安溪铁观音加工过程中影响色、香、味的成分变化

康育鑫，陈永快，肖两德，廖水兰，赵 健,

（1.福建省农业科学院数字农业研究所，福建福州 350003；2.福建知茶科技有限公司，福建泉州 362000）

乌龙茶为中国特有的茶类，铁观音是最独特的乌龙茶品种之一。安溪铁观音以其与众不同的质量特点，标新立异的制作工艺[1-3]，源远流长的深厚内涵和富含营养功能成分获得饮茶爱好者的肯定。安溪铁观音不仅兼具绿茶的清香和红茶的醇厚，也富含茶多酚、茶氨酸、咖啡碱、茶多糖、黄酮类、茶色素等多种功能营养成分[4]。药理学研究表明，茶多酚具有抗氧化、抗动脉粥样硬化、抗龋齿及降血脂减肥醒酒等多种功效[5-9]。咖啡碱能有效缓解疲惫，防治神经衰弱，激发中枢神经起到提神醒脑作用[10]。茶氨酸具有保护神经系统、缓解人体疲劳及防治“三高”等功效[11]。此外，茶色素可以抗氧化、抗炎症及预防癌症等功效作用[12-13]。铁观音茶的香气成分也具有抗肿瘤作用，可促进人肺腺癌细胞株A549的凋亡[14]。香气成分也是决定铁观音品质的关键因素之一，由不同酯类、醇类、烯类等芳香化合物以一定比例溶度组成特有的香型，对铁观音风味、工艺及产业发展等具有重要作用[15-16]。铁观音作为乌龙茶中独具一格的佼佼者，茶叶香气及品质成分对铁观音品质和功效至关重要，具有重要研究价值和意义[17]。

近年来，针对乌龙茶加工过程中的色香味成分的变化，开展了多方面的研究工作，如张珍珍等[18]研究3种清香型铁观音挥发性成分及香味特征，发现3种铁观音中主要风味成分相同，均为癸醛、反式-橙花叔醇、苯乙醛、正己醛和吲哚；嵇伟彬等[19]对几种乌龙茶香气成分比较研究，发现反-橙花叔醇、吲哚和a-法尼烯是闽南清香型铁观音的主要香气成分；钟秋生等[20]对九龙袍品种乌龙茶加工过程中主要生化成分的变化进行研究，发现在乌龙茶初制过程中,各主要内含成分均发生不同程度的变化,水浸出物、茶多酚和咖啡碱含量均表现出降低趋势；何加兴等[21]研究黄金茶1号夏秋乌龙茶加工过程化学成分变化与品质形成分析，发现其中a-法呢烯、反式-0-法呢烯和（Z，E）-a-法呢烯、芳樟醇、反式橙花叔醇、己酸己酯以及吲哚占到毛茶香气总量的69%以上，是黄金茶1号夏秋乌龙茶香气的主要组成部分；黄欢等[20-22]研究发现加工过程中铁观音的咖啡碱、茶多酚、游离氨基酸含量呈规律性变化。此外，林红等[23]研究铁观音乌龙茶的营养成分和保健功效得出铁观音富含茶多酚、茶氨酸、茶色素等品质成分，具有抗氧化、抗肿瘤、降血脂等功效。安溪铁观音所含的有益功能成分，明显高于其他茶类[24]。而目前未见文献对铁观音加工过程中影响色、香、味的成分的变化规律进行系统研究。本论文分析了铁观音加工过程中不同加工工序的香气成分数量变化及关键香气成分变化情况，并对其品质成分变化规律进行研究，以期为改进铁观音加工工艺及进一步开发利用铁观音香气及品质成分提供一定科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

本试验所用铁观音鲜叶原料来源福建省泉州市安溪秉怀农场。采摘春季铁观音茶叶，按照安溪乌龙茶制作工艺进行加工。

GCMS-TQ8040三重四极杆型气相色谱-质谱联用仪 岛津公司；SPME萃取头（50/30 μm DVB/CAR/PDMS） 上海安谱科学仪器有限公司；顶空萃取瓶Agilent公司；6CWT-105杀青机、JY-6CHZ-7B烘干机、JY-6CRT-55B揉捻机 佳友机械公司。

1.2 工艺流程

安溪铁观音制作工艺：茶青→晒青→摇青1→凉青1→摇青2→凉青2→摇青3→凉青3→杀青→揉捻→包揉1→包揉2→包揉3→烘干→毛茶。

操作要点：取同一批铁观音不同加工工序的茶叶，用锡箔纸包好，贮存在液氮中。采集春季铁观音茶叶,首先将采摘后的铁观音茶叶晒青20 min，其次采用三摇三凉进行做青，其中摇青1时长为4 min，凉青1时长为1 h，摇青2时长为7 min，凉青2时长为2 h，摇青3时长为11 min，凉青3时长为10 h（摇青机转速均为28 r/min），再次在270～290 ℃的温度下用杀青机杀青3～4 min，然后进行揉捻包揉塑形，先用揉捻机揉捻时长为5 min，再通过“茶布巾包揉法”，运用揉、压、搓、抓等手法趁热包揉重复3次，最后放入茶叶烘干机，设定85 ℃烘焙至完全干燥，待冷却后进行包装。分别测定品质成分茶多酚、咖啡碱、茶氨酸、黄酮类、茶色素含量，每一个工序取样品重复测定3次，计算平均值。

1.3 测定方法

1.3.1 香气成分测定方法

1.3.1.1 HS-SPME条件 首先将SPME萃取头放入气相色谱仪进样口，于250 ℃温度条件下老化30 min备用。其次称取3.0 g铁观音样品加入20 mL顶空萃取瓶中,加盖密封。置于70 ℃水浴锅60 min。最后将老化完成的SPME萃取头插入萃取瓶顶空部分,推出纤维头吸附30 min。

1.3.1.2 GC-MS条件 参考陈丽华等[25]的香气成分检测方法，吸附完成后将SPME萃取头取出，放入气相色谱-质谱联用仪进样口解吸3 min，启动GC仪进行铁观音香气成分测定。每个样品平行测定3次。

GC条件：DB-5MS气相毛细管柱（30 m×0.25 mm,0.25 μm）；载气为纯氦气（99.99%），分流进样，流速1.0 mL/min；进样口温度250 ℃。程序升温，起始柱温40 ℃保持2 min，以4 ℃/min的速度升温到170 ℃保持1 min，最后以20 ℃/min的速度升温到260 ℃保持2 min。

MS条件：GC-MS接口温度260 ℃；离子源温度200 ℃；四极杆温度150 ℃；EI电离能量为70 eV；全质谱扫描模式，扫描质量范围40～600 Amu。

1.3.1.3 定性定量方法 根据标准样品（C9～C22正构烷烃）的色谱保留时间，计算样品各香气成分的保留指数，对比标准谱库中的保留指数值以及质谱信息对各香气成分进行定性分析。各香气成分的物质含量以相对含量表示。扫描图谱与NIST谱库对照进行鉴定,采用峰面积归一化法计算出各香气成分的相对含量。

1.3.2 品质成分测定方法 茶多酚总量采用福林酚比色法（GB/T 8313-2018）[26]；游离氨基酸总量采用茚三丙酮比色法（GB/T 8314-2013）[27]；咖啡碱采用紫外分光光度法（GB/T 8312-2013）；黄酮采用紫外分光光度法[28]；叶绿素采用丙酮-乙醇混合液提取测定[29]；茶黄素、茶红素采用萃取比色法[30]。

1.4 数据处理

采用Excel处理试验数据并作图，对各处理结果运用DPS软件进行方差分析，数据采取三次重复，结果以平均数±标准差形式表示。

2 结果与分析

2.1 铁观音加工过程中香气成分数量的变化情况

本论文采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术分析鉴定铁观音加工过程中的香气成分。采用峰面积归一化法计算得到的挥发性香气组分的含量为相对含量，用相对含量代替绝对含量。对各组分进行分析,不同加工工序铁观音香气成分数量的变化情况具体见表1。

表1 铁观音加工过程中香气成分数量的变化情况Table 1 Changes in the quantity of aroma components during the processing of Tieguanyin

由表1可知，在14道铁观音茶叶加工工序中香气成分总数量总体呈现出略为增加趋势，其中，在晒青、摇青、凉青工序过程中香气成分总数量变化不明显，可能是由于这些工序对茶青香气成分的释放影响不大，在杀青工序之后香气成分总数量有所增加，可能与杀青过程高温有关，揉捻、包揉过程中香气成分总数量逐渐增加，可能是由于揉捻、包揉过程中较强的物理摩擦压力导致茶叶细胞破裂，产生新的香气成分。

2.2 铁观音加工过程中关键香气成分变化情况

采用峰面积归一化法计算得到的挥发性香气组分的含量为相对含量，用相对含量代替绝对含量，鉴定出14种关键香气成分，相对含量从大到小分别为芳樟醇、（E）-3-己烯-1-醇乙酸酯、水杨酸甲酯、香叶醇、2-甲基丁酸-3-己烯醇酯、（Z）-己酸-3-己烯酯、2-已烯醛、叶醇、Z,Z-3-己烯酸-3-己烯酯、顺-α,α-5-三甲基-5-乙烯基四氢化呋喃-2-甲醇、α-法呢烯、反-橙花叔醇、吲哚。铁观音加工过程中不同加工工序的关键香气成分变化情况如表2所示。不同加工工序芳樟醇相对含量差异较明显，以茶青最高，达24.02%，杀青最低仅为3.04%，做青过程含量较高，包揉过程含量快速上升，其中包揉3比杀青增长了1.61倍；不同加工工序（E）-3-己烯-1-醇乙酸酯相对含量变化明显，以摇青1相对含量最高为22.44%，凉青2最低为7.95%，做青过程中呈现出一定周期性变化，而从做青之后均未检测出；不同加工工序水杨酸甲酯相对含量以凉青1最高，相对含量为23.54%，杀青最低1.54%，整个杀青过程下降了53.89%，杀青之前均产生较明显的差异，而杀青之后差异不明显，毛茶中相对含量为4.27%比烘焙之前增长了30.18%；不同加工工序香叶醇相对含量表现为，凉青1相对含量最高，达到10.71%，杀青最低为1.25%，做青过程从摇青1到摇青2差异不显著（P＞0.05），揉捻到包揉2也差异不显著（P＞0.05），毛茶中相对含量为3.35%，比烘焙之前增长了66.67%；不同加工工序2-甲基丁酸-3-己烯醇酯相对含量为摇青2相对含量最高，高达6.84%，摇青3最低，仅仅为0.06%，从杀青之后差异不显著（P＞0.05）；不同加工工序（Z）-己酸-3-己烯酯相对含量存在一定差异，摇青2相对含量最高为12.31%，包揉3最低1.65%，做青过程相对含量稳定在3.83%～12.31%，杀青过程下降了17.23%，烘干过程上升了12.12%；而不同加工工序2-已烯醛、叶醇和Z,Z-3-己烯酸-3-己烯酯相对含量表现为三个香气成分相对含量较低，均稳定在0.03%～2.31%，而且从摇青3开始均未检测出；不同加工工序顺-α,α-5-三甲基-5-乙烯基四氢化呋喃-2-甲醇相对含量在晒青过程中下降了，从晒青到凉青1有所上升，之后从摇青2到揉捻逐渐下降，此后从包揉1到毛茶逐渐上升；不同加工工序α-法呢烯相对含量差异明显，从茶青到凉青2逐渐上升，之后开始下降杀青过程快速上升，此后呈现出整体下降趋势；不同加工工序β-石竹烯相对含量表现为晒青过程下降了43.36%，从晒青到凉青1逐渐上升，凉青1到凉青3开始逐渐下降，之后从摇青3到毛茶相对含量差异不显著，整个加工过程中相对含量较低，稳定在0.14%～1.27%；不同加工工序反-橙花叔醇相对含量从茶青到摇青1逐渐上升，杀青过程显著上升了69.24%（P＜0.05），之后包揉1到毛茶完成工序逐渐下降；而不同加工工序吲哚相对含量从茶青到摇青2逐渐上升，之后凉青2快速下降了75.60%，摇青3到杀青后相对含量呈现上升，揉捻到毛茶工序过程呈现下降趋势。

表2 铁观音加工过程中关键香气成分的变化情况Table 2 Changes of key aroma components during the processing of Tieguanyin

在14道铁观音茶叶加工工序中，铁观音的关键香气成分α-法呢烯、反-橙花叔醇、吲哚总体呈现出上升趋势，相对含量显著增加；芳樟醇、水杨酸甲酯、香叶醇、2-甲基丁酸-3-己烯醇酯、（Z）-己酸-3-己烯酯、甲基-5-乙烯基四氢化呋喃-2-甲醇、β-石竹烯在加工过程中相对含量呈现整体下降趋势；（E）-3-己烯-1-醇乙酸酯、2-已烯醛、叶醇、Z,Z-3-己烯酸-3-己烯酯在加工过程中相对含量逐渐下降，在摇青、凉青工序之后香气成分未检出。因此，本研究中的铁观音加工工艺能明显增加关键香气成分的相对含量，提升铁观音的香气品质。

2.3 铁观音加工过程中茶多酚含量变化情况

由图1可知，在14道铁观音茶叶加工工序中茶多酚含量总体呈现为下降趋势，其中摇青3和杀青过程茶多酚含量下降较快。晒青过程中茶多酚含量相对于茶青下降了42.89%，做青过程中从摇青1到凉青3茶多酚含量变化幅度波动相对较大，特别是摇青3相对于晾青2变化幅度最大，下降了47.38%，杀青工序茶多酚含量下降了40.66%，从揉捻到毛茶茶多酚含量基本变化不大，整个过程茶多酚下降了68.52%，综上所述，铁观音加工过程中茶多酚含量呈现下降趋势，其中摇青、凉青及杀青工序是铁观音茶多酚的关键加工工序节点。

2.4 铁观音加工过程中咖啡碱含量变化情况

由图2可知，在14道铁观音茶叶加工工序中咖啡碱含量总体呈现下降趋势，其中晒青、摇青、凉青、杀青、揉捻5个工序中变化相对较大，而整个包揉过程中咖啡碱基本上没有变化。做青过程中咖啡碱含量变化幅度波动相对较大，特别是摇青1相对于晒青变化幅度最大，揉捻过程咖啡碱含量快速下降了50.27%，包揉过程咖啡碱含量变化相对较小。整个过程咖啡碱下降了47.74%，其中凉青1相对于摇青1下降了20.95 %，杀青过程下降了5.82%，显而易见，整个加工过程咖啡碱总量减少，其中摇青、凉青和杀青工序是铁观音咖啡碱变化的关键加工工序节点。

图 1 不同加工工序铁观音茶多酚变化情况Fig.1 Changes of Tieguanyin tea polyphenols in different processing procedures

图 2 不同加工工序铁观音咖啡碱变化情况Fig.2 Changes of Tieguanyin caffeine in different processing procedures

2.5 铁观音加工过程中氨基酸含量变化情况

由图3可知，在14道铁观音茶叶加工工序中氨基酸总体呈现为上升趋势，从茶青到杀青，氨基酸反复波动，晒青工序略有上升，摇青1到凉青3变化较小基本稳定在1.74%～2.01%，杀青过程快速上升而揉捻过程又下降，从包揉1到毛茶氨基酸含量逐渐上升了28.4%，其中晒青、摇青1、杀青、揉捻4个工序中变化相对较大。整个加工过程氨基酸上升了59.67%，其中晒青工序相对于茶青工序上升15.76%，杀青过程上升了29.5%，概而言之，整个加工过程氨基酸总量呈上升趋势，其中晒青、摇青和杀青工序是铁观音氨基酸变化的关键加工工序节点。

图 3 不同加工工序铁观音氨基酸变化情况Fig.3 Changes of Tieguanyin amino acids in different processing procedures

2.6 铁观音加工过程中黄酮类含量变化情况

由图4可知，在14道铁观音茶叶加工工序中，黄酮类总体呈现为上升趋势，其中在晒青工序之后黄酮类含量略有下降，在做青过程中从摇青1到凉青3黄酮类含量稳定在2.27～2.70 mg/g，从凉青1到凉青3含量基本没有变化。经过杀青工序之后，茶叶中黄酮类含量显著增加到6.93 mg/g（P＜0.05），揉捻工序黄酮类含量略有降低，从包揉1到毛茶黄酮类含量逐渐上升，最后毛茶黄酮类含量达到8.9 mg/g。整个加工过程茶叶中黄酮类含量上升了1.62倍，其中杀青工序相对于晾青3上升了1.76倍，包揉1到包揉3上升了20.66%，由此可见，整个加工过程黄酮类总量呈上升趋势，其中杀青和包揉工序是铁观音黄酮类变化的关键加工节点。

图 4 不同加工工序铁观音黄酮类变化情况Fig.4 Changes of Tieguanyin flavonoids in different processing procedures

2.7 铁观音加工过程中茶色素含量变化情况

由图5可知，在14道铁观音茶叶加工工序中，3个茶色素均表现出不同的趋势，叶绿类总体呈现为下降趋势，晒青过程下降了46%，随后摇青1相对于晒青上升了67.95%，之后从凉青1到摇青3逐渐下降，杀青工序相对晾青3又上升了68.45%，之后加工过程中呈现周期性变化，而茶褐素在晒青、凉青3和杀青工序变化幅度较大，从揉捻到毛茶含量基本没有太大变化，茶黄素基本稳定在较低水平含量在0.078%～0.38%，叶绿素含量相对其他两个茶色素相对较高，茶黄素含量最少。综上所述，整个加工过程叶绿素总量呈现下降趋势，茶褐素波动较大，茶黄素变化较小，其中凉青和杀青工序是铁观音茶色素变化的关键加工工序节点。

图 5 不同加工工序铁观音茶色素变化情况Fig.5 Changes of Tieguanyin tea pigment in different processing procedures

3 讨论

茶叶中关键香气化合物对茶叶香气品质起到重要作用，测定结果表明：芳樟醇、（E）-3-己烯-1-醇乙酸酯、水杨酸甲酯、香叶醇、2-甲基丁酸-3-己烯醇酯、（Z）-己酸-3-己烯酯、2-已烯醛、叶醇、Z,Z-3-己烯酸-3-己烯酯、顺-α,α-5-三甲基-5-乙烯基四氢化呋喃-2-甲醇、α-法呢烯、β-石竹烯、反-橙花叔醇、吲哚是铁观音中关键香气化合物，对铁观音不同加工工序的香气品质形成发挥关键作用，这与张珍珍等[18]研究结果相仿。醇类化合物和酯类化合物是铁观音主要香气成分，醇类化合物的种类较少而其含量较高，这与嵇伟彬等[19]的研究结论相似。其中芳樟醇等醇类化合物呈现铃兰花、玫瑰花等花果香，在不同加工工序存在一定差异，做青过程中不同加工工序呈现出下降趋势，表现为随着铁观音加工发酵程度加大，芳樟醇等醇类化合物含量呈下降趋势,且做青过程中呈现周期性变化,摇青工序会使其含量下降[32]，同时,在一定条件下芳樟醇还会发生异构化，转化为香叶醇[33]，导致不同加工工序芳樟醇等醇类含量存在显著差异[34]，这与郭丽等[35]研究结果基本一致；水杨酸甲酯等酯类化合物呈现出冬青油香、薄荷油、水果香等香气，做青过程含量较杀青之后工序明显较高，说明随着铁观音加工中发酵程度加大，其含量呈现上升的趋势，这可能是引发类似水果香型的气味逐渐明显的原因，且经过烘焙工序香气成分含量显著上升，明显受到烘焙工序影响[36-37]，表明烘焙在铁观音香气品质形成中起着关键的作用，这与郭丽等[35]研究结果相似；α-法呢烯、β-石竹烯等烯类化合物呈现出花香、丁香叶油香，α-法呢烯在杀青工序之后快速上升这可能与温度有关，而β-石竹烯加工过程中稳定在较低含量；2-已烯醛等醛类化合物呈现出青香、果香、苹果香，其能与其他成分相互协同作用从而对铁观音整体香气产生影响[38]，晒青、做青工序有利于2-已烯醛等醛类化合物形成，其与铁观音发酵程度密切相关，之后加工工序均为检测出该物质，这可能其含量较低易于挥发导致的。此外铁观音还存在其他挥发性成分，还需对未知成分进行更深入研究，未来还将进一步研究香气及营养功能成分在食品、医药领域的应用。

茶多酚是茶叶中主要的营养成分，是影响茶汤浓醇度的主要因素[39]。茶多酚具有抗氧化、抗肿瘤、延缓衰老及预防和治疗糖尿病、高血压、高血脂、动脉硬化等多种生理功能[5-7]。本试验茶多酚含量在不同加工工序中总体呈下降趋势，其中杀青工序之后含量下降较快。这与黄欢等[22]研究结果类似。分析其原因可能是茶多酚在茶多酚酶和过氧化酶作用下进行氧化及茶多酚与咖啡碱之间相互作用产生缔合物造成了整个加工过程茶多酚含量减少，其中杀青工序是铁观音茶多酚变化的关键加工节点，杀青过程中高温引起酶失活降低了酶促氧化使其含量下降较快。

咖啡碱是茶叶中重要的风味物质，对茶汤鲜爽度具有重要影响，咖啡碱能祛除疲惫、提神醒脑、兴奋中枢神经、加速人体血液循环、促进人体新陈代谢[40-41]。本试验咖啡碱含量的总体趋势为下降趋势，做青过程中咖啡碱含量变化幅度波动相对较大，从包揉到毛茶变化相对较小。摇青、凉青和杀青工序是铁观音咖啡碱变化的关键加工节点，这与黄欢等[22]研究相似。这种变化可能是由于咖啡碱与茶多酚之间发生缔合作用[42]导致咖啡碱含量不断减小而且咖啡碱高温易升华[43]，因而在摇青、凉青和杀青工序中咖啡碱含量变化明显。

氨基酸能减轻茶汤中的苦涩味，进而增加茶汤的甜味，其含量的高低对茶汤的滋味、色泽等都有影响[39]，其中茶氨酸具有抗疲劳、抗肿瘤、减体脂、降血压、保护脑神经细胞作用[41]，整个加工过程氨基酸含量呈上升趋势，其中晒青、摇青和杀青工序是铁观音氨基酸变化的关键加工节点，这与黄欢等[22]研究相似。分析其可能原因是有蛋白质在蛋白酶作用下水解形成游离氨基酸而杀青过程中热作用会加速蛋白质的水解作用，增加氨基酸含量[44]。

黄酮类是纯天然的抗氧化剂，具有多种生物活性，可以抵御紫外线，还可以清除体内的自由基，美白肌肤延缓衰老[45]。铁观音整个加工过程黄酮类含量呈上升趋势，其中杀青和包揉工序是铁观音黄酮类变化的关键加工节点。这与陈琳琳等[46]研究结果类似。可能原因是铁观音萎凋程度较轻，而杀青过程中温度上升促进内含物质发生更多物理、化学变化[47]。

茶色素具有抗癌、抗肿瘤、抗氧化、消除炎症及降低血脂等功效[12]。叶绿素是影响铁观音茶干叶色泽和茶汤色泽的主要物质，而茶黄素、茶褐素对茶汤滋味具有重要影响。整个加工过程叶绿素含量呈下降趋势，茶褐素波动较大，茶黄素变化较小，其中凉青和杀青工序是铁观音茶色素变化的关键加工节点。这与陈文君等[48]研究相仿。可能原因是叶绿素在叶绿素酶作用下降解，而发酵过程中一部分茶多酚可以转化为茶色素[49]。

4 结论

安溪铁观音含有丰富的品质成分，传统加工工艺主要包括14道加工工序，研究发现在铁观音加工过程中，铁观音的关键香气成分α-法呢烯、反-橙花叔醇、吲哚总体呈现出上升趋势，相对含量明显增加。说明本研究中的铁观音加工工艺能明显增加关键香气成分的相对含量，提升铁观音的香气品质。除了香气成分以外，茶多酚、咖啡碱、氨基酸、黄酮类、茶色素等重要品质成分在不同加工工序中呈现不同变化规律，茶多酚、咖啡碱含量总体呈现下降趋势，而氨基酸、黄酮类含量总体呈现上升趋势，茶色素含量无明显变化规律。研究表明，杀青对品质成分变化影响最大，是关键加工工序节点。此外，晒青、摇青及凉青也是影响铁观音香气及品质成分的重要工序，本研究结果为安溪铁观音品质提升及工艺优化提供理论依据。