渥堆过程六堡茶品质成分分析及茶褐素抗氧化功能研究

杜金杰，吴新惠，代雨晴，刘晓纯，廖楷滨，覃玉娜，钟丽华，张灵枝

（华南农业大学园艺学院，广东广州 510642）

六堡茶作为广西历史名茶，国家地理标志性农产品，素有“红、浓、陈、醇”之称[1]。其品质形成与渥堆过程微生物作用密切相关[2]。目前，与普洱茶、茯砖茶等其他黑茶相比，六堡茶的研究还相对薄弱。前人对于六堡茶渥堆过程的化学成分分析的研究已经有报道[3]，但针对渥堆过程六堡茶感官品质与化学成分相关联的研究分析报道仍较少。

近年来，随着六堡茶产业的飞速发展，六堡茶对人体健康功效的研究报道不断，加深了人们对六堡茶保健功效的进一步认知。如降脂减肥[4]、祛湿[5]、改善肠道菌群[6]，提高免疫力[7]等。茶褐素是黑茶中含量最高的一种色素类物质，其具有降血糖、降血脂[8-9]、促进胆固醇降解[10]、抑菌[11]、改善肠道菌群[12]、抗氧化[13]、抗癌[14]等一系列特殊功效。采用黄意欢的系统分析法测定数据时，六堡茶茶褐素含量为19.31%～38.61%[15-16]，普洱茶为 7.32%～12.76%[17]，雅安藏茶为3.20%～14.86%[18]。与其他黑茶相比，六堡茶茶褐素相对含量最高。目前国内外对茶褐素的研究主要聚集在三个方面：一是发酵过程茶褐素的形成机理研究；二是茶褐素的提取分离与纯化工艺研究；三是茶褐素的生理活性功能研究[19]。成品六堡茶茶褐素提取工艺和抗氧化活性已有研究报道[13]，但针对不同渥堆时间六堡茶茶褐素的化学组分分析和清除DPPH自由基能力的研究仍未有报道。

本试验以广西梧州市苍梧县群体种毛茶为原料，利用现代化冷水渥堆工艺制作的、不同发酵阶段的茶样为研究对象，进行感官品质和化学成分分析。对不同发酵阶段六堡茶茶褐素提取物进行理化成分分析和抗氧化活性比较，旨在探究渥堆过程六堡茶品质特征与化学成分变化规律，以及茶褐素的形成规律和功能活性变化规律，为改进六堡茶加工工艺提供一定参考价值。

1 材料和方法

1.1 材料与仪器

茶样 为广西梧州中茶茶厂2020年冷水渥堆现代化生产工艺生产，选取了四个发酵阶段进行取样，分别为：第一阶段（0 d毛茶）、第二阶段（20 d茶样）、第三阶段（40 d 茶样）、第四阶段（60 d 茶样）；蒽酮、苯骈戊三酮 天津市科密欧化学试剂有限公司；色谱柱（250 mm×4.6 mm，5 μm） 美国旭日公司；氯化亚锡 天津化学试剂有限公司；无水乙醇、正丁醇、乙酸乙酯 天津市富宇精细化工有限公司；浓硫酸、无水葡萄糖、盐酸、结晶氯化铝、十二水合磷酸氢二钠 均为国产分析纯，广州化学试剂厂；L-谷氨酸、咖啡碱、牛血清蛋白、没食子酸（＞99%） 上海绿源生物科技有限公司；1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（＞97%） 日本TCI化成工业发展有限公司；福林酚食品纯；甲醇 色谱纯。

WFJ7200型可见分光光度仪 尤尼柯上海仪器有限公司；FC-14C型差速离心机 广州方统生物科技有限公司；ALANCEE295高效液相色谱仪 美国WATERS；WD850B型微波炉 格兰仕中央空调有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 取样 每个阶段取样均采用五点取样法，从茶堆的表面和中层分别取等量茶样，充分混匀。固样方式参考曾贞等[20]微波固样方式并稍作修改。微波炉额定输出功率850 W，额定微波频率2450 MHz。先100%火力固样3 min，摊晾降温至室温再20%火力微波固样8 min。取出放置烘箱100 ℃烘干2 h至全干，然后用植物粉碎机粉碎成茶粉，过40目筛后用于检测理化指标和提取茶褐素。

1.2.2 感官审评 按照GB/T 23776-2018《茶叶感官审评方法》中的黑茶（散茶）的审评方法，由2男3女，具有中（4人）、高级（1人）评茶员职业资格证书的审评老师进行审评，用专业的茶叶审评术语得出审评结果。

1.2.3 茶叶理化成分测定 水浸出物测定参照GB/T 8305-2013；游离氨基酸含量测定参照GB/T 8314-2013；茶多酚含量测定参照GB/T 8313-2018；黄酮类化合物含量测定采用三氯化铝比色法；可溶性糖含量测定采用蒽酮-硫酸比色法；茶色素含量测定采用系统分析法[21]；咖啡碱含量测定参照GB/T 8312-2013，色谱柱：250 mm×4.6 mm，5 μm；流动相A：30% 甲醇水溶液；流动相 B：超纯水；柱温：40 ℃；流速：1 mL/min；进样量：10 μL。

1.2.4 茶褐素提取 茶褐素提取参照周婷等[22]的实验方法。按照茶水比1:37，称量20 g干茶粉，加入740 mL 蒸馏水，室温，100 KHz，超声 30 min 后 96 ℃水浴浸提86 min，趁热抽滤后将滤液降压浓缩至1/5～1/10。依次用等体积氯仿、乙酸乙酯、正丁醇各萃取2次，最后收集水层，按照1:4比例加入无水乙醇，低温静置12 h后，9000 r/min离心10 min收集沉淀，再利用真空冷冻干燥机干燥成粉末即为茶褐素，4 ℃下保存。

1.2.5 茶褐素理化成分测定 茶褐素理化成分测定参考田燕华实验方法[23]；茶褐素总糖含量测定采用蒽酮-硫酸法；总蛋白含量测定采用考马斯亮蓝法；总酚含量测定采用福林酚法；茶褐素溶液pH测定采用pH计直接测定。

1.2.6 茶褐素清除DPPH自由基能力 实验方法参考田燕华[23]实验方法。阳性对照组：配制浓度为0.1 mg/mL的VC母液。将母液稀释成浓度分别为5、7.5、10、12.5、15、20 μg/mL 的稀释液。试管中加入不同浓度VC稀释液和1 mmol/L DPPH溶液各2 mL，空白对照组加入等量超纯水，摇匀，避光反应30 min，517 nm波长下测量吸光值。茶褐素组：配制浓度为0.2 mg/mL的茶褐素母液，将母液稀释成浓度分别为10、20、30、40、50、60 μg/mL 的稀释液。试管中加入不同浓度茶褐素稀释液和1 mmol/L DPPH溶液各2 mL，空白对照组加入等量超纯水，摇匀，避光反应30 min，517 nm波长下测量吸光值。

DPPH自由基清除率（%）=[（对照组吸光值-样品组吸光值）/对照组吸光值]×100

以样品浓度为横坐标，清除率为纵坐标，绘制清除曲线。以清除曲线计算清除率为50%时的样品浓度为评价指标（即自由基半数抑制浓度IC50）。

1.3 数据处理

测定结果取3次重复试验的平均值。采用Excel 2016进行数据处理，采用SPSS 24进行方差分析和显著性分析，采用GraphPadPrism8进行作图。采用Photoshop进行图片拼接。

2 结果与分析

2.1 渥堆过程六堡茶感官品质特征

实验对渥堆过程六堡茶的外形、香气、滋味、汤色、叶底进行审评。其干茶外形，汤色底的外观图如图1所示，品质评价结果如表1所示。在外观方面：随着发酵时间的延长，干茶的色泽、茶汤汤色、叶底的色泽都由浅至深发生显著的变化。发酵60 d的茶汤汤色，已经初步具备了六堡茶“红、浓”的要点。在品质评价方面：0 d的毛茶，其香气高扬，持久，具有日晒气，滋味醇厚，有刺激性，回甘。而发酵了20 d的六堡茶，汤色滋味变化仍不显著。发酵了40 d的六堡茶，其汤色由深黄转变为橙黄，叶底明显更柔软，推测微生物一些胞外酶，如纤维素酶，果胶酶将茶叶细胞分解，导致叶底变得柔软[24]。其次，发酵40 d的六堡茶，其滋味发酸，而且香气粗杂，带有酸馊味。推测应该是发酵过程香气物质发生转化，形成了一些不好闻的过渡型香气物质[25]，至于为何会呈现酸馊味，以及40～60 d的发酵过程中，40 d时的酸馊味是如何转化成为60 d时浓郁的花果香，仍待进一步分析。发酵60 d的六堡茶，已经具备一个商品茶“红、浓、陈、醇”的品质特征。其汤色红棕，滋味由苦涩，有刺激性转变为了醇厚、顺滑，且汤中带有一丝糯香。香气纯正，果香浓郁。

图1 渥堆过程六堡茶品质外观图Fig.1 Quality appearance of Liupao tea during fermentation process

表1 渥堆过程六堡茶感官品质审评结果Table 1 Sensory quality evaluation of Liupao tea during fermentation process

综上分析，在使用优质六堡茶原料的前提基础上，冷水渥堆现代工艺发酵初期物质转换速度不明显，但到发酵第四阶段（60 d），其茶样汤色、香气、滋味均基本达到六堡茶“红、浓、陈、醇”的品质特征。

2.2 渥堆过程六堡茶主要成分变化

渥堆过程六堡茶主要内含成分变化见表2。由表2可知，随着渥堆时间的延长，茶叶中的水浸出物、茶多酚、茶红素、游离氨基酸，黄酮类物质含量都呈现显著下降趋势（P＜0.05），其结论与张芬等[26]的研究结果一致。与0 d（毛茶）相比，发酵60 d的六堡茶的水浸出物、茶多酚、茶红素、游离氨基酸、黄酮含量分别减少了 34.11%（P＜0.05）、65.22%（P＜0.05）、77.56%（P＜0.05）、87.67%（P＜0.05）、16.49%（P＜0.05）。茶黄素和可溶性糖含量没有明显变化规律，前者含量在0.16%～0.28%之间波动，后者含量在1.11%～1.16%之间波动变化。茶褐素含量明显增加，与0 d（毛茶）相比，发酵60 d的六堡茶茶褐素含量增加了2.28倍。咖啡碱含量总体呈现增加趋势，但不显著（P＞0.05），其含量从0 d的3.28%增加到了60 d时的3.98%。检测结果中，六堡毛茶的游离氨基酸含量非常高，达到了6.96%，目前已知的高氨基酸茶树品种有凌云11号、凌云6号、短节白毫等，其游离氨基酸含量为8%左右[27]，游离氨基酸是使茶叶呈现鲜爽感官品质的主要内含物。单从茶叶深加工的方向考虑，此种质资源有专项开发的潜质。

表2 渥堆过程六堡茶理化成分变化Table 2 Variation of main physical and chemical components of Liupao tea during fermentation process

2.3 不同渥堆时期六堡茶茶褐素理化成分分析

不同渥堆阶段六堡茶茶褐素溶液pH结果如表3所示。由表3可知，茶褐素溶液浓度为0.2 μg/mL时，其pH为6.60～6.74之间，说明茶褐素为一种弱酸性的物质。不同渥堆阶段的茶褐素溶液pH之间没有显著性差异（P＞0.05）,其结论与吴恩凯等[16]、田燕华[21]的研究结果一致。不同渥堆阶段六堡茶茶褐素提取物的主要化学组分结果如表4所示。由表4可知，不同渥堆阶段六堡茶茶褐素蛋白质含量整体呈现增加的趋势。20与40 d的茶褐素相比,茶褐素的蛋白质含量有所增加，但不显著（P＞0.05）。40与60 d的茶褐素相比，茶褐素的蛋白质含量显著增加（P＜0.05），由40 d时的11.39%增加至60 d时的14.97%；不同渥堆阶段六堡茶茶褐素的总酚含量呈现显著增加趋势（P＜0.05），由20 d时候的9.01%增加至60 d的17.07%，增加了1.89倍。总糖含量也从20 d的11.78%显著增加（P＜0.05）至60 d的17.25%。茶褐素含量的增加，在于渥堆过程中微生物通过分泌胞外酶，促进多酚类物质氧化、聚缩合，形成大分子物质[28]。同时，这些生物活性酶通过分解茶叶细胞和组织，从而增加了与茶褐素络合的蛋白质、游离多糖、黄酮等酚类物质[29]。推测是导致茶褐素提取物的总糖、总蛋白、总酚含量显著增加的主要原因。

表3 渥堆过程不同六堡茶茶褐素溶液的pHTable 3 pH of different theabrownins solution that extracted from Liupao tea during fermentation process

表4 渥堆过程不同六堡茶茶褐素主要化学成分Table 4 Main components of different theabrownins that extracted from Liupao tea during fermentation process

2.4 不同渥堆阶段六堡茶茶褐素清除DPPH自由基能力比较

DPPH是目前体外模型测定样品清除自由基能力最常用的方法之一[30]。为评价不同抗氧剂之间清除自由基的能力，以自由基半数抑制浓度IC50作为评价指标，IC50值越小，代表其抗氧化能力越强。

由图2可知，茶褐素浓度在 10～60 μg/mL时，对DPPH自由基清除率呈现剂量依赖性，随着浓度增加，清除率增加，但是低于阳药组（VC）。由表5可知，40和60 d的茶褐素溶液清除DPPH自由基能力要强于20 d的茶褐素溶液，但40与60 d的茶褐素溶液之间的IC50差异不明显，两者清除自由基能力相当。总的来说，各茶褐素提取物浓度为IC50时，其抗氧化能力为：VC＞40 d＞60 d＞20 d。众所周知，多酚类物质具有显著的抗氧化功能[31-32]，不同六堡茶茶褐素的化学组分分析结果也表明，随着渥堆天数的增加，总酚的含量显著增加（P＜0.05），这与其对应的抗氧化能力有一定相关性。40与60 d的茶褐素相比，其总酚含量显著增加（P＜0.05），但是清除自由基能力却差异不大，推测茶褐素分子结构中的结合酚清除自由基的原理与游离酚有所不同[32]。同时，茶褐素清除DPPH自由基的能力与该茶褐素的空间构象，电子转移能力也有一定关系[33]。在本实验中，浓度为0.2 μg/mL时，40 d的茶褐素溶液的pH比60 d同样浓度的茶褐素溶液浓度略低，推测40 d的茶褐素溶液的电子转移能力比60 d的茶褐素溶液相对更强，所以其IC50值相对更小，抗氧化能力更强。

图2 渥堆过程六堡茶茶褐素清除DPPH自由基能力Fig.2 DPPH free radical scavenging activity of theabrownins of Liupao tea during fermentation process

表5 渥堆过程六堡茶茶褐素IC50值比较Table 5 Comparison of IC50 values of theabrownins of Liupao tea during fermentation process

3 结论与讨论

试验结果表明，发酵60 d的茶样从干茶、汤色、滋味、叶底来看，已经基本具备商品茶“红、浓、陈、醇”的品质特征。渥堆过程水浸出物、茶多酚、茶红素、游离氨基酸、黄酮类物质等含量都显著下降（P＜0.05），茶褐素含量显著增加（P＜0.05）。茶汤滋味由浓强、刺激转变为醇和、顺滑。后发酵黑茶化学成分的变化受多因素影响，微生物生化作用和湿热作用是主要影响原因。随着人们对多元化的追求，风味化、功能化的定向发酵是六堡茶乃至整个黑茶产业未来发展的重要方向，因此进一步深入研究微生物生化作用和湿热作用对六堡茶渥堆过程化学成分的影响机理，具有重要意义。

茶褐素的理化结果分析和清除自由基能力表明，随着渥堆天数增加，茶褐素中的总糖、总蛋白、总酚含量都是增加的趋势。在各茶褐素提取物自由基半数抑制浓度（IC50）时,其清除DPPH自由基的能力为：VC组＞40 d＞60 d＞20 d。发酵 40与 60 d的茶褐素清除DPPH自由基的能力差异不明显，但相对20 d的茶褐素均明显增强，证明渥堆发酵能够提升六堡茶茶褐素提取物清除DPPH自由基的能力，是六堡茶加工工艺的重要工艺。

目前，学术界对于茶褐素的定义有两种，一部分学者认为，那些与茶褐素本身络合在一起的游离多糖、蛋白质、核酸等小分子物质并不是“茶褐素”本身，因此茶褐素的功能仍不能直接断定为是其茶褐素自身的功能基团起的作用。因此他们一直致力于运用各种分离纯化的方法去进一步纯化茶褐素，目的就是为了得到高纯度的茶褐素组分，但是目前为止，仍未有文章报道分离纯化到茶褐素单体。另外一部分学者则认为，既然各种方法都不能完全分离干净茶褐素中的蛋白质、多糖、游离氨基酸等小分子物质，因此未来可以考虑，在验证其生物活性时，可以把茶褐素与各小分子物质看成一个整体。在各组分含量达到一定区间范围时，归类为同一类茶褐素。此外，茶褐素作为六堡茶的特征性成分，其各种保健功效虽已有大量文献报道，但其作用机理仍有待进一步探究。