空气湿度调控不同味觉特征的茶树氨基酸含量研究

谭梦 向萍 朱秋芳 黄嘉欣 刘江洪 盛蕾蕾 王星剑 林金科,3

（福建农林大学园艺学院，福建 福州 350002；福建省中科生物股份有限公司，福建 泉州 362411；福建农林大学安溪茶学院，福建 福州 350002）

氨基酸在茶叶加工中参与茶叶香气的形成，它所转化而成的挥发性醛或其他产物，都是茶叶香气的成分。此外，氨基酸对茶叶的鲜味与香味有着积极作用，甚至对滋味也有着重要影响，是构成茶叶品质的重要生化成分之一[1-2]。目前，茶叶中已发现的氨基酸有26 种，根据结构分类，可分为蛋白质氨基酸与非蛋白氨基酸；根据味觉特征分类可分为甜味、苦味、鲜味、芳香类等风味[3-6]。据研究发现提高茶园中的空气湿度能够提高氨基酸总量，多通过遮阴、覆盖遮阳网等措施来达到提高空气湿度[7-11]。

本研究通过室内栽培茶树，控制温度、光强等生态因子变量，分析单因素空气湿度调控茶鲜叶氨基酸组分含量，先根据不同味觉特征分析空气湿度调控氨基酸组分含量，再结合主成分分析和聚类分析不同空气湿度处理时氨基酸组分的特征，旨在为田间栽培茶树的空气湿度调控不同味觉特征的氨基酸提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料与仪器

试验于2019 年9 月到 2020 年11 月在福建省中科生物股份有限公司厂房进行室内栽培，试验茶树品种为1 年生“黄旦”茶树，购于安溪县千鹤茶场。采用育苗袋基质栽培，将茶苗放置在不同空气湿度处理下的房间栽培，温度、光（光强、光质）、基质湿度、CO2含量等生态因子均保持一致，采一芽一叶烘干保存。

仪器：Waters Acquity UPLC H-Class 超高效液相色谱仪, Waters ACCQ-TAG ULTRA C18 色谱柱（2.1mm×100mm，C18-1.7μm）；（高精度分析天平（感重：0.00001g）； 离心机（转速：4500r/min,10min）；混匀器；真空过滤器（滤膜0.45μm）；移液管等。分析天平（感重0.0001g）；高通量组织碾磨机（2.5mm 钢珠，22P，3min）；数显恒温水浴锅（100℃）。

1.2 氨基酸检测方法

1.2.1 原料处理同GBT 8314-2013 茶 游离氨基酸总量的测定。母液于4500rpm 离心10min，上清液过0.45μm 滤膜。

1.2.2 检测方法参照UPLC 衍生化法氨基酸检测方法。

1.3 数据处理方法

实验数据以平均值±标准偏差表示；使用SPSS 20.0 软件对空气湿度调控下13 种味觉特征氨基酸组分和含量进行数据处理，进行主成分分析和聚类分析，研究空气湿度调控氨基酸组分的差异。

2 结果与分析

2.1 不同空气湿度处理下氨基酸总量及高占比的氨基酸组分差异

不同空气湿度调控氨基酸结果如表1 所示，根据各个氨基酸组分含量大小分析得出，其中氨基酸组分中，含量与占比较高的氨基酸组分为茶氨酸＞谷氨酸＞丝氨酸＞缬氨酸＞脯氨酸。氨基酸总量与茶氨酸含量、茶氨酸含量占比均在空气湿度90%处理下最高，与40%、50%、70%空气湿度处理的含量与占比呈极显著水平差异；谷氨酸占比在空气湿度70%时最高，与其余处理呈极显著水平差异，谷氨酸含量在高空气湿度（50%、70%、90%）较高，峰值出现在空气湿度为50%时；丝氨酸含量与占比均在空气湿度50%时最高，与其余处理呈极显著水平差异；缬氨酸占比在空气湿度较低时较高，但是从含量上比较而言，缬氨酸在不同空气湿度处理下无显著水平差异；脯氨酸在不同湿度处理下占比无显著水平差异，含量在空气湿度90%时最高，与其余处理呈极显著水平差异。由此可知，高空气湿度有利于增加茶鲜叶中的氨基酸总量、茶氨酸含量、茶氨酸占比、脯氨酸含量；空气湿度为50%时，适合增加谷氨酸与丝氨酸的含量；空气湿度对缬氨酸含量影响不明显。

表1 不同空气湿度处理下氨基酸总量与主要氨基酸组分占比表

2.2 空气湿度调控茶树游离氨基酸滋味特征分布分析

分别从甜味、苦味、鲜味、芳香类四个滋味风味分类的氨基酸组分分析不同空气湿度调控室内栽培茶树茶鲜叶品质的结果。

2.2.1 空气湿度调控茶树甜味氨基酸组分

茶叶甜味氨基酸组分包括Thea 茶氨酸、Thr 苏氨酸、Ser 丝氨酸、Ala 丙氨酸、Pro 脯氨酸、Gly 甘氨酸，根据图1 分析不同甜味氨基酸组分在空气湿度调控下的含量变化。其中茶氨酸、苏氨酸、丙氨酸、脯氨酸均在空气湿度90%时含量最高，与甜味组分滋味氨基酸总量的趋势保持一致，且均与40%、50%、70%处理下呈极显著差异。甘氨酸在空气湿度70%时含量最高，与空气湿度50%处理含量无显著差异，与空气湿度极端处理（40%、90%）呈极显著差异。丝氨酸在空气湿度50%时含量最高，与其余处理（40%、70%、90%）呈极显著差异。由此可知，茶氨酸、苏氨酸、丙氨酸、脯氨酸这四类氨基酸极有可能是90%空气湿度处理下甜味氨基酸出现最高值的主要贡献氨基酸，甘氨酸、苏氨酸是50%空气湿度处理下甜味氨基酸出现第二峰值的主要贡献氨基酸。因此，可通过调控茶树空气湿度生长环境为高湿环境来调控茶树甜味氨基酸成分的峰值，以此来调控茶叶品质。

图1 空气湿度调控甜味氨基酸含量

2.2.2 空气湿度调控茶树苦味氨基酸组分

茶叶苦味氨基酸包括Val 缬氨酸、His 组氨酸、Arg 精氨酸、Lys 赖氨酸、Tyr 酪氨酸，根据图2 分析不同苦味氨基酸组分在空气湿度调控下的含量变化。其中酪氨酸在空气湿度50%时含量最高、缬氨酸在空气湿度90%时含量最高，但是这两类氨基酸不同空气湿度调控下，含量均无显著变化。赖氨酸与组氨酸均在空气湿度40%时含量最高，与其余空气湿度处理相比，赖氨酸含量达到极显著差异，组氨酸含量与空气湿度90%处理相比达到了显著差异，与空气湿度50%、70%处理比较达到了极显著差异。而其中的精氨酸含量在空气湿度50%时最高，且与其他处理组相比呈极显著差异。苦味氨基酸总量在空气湿度40%时出现最高值与空气湿度50%、90%无显著差异，与空气湿度70%时呈极显著差异。由此，可知赖氨酸与组氨酸是苦味氨基酸在空气湿度40%时出现峰值的主要贡献氨基酸。

图2 空气湿度调控苦味氨基酸含量

2.2.3 空气湿度调控茶树鲜味氨基酸组分

茶叶鲜味氨基酸组分包括Asp 天冬氨酸、Glu 谷氨酸、Thea 茶氨酸，根据图3 分析不同鲜味氨基酸组分在空气湿度调控下的含量变化。其中茶氨酸、天冬氨酸均在空气湿度90%含量最高，茶氨酸在空气湿度90%时与其他空气湿度处理呈极显著差异，而天冬氨酸与空气湿度50%比较有显著差异、40%比较有极显著差异。谷氨酸在空气湿度50%时含量最高，与空气湿度70%、90%处理时无显著差异，与空气湿度40%处理有极显著差异。而鲜味氨基酸总量在空气湿度90%时最高，与空气湿度50%处理时呈显著差异，与其他处理呈极显著差异。由此可知，茶氨酸、天冬氨酸、谷氨酸是鲜味氨基酸在高空气湿度含量较高的主要贡献氨基酸组分。

图3 空气湿度调控鲜味氨基酸含量

2.2.4 空气湿度调控茶树芳香类氨基酸组分

芳香类氨基酸包括Arg 精氨酸、Lys 赖氨酸、Thr 苏氨酸、Gly 甘氨酸、Val 缬氨酸，根据图4 分析不同芳香类氨基酸组分在空气湿度调控下的含量变化，可得出空气湿度调控对芳香类氨基酸无明显作用。

图4 空气湿度调控芳香类氨基酸含量

2.3 空气湿度调控茶鲜叶氨基酸组分主成分分析与聚类分析

先对茶鲜叶中的13 种滋味氨基酸进行主成分分析，以确定对茶鲜叶影响较大的氨基酸组分。前三个主成分累计率达到79.18%，较大地保留了原始信息，故选取了前三个主成分进行分析。

从主成分分析图（5-6）中可以看出，第一主成分主要综合了脯氨酸、茶氨酸、丙氨酸、天冬氨酸、组氨酸等信息，大多是甜味氨基酸的贡献氨基酸；第二主成分综合了天冬氨酸、谷氨酸、苏氨酸三种氨基酸，属于鲜味与芳香类氨基酸；第三主成分综合了精氨酸、缬氨酸两种氨基酸，既属于苦味氨基酸，也属于芳香类氨基酸。主成分分析可得出其综合评价函数为F=0.534＊F1+0.289＊F2+0.177＊F3。根据图6 分析，在第一主成分中，空气湿度90%处理时，得分最高，即脯氨酸、茶氨酸、丙氨酸、天冬氨酸、组氨酸含量较高，甜味较高；在第二主成分中，得分最高的是空气湿度50%，即天冬氨酸、谷氨酸、苏氨酸，即鲜味与芳香类氨基酸较高；在第三主成分中，得分最高的是空气湿度50%时，即精氨酸、缬氨酸含量较高，苦味与芳香类氨基酸较高。在不同湿度调控中，空气湿度90%时，综合评价最高，说明在该空气湿度条件下，茶鲜叶的氨基酸品质质量较好，在空气湿度70%时，综合得分最低，说明在该空气湿度氨基酸综合品质质量较低。

图5 不同空气湿度处理主成分分布图

图6 各氨基酸组分主成分分布图

对不同空气湿度调控下的13 种滋味氨基酸进行聚类分析，得到图7。根据图7 可知，空气湿度90%条件下的氨基酸组分分为第一大类，空气湿度40%、50%、70%时为第二大类。聚类分析与主成分分析结果相一致，由此可知，空气湿度调控不同味觉特征的氨基酸组分具有较好的指导意义，通过样本的氨基酸组分含量的综合值可以将不同空气湿度调控的不同茶鲜叶品质区分开。

图7 空气湿度调控不同味觉特征的氨基酸组分的聚类图

3 结论

近年来，对于生态因子调控氨基酸的研究以及氨基酸评价茶叶品质的方法都在逐年增加[12-16]。有研究了滇产4 种茶样中的游离氨基酸组分进行了风味特征的分类[3]，有研究了游离氨基酸组分对白茶滋味品质的影响及通过氨基酸组分实现了白茶品类的判别[5]，也有通过主成分分析和聚类分析判断茶叶品质[17]。

本文通过研究空气湿度调控氨基酸组分，采用UPLC 方法测定茶鲜叶中的氨基酸组分含量，最终检测出13种氨基酸组分，分成甜味、苦味、鲜味、芳香类四种味觉特征的氨基酸组分，根据方差分析结果可知，游离氨基酸总量、甜味氨基酸总量、鲜味氨基酸总量在空气湿度90%时含量最高，甜味氨基酸总量与其余处理相比呈极显著差异，鲜味氨基酸总量与其余空气湿度处理相比呈显著差异；苦味氨基酸在空气湿度40%是含量最高；而空气湿度调控对芳香类氨基酸总量影响无显著差异。结合主成分分析、聚类分析与方差分析结果一致，均能得出结论，在空气湿度90%处理时，其综合评价最高，甜味氨基酸占比较高。

茶树氨基酸含量一般占茶树鲜叶的1%～4%，白晓丽等研究表明，茶树种质资源的氨基酸含量取值范围为318.31～2268.867 mg/100g 即茶鲜叶的0.318%～2.269%[18-19]（见图8-9）。推测可能在本次试验中，为保证茶苗生长条件一致，茶苗栽培是在人工气候室进行的，茶苗在高湿环境下基质失重较慢，相应的统一补充营养液较少，可能N 元素补充不足，导致在本次试验中检测出的茶树氨基酸含量普遍偏低，总量占茶鲜叶的0.599%～0.745%，但是在合理范畴。

综上所述，根据方差分析、主成分分析、聚类分析的结果，建立人工气候室，空气调控不同味觉特征的氨基酸在实际栽培过程中的空气湿度控制具有较好的指导意义，且不同氨基酸组分含量的综合评价值可以区分茶鲜叶的品质特征。

图8 台湾当地25 种茶树种质资源的氨基酸含量图

图9 四个茶树品种引种武夷山的氨基酸含量图