯茶加工过程中,咖啡碱含量的上升可能是在高温高压的环境中,氨基酸与一些含羰基的化合物如糖类结合,生成生物碱[30]。由于湿热作用造成酯型儿茶素水解及少量儿茶素自动氧化,同时微生物胞外酶的催化,使儿茶素各组分被酶促氧化,从而导致儿茶素组分的含量大幅度下降[27,31]。

表4 原料及岩茯茶氨基酸组分含量(mg·g-1)Table 4 Amino acid component contents of raw material and Yanfu tea(mg·g-1)

注:同一指标不同小写字母表示茶样间差异显著(P<0.05);Asp:天冬氨酸;Ser:丝氨酸;Glu:谷氨酸;Gly:甘氨酸;His:组氨酸;Arg:精氨酸;Thr:苏氨酸;Ala:丙氨酸;Pro:脯氨酸;Theanine:茶氨酸;Cys:半胱氨酸;Tyr:酪氨酸;Val:缬氨酸;Met:蛋氨酸;Lys:赖氨酸;Ile:异亮氨酸;Ieu:亮氨酸;Phe:苯丙氨酸;图3同。

2.2.2 氨基酸组分分析 氨基酸是茶叶鲜爽味的主要呈味物质,可为冠突散囊菌的繁殖、生长提供氮源,这是“发花”过程中氨基酸含量减少的原因之一[28]。原料及四种处理的岩茯茶氨基酸组分如表4所示。本研究发现所有样本的半胱氨酸(Cys)含量均为痕量。处理组的谷氨酸(Glu)、甘氨酸(Gly)、组氨酸(His)、脯氨酸(Pro)、茶氨酸(Theanine)、酪氨酸(Tyr)含量下降的程度较为剧烈。原料中的His含量为0.02 mg·g-1,在4个岩茯茶中均未检测出His。岩茯茶Theanine的含量显著低于原料的含量(P<0.05),原料中Theanine为66.26 mg·g-1,F、ZF、FG、ZFG岩茯茶Theanine含量分别下降38.62%、66.50%、35.83%、66.98%,F岩茯茶与其他三种岩茯茶均存在显著差异(P<0.05)。F、ZF、FG、ZFG岩茯茶亮氨酸(Ieu)含量较原料(1.35 mg·g-1)相比分别降低了22.22%、31.11%、4.44%、42.96%,F岩茯茶与其他三种岩茯茶均存在显著差异(P<0.05)。岩茯茶中主要氨基酸总量F、ZF、FG、ZFG分别下降了51.11%、48.35%、29.76%、56.53%。

表5 主成分分析总方差解释Table 5 Total variance explained of principal component analysis

2.3 岩茯茶主要品质成分的主成分分析

主成分分析是分析变量之间的相互关系,将高维的样本转到低维的主成分空间中,提取几个互不相关的信息来反映变量原始信息的一种统计方法,旨在使研究简化,提高效率[32-33]。通过对4个岩茯茶的33个品质成分进行主成分分析,以特征值大于1为原则得到3个主成分(PC1～PC3),如表5及表6所示。3个主成分的累积贡献率为100%,反映了变量的所有信息。第1主成分(PC1)的方差贡献率为54.947%,贡献较大的是EGC、非酯型儿茶素、儿茶素总量、Pro、酯型儿茶素、EC、EGCG、C,其载荷量均在0.857以上。PC1表明在岩茯茶加工过程中,相关性较高的儿茶素类品质成分是影响岩茯茶风味的主体成分。第2主成分(PC2)包括水浸出物、GCG、天冬氨酸(Asp)、Glu、缬氨酸(Val)、赖氨酸(Lys)、蛋氨酸(Met),方差贡献率为31.557%。其中Asp、Glu、Val、Met对茶叶的鲜、甜具有一定的贡献[34],因此,PC2表明武夷岩茶经过处理后,可在一定程度上改善苦涩味,使之变得鲜爽、醇和。第3主成分(PC3)的方差贡献率为13.496%,主要对茶碱(Thp)、异亮氨酸(Ile)解释较多,对应的特征向量分别为0.966、0.809,即在PC3的正向坐标轴上,PC3越大,Thp、Ile含量越大。

为进一步了解样本品质成分之间的关系,通过对4个岩茯茶的33个品质成分主成分分析结果可知,PC1和PC2可以代表岩茯茶加工过程中总变异的86.504%,故由PC1和PC2绘制样本品质成分分布的主成分得分图,如图3所示。

由表6和图3可知,Pro、EGC、EC、C、EGCG、非酯型儿茶素、酯型儿茶素、儿茶素总量,与PC1表现为高度的正相关,其载荷量较大。由表6可知,非酯型儿茶素的贡献大于酯型儿茶素,通过武夷岩茶原料进行处理,导致酯型儿茶素向非酯型儿茶素转化,有利于岩茯茶风味的形成,而PC2也是对岩茯茶滋味的贡献。从主成分分析结果可知,原料经过“发花”处理可改善其滋味。

表6 主成分分析旋转后的成分载荷矩阵Table 6 Rotated component matrix ofprincipal component analysis

图3 岩茯茶主成分分析载荷图Fig.3 PCA load diagram of volatile components in Yanfu tea

3 结论与讨论

本研究通过感官审评和基本生化成分分析,结果表明岩茯茶的外形、汤色、香气、滋味、叶底经4种处理均表现出一定差异,在内含成分上也有不同。4个岩茯茶在外形、汤色及叶底上颜色逐步加深,“金花”的数量在ZFG岩茯茶中最多,香气的变化表现为在保留了岩茶特征花香的基础上还显菌花香,滋味上表现为更鲜爽。通过4种处理,茶多酚、游离氨基酸、可溶性糖的含量下降,咖啡碱、水浸出物的含量略有上升,与李适等[28]在研究冠突散囊菌在“发花”过程中对黑茶品质的影响的结果基本一致。有研究表明,在“发花”过程中,冠突散囊菌的代谢过程中会分泌酶类,使茶多酚转化为茶色素类物质,其生长、繁殖会消耗大量的咖啡碱,并以氨基酸为氮源,茶多糖类物质为碳源,因此茶多酚、氨基酸、咖啡碱和可溶性糖类含量下降[9,35]。在4种处理中,F岩茯茶只与ZFG岩茯茶在茶多酚含量存在显著差异,其他方面均没有明显差异,且ZFG岩茯茶茶多酚含量显著降低,有利于减少岩茯茶的苦涩味,增强口感。利用HPLC法测定儿茶素和氨基酸组分,发现处理后的生物碱的含量增加,6种儿茶素组分下降,简酯比增加,且FG、ZFG岩茯茶儿茶素总量显著低于F岩茯茶。儿茶素是茶多酚中主体成分,酯型儿茶素向没食子酸转化,可以使茶汤的滋味变得醇和,从而降低苦涩味[36]。经处理后的岩茯茶,Glu、Gly、His、Pro、Theanine、Tyr含量下降的程度较为剧烈。曹聪等[37]在研究冠突散囊菌对茯砖茶发花过程中成分变化时发现,微生物的生长需要含氮化合物,这就会导致茯砖茶含氮量增加,且各种儿茶素组分减少。徐瑞瑞等[38]利用冠突散囊菌对绿茶茶汤进行发酵处理,研究其品质变化时发现茶多酚含量、儿茶素组分及氨基酸组分均降低。通过对比发现,武夷岩茶加工岩茯茶的品质成分变化与黑毛茶加工成茯砖茶的品质成分变化一致。通过对4个岩茯茶的33个品质成分进行主成分分析,得出3个主成分,对方差的总变异的解释为100%,反映了变量的全部信息,通过分析发现,岩茶经过处理后可改善其滋味,使之变得更为醇和。

试验表明武夷岩茶可作为原料加工成茯茶产品,但由于岩茶品质特征明显,其岩韵的特征很“霸气”,岩茶的存在会影响其他茶类品质特征。因此,岩茶原料一定要经过高压汽蒸发酵,随后要添加微生物菌剂,一是弥补岩茶没有渥堆的工序,二是改善岩茶中微生物的菌群,才能加工成一种茯茶的新产品——岩茯茶,能兼顾岩茯两茶的特点,即既保留了武夷岩茶的花香,岩韵的基本特性,又新增了茯砖茶的菌花香,滋味更醇、鲜爽;同时,在功效上,具备了“金花”的保健作用。这是一种工艺创新,能将岩茶加工成高品质的茯茶-岩茯茶。