负氧化还原电位电解水冷泡绿茶茶汤理化特性、抗氧化性能及香气成分研究

夏 瑞，钟 耕，李 恬，杨万富，高羽歌

（西南大学食品科学学院，重庆 400000）

茶是世界上非常受欢迎的饮料[1]。传统冲泡方式用沸水热泡，但高温使茶汤香气及滋味易出现浓而熟闷、欠鲜爽特征[2−3]。近年来，尤其在夏天，冷水（4 或25 ℃）泡茶成为新泡茶方式逐渐流行。研究发现冷泡茶比热泡茶有更好的抗氧化作用，咖啡因含量较低，茶汤具有较少苦味和较高香气[3]。绿茶是我国消费量和生产量最大的茶类，属于未发酵茶叶类型。研究表明未发酵类型茶叶更适合冷泡[4]，且其多酚含量较高，有良好的抗氧化、防癌抗癌、缓解高血压、降胆固醇和血糖等功能[5−9]。

冷泡茶用水一般选用饮用天然水或纯净水[10]，茶叶可以是未改进加工的传统茶叶或是经物理[11−12]、化学[13]和生物方法[14−15]改进的茶叶，以提高冷泡茶茶汤生化成分溶出率，但其加工过程繁琐，成本和技术要求较高。负氧化还原电位电解水（简称电解水，下同）是饮用水或电解质水经电解在阴极生成的碱性水，有一定抗氧化能力[16−17]，可清除自由基。此外，电解水还有较高渗透性和溶解性，对环境无污染等[18−19]特点。顾宗义[20]提出电解水热浸泡绿茶得到有良好抗氧化保健功能茶饮料。张丽等[21]采用电解水萃取黑茶饮料，提高了茶多酚溶出率以及茶汤香气。

目前，电解水用作泡茶用水研究集中于热泡茶[20−21]，用于冷泡茶用水对茶汤活性成分溶出、抗氧化特性、感官品质以及香气成分影响的研究还未见报道。因此，本实验以电解水冷泡绿茶为研究对象，对比分析电解水与瓶装饮用天然水对冷泡绿茶茶汤理化特性、抗氧化性能、感官品质以及香气成分等指标的影响，并以常规热泡茶作对比，分析探讨电解水用作冷泡绿茶加工用水技术的可行性，旨在为冷泡绿茶加工用水的选择提供一定的理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

绿茶（干茶）、高山云雾绿茶 重庆西农茶叶有限公司生产；负氧化还原电位电解水 采用饮用水经电解水机调节电解时间（1、4 min）电解后制得不同负氧化还原电位值电解水；瓶装饮用天然水 华润怡宝饮料（中国）有限公司；2,2-联氮-二（3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸）二铵盐（ABTS）、甲醇（色谱纯）、乙腈（色谱纯）、抗坏血酸标准品、没食子酸标准品（GAE）、茶氨酸标准品、咖啡因标准品、儿茶素（+C）、表儿茶素（EC）、表没食子儿茶素（EGC）、表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）、表儿茶素没食子酸酯（ECG）、癸酸乙酯（均为色谱纯） 标准品纯度均≥98%，北京索莱宝科技有限公司；其他试剂均为国产分析纯。

759 紫外可见分光光度计 上海菁华科技仪器有限公司；CM-5 色差仪 日本柯尼卡美能达有限公司；GCMS-QP 2010 Plus 气相色谱-质谱联用仪 日本岛津公司；Agilent 1200 高效液相色谱仪 中国安捷伦科技有限公司；XK-A7 电解水机 广东新康科技；pHS-3C 型pH/ORP计上海仪电科学仪器股份有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 负氧化还原电位电解水制备 使用电解水生成器调节电解时间（1、4 min）电解饮用水生产电解水样1（pH=8.55±0.02，ORP=−266±4.00 mV）、电解水样2（pH=9.01±0.03，ORP=−372±1.00 mV）。

1.2.2 供试样品制备 冷泡茶的制作参照VENDITTI等[3]方法，略作修改如下：称取3.0 g 绿茶茶叶，加入室温水（25±0.5 ℃）200 mL 冷泡2 h 得到冷泡绿茶；常规热泡茶则是以投茶量3.0 g、加沸水（瓶装饮用天然水）200 mL、冲泡5 min 制作，作为对照。

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1.2.3 茶汤理化指标测定 参照龚芝萍等[22]方法测定绿茶茶汤理化指标。检测指标包括：pH、氧化还原电位值（oxidation-reduction potential，ORP）、溶解性总固体（total dissolved solids，TDS）。

1.2.4 茶汤浸提率测定 参照陈挺强等[23]方法，略作修改，对茶汤浸提率进行测定。计算公式如下：

式中：ω，茶叶干物质含量（质量分数），%。测定方法参照GB/T 8303-2013《茶 磨碎试样的制备及其干物质含量测定》；茶渣重量为茶汤制备后所得茶叶滤渣于105 ℃烘干至恒重得到。

1.2.5 茶汤色度测定 采用色差仪分析茶汤色度值，应用L*、a*、b*值表示样品亮度、红-绿度和黄-蓝度。

1.2.6 茶汤功能成分测定 参考GB/T 8313-2018《茶叶中茶多酚和儿茶素类含量的检测方法》，采用福林酚比色法测定茶多酚含量；参考GB/T 8314-2013《茶：游离氨基酸总量测定》测定游离氨基酸总量；参照TANG 等[24]方法，采用高效液相色谱法测定咖啡碱含量。色谱条件：色谱柱为Agilent Eclipse Plus C18柱（250 mm×4.6 mm，5 μm）；流动相为1%乙酸（流动相A）、甲醇（流动相B）；梯度洗脱：0～5 min，6%甲醇；5～10 min，6%～20%甲醇；10～15 min，20%～40%甲醇；15～20 min，40%～6%甲醇；20～25 min，6%甲醇；流速：1.0 mL/min；柱温：26 ℃；检测波长：280 nm；进样量：5.0 μL；参考GB/T 8313-2018《茶叶中茶多酚和儿茶素类含量的检测方法》，采用高效液相色谱法测定儿茶素类组分含量。

1.2.7 茶汤体外抗氧化能力测定

1.2.7.1 ABTS 自由基清除率测定 参照AYSELI等[25]方法，略作调整。4 mL 样品液（使用超纯水稀释茶汤100 倍所得）与4 mL 0.1 mmol/L ABTS+溶液混合，剧烈震摇，避光放置10 min，734 nm 测定其吸光度，用超纯水溶液代替样品作对照。ABTS 自由基清除率计算公式如下：

以VC为标品，得到VC浓度与ABTS 自由基清除率标准曲线方程为y=0.0679x+0.0171，R2=0.9995。样品ABTS 自由基清除率结果以VC当量表示（μg VC/mL）。

1.2.7.2 羟自由基清除率 参照YANG 等[26]方法并稍作修改。取2 mL 样品液（使用超纯水稀释茶汤20倍所得），依次加入9 mmol/L FeSO4溶液、9 mmol/L水杨酸乙醇溶液和8.8 mmol/L H2O2溶液各2.0 mL，置于37 ℃水浴30 min。用同体积超纯水代替样品液作空白组，用同体积超纯水代H2O2溶液作对照，510 nm 波长处测量吸光度值。

式中：S，羟自由基清除率，%；A0，不加样品液测得吸光度值；A1，样品液测得吸光度值；A2，不加H2O2测得的吸光度值。

以VC为标品，得到VC浓度与羟自由基清除率标准曲线方程为y=0.0988x+0.3192，R2=0.9992，样品羟自由基清除率结果以VC当量表示（μg VC/mL）。

1.2.7.3 超氧阴离子自由基清除率 参照SAAD 等[27]方法，稍作调整。取pH8.2 Tris-HCl 缓冲溶液5 mL于具塞试管中，25±0.5 ℃水浴预热20 min，依次加入样品液2 mL（使用超纯水稀释茶汤20 倍所得）和0.5 mL 浓度5.00×10−3mol/L 邻苯三酚溶液（1.0×10−2mol/L HCl 溶液配制），摇匀，25 ℃水浴反应4 min，波长320 nm 测定其吸光度A1；超纯水2 mL代替上述样品溶液，测定吸光度A0；以1.0×10−2mol/L HCl 参比溶液0.5 mL 代替邻苯三酚溶液，测定吸光度A2。按下式计算自由基清除率。

式中：S，超氧阴离子自由基清除率，%；A0，空白组吸光度值；A1，实验组吸光度值；A2，对照组吸光度值。

以VC为标品，得到VC浓度与超氧阴离子自由基清除率标准曲线方程为y=0.0071x+0.0288，R2=0.9992，样品超氧阴离子清除率结果以VC当量表示（μg VC/mL）。

1.2.8 茶汤感官品质评价 由10 位年龄组成在20～27 岁，男女比2:3 受过专业培训的感官品评员组成评价小组，对以上冲泡绿茶进行感官品质评价。茶叶感官审评表参考江春柳[28]的方法，适当修改。评定项目包括汤色、香气和滋味，满分100 分。各茶汤感官质量评分标准，如下表1。

表1 绿茶茶汤感官评价表Table 1 Sensory evaluation of green tea soup

1.2.9 茶汤香气成分测定与分析方法

1.2.9.1 香气成分测定 参照曾敏等[29]的方法，略作修改。取3 mL 茶汤于10 mL 萃取瓶，加入20 μg/mL癸酸乙酯10 μL 作为内标，加盖密封。用DVB/CAR/PDMS 30～50 μm 萃取头，60 ℃水浴锅固相微萃取吸附50 min，于气相色谱-质谱联用仪（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）解吸5 min 分析。升温程序：40 ℃保持2 min，程序升温5 ℃/min至70 ℃，4 ℃/min 至130℃，2.5 ℃/min 至180 ℃后以5 ℃/min 至230 ℃保持5 min；载气（He）流速1.0 mL/min；压力49.7 kPa；进样方式：不分流进样。质谱条件：EI 电子能量70 eV；离子源温度230 ℃；接口温度230 ℃；全扫描模式，扫描范围35～400 amu。各组分通过质谱经计算机谱库（NIST 05、NIST 05s）进行检索、参考文献辅助定性[30−33]；物质相对含量计算公式如下[32−33]：

香气物质相对含量（μg/mL）=（待测成分峰面积×内标物质量浓度）/内标物峰面积

1.3 数据处理

采用Excel 2016 统计分析，结果以“平均值±标准差”表示（n=3）；SPSS 26.0 软件统计学分析，通过Duncan 法分析多组间显著性，采用Origin 2019 作图。

2 结果与分析

2.1 绿茶茶汤理化指标

由表2 可知，电解水冷泡绿茶茶汤pH 显著高于瓶装饮用天然水冷泡绿茶以及常规热泡茶（P<0.05），TDS 值及茶汤浸提率显著（P<0.05）高于瓶装饮用天然水冷泡绿茶，与常规热泡茶无显著性差异（P>0.05）。TDS 值是指可溶性固形物含量，可反映茶汤物质溶出程度[28]，其变化与茶汤浸提率一致。电解水冷泡绿茶茶汤pH 呈弱碱性，ORP 值为负值，SHIRAHATA等[34]研究发现，高负ORP 值物质表现出较强抗氧化作用，饮用ORP 值为负值饮料对人体健康有益。电解水样2 以及瓶装饮用天然水冷泡绿茶茶汤浸提率分别为25.77%、24.50%，高于王秀萍等[35]用天然水冷泡古丈毛尖绿茶的浸提率（23.18%），可能是因为所选茶叶品种不同及电解后电解水具有负ORP 值和较小分子簇等特性[36−37]，其渗透性较强，具有较好溶解性[18-19]。对比电解水样1（pH=8.55±0.02，ORP=−266±4.00 mV）、电解水样2（pH=9.01±0.03，ORP=−372±1.00 mV）发现，电解水在冷泡过程中其pH 逐渐下降还原为普通水，负ORP 值也逐渐降低。这可能是因为其在冷泡过程中见光以及未完全密封等原因，其负ORP 值不断被氧化而降低，而负ORP 值变化导致pH 随着下降[17]，这与刘洋[17]对电解水稳定性研究结果一致。

表2 绿茶茶汤理化指标Table 2 Physical and chemical indexes of green tea soup

2.2 绿茶茶汤色度值

由表3 可知，电解水冷泡绿茶茶汤亮度（L*）显著高于常规热泡茶（P<0.05），电解水样2 冷泡绿茶茶汤亮度高于瓶装饮用天然水冷泡绿茶。电解水冷泡绿茶茶汤红绿度（-a*）和黄蓝度（b*）显著高于瓶装饮用天然水冷泡以及常规热泡绿茶（P<0.05）且电解水样2 最高。这可能是因为茶汤中化合物浸出量不同，电解水相较于瓶装天然饮用水更好的溶出茶叶中化合物，研究表明热泡茶其茶汤叶绿素含量较少显示出红色，冷泡茶茶汤颜色呈绿色[2,4]，这与CARLONI 等[4]对不同温度冲泡绿茶和白茶的影响研究一致。综上，电解水冷泡茶与瓶装饮用天然水冷泡以及常规热泡相比其汤色黄绿明亮，茶汤品质高。研究认为绿茶汤亮度透明度高，颜色呈现黄绿色更受人们喜爱[10]。

表3 绿茶茶汤色度值Table 3 Color value of green tea

2.3 绿茶茶汤活性成分含量

2.3.1 茶多酚 茶多酚是决定茶叶滋味的重要组分，是构成绿茶茶汤浓度、收敛性、爽口味等不可缺少的基本成分[28]。由下图1 可知，不同水样冷泡绿茶茶多酚含量依次为电解水样2（1.350±0.002 g GAE/L）>电解水样1（1.190±0.006 g GAE/L）>瓶装饮用天然水（1.160±0.004 g GAE/L），电解水样2 高于电解水样1 可能是因为电解水样2 负ORP 值大于电解水样1，负ORP 值大小与茶多酚溶出具有相关性，研究发现负ORP 值与小分子簇结构具有一定相关性因此其渗透能力较强[18,36]。其中，电解水样2 冷泡绿茶显著高于常规热泡茶（1.190±0.008 g GAE/L，P<0.05）。瓶装饮用天然水冷泡茶茶多酚含量显著低于常规热泡（P<0.05），这与VENDITTI 等[3]对各种茶叶冷泡与热泡相关研究结果一致。电解水冷泡绿茶显著提高了瓶装饮用天然水冷泡绿茶茶多酚溶出量，这可能与电解水渗透及溶解力强相关[38]。

图1 绿茶茶汤茶多酚含量Fig.1 Content of tea polyphenols in green tea soup

2.3.2 游离氨基酸总量 氨基酸是构成茶汤鲜味的重要物质，对滋味和香气有重要贡献，氨基酸含量高则滋味醇厚鲜爽、香气宜人[29]。图2 可知，电解水冷泡绿茶茶汤游离氨基酸总量显著（P<0.05）高于瓶装饮用天然水冷泡绿茶以及常规热泡绿茶，电解水样1、电解水2 之间无显著性差异（P>0.05），这说明电解水负ORP 值大小与茶汤游离氨基酸浸出量无明显相关性，这可能是因为氨基酸在冷水中溶出较为缓慢，长时间浸泡电解水负ORP 值已被氧化降低[11,17]。但总的来说，电解水冷泡绿茶游离氨基酸溶出总量高于瓶装饮用天然水冷泡绿茶，这可能因为电解水渗透及溶解力强[38]，能充分溶解茶叶氨基酸。绿茶冷泡游离氨基酸总量显著高于常规热泡（P<0.05），这可能是因为冷泡浸泡时间较长更有利于氨基酸浸出[11]，这与LIN 等[2]对不同冲泡方式对绿茶品质影响的研究结果一致。研究认为氨基酸含量高的冷泡茶滋味更加鲜爽，口感甘洌，不会出现热泡带来的水闷气，更易受消费者喜爱[10,35]。

图2 绿茶茶汤游离氨基酸总量Fig.2 Total free amino acids in green tea soup

2.3.3 咖啡碱 由图3 可知，冷泡绿茶茶汤咖啡碱含量均显著低于热泡茶茶汤（P<0.05），研究认为生物碱类物质易溶于热水，热水浸泡能在短时间内快速溶出咖啡碱，而在冷水中不易溶出[10−11]，这与LIN 等[2]对不同冲泡方式对绿茶品质影响研究结果一致。电解水咖啡因含量显著高于瓶装饮用天然水（P<0.05），但电解水样1、电解质水2 之间无显著性差异（P>0.05），这可能是因为长时间浸泡电解水负ORP 值已被氧化降低还原为普通水[17]。咖啡碱虽然是一种苦味物质，但它与茶多酚、氨基酸等形成的络合物却是一种鲜爽物质，对绿茶滋味形成有一定的积极作用[39]。咖啡碱虽然对茶汤滋味有一定有利影响，但含量过高会导致苦味显露，且对一些老年人或神经衰弱患者会造成失眠等不利影响。因此，冷泡降低茶汤咖啡碱含量，不仅能解决热泡茶带来的苦味感，还在茶的生理功能方面产生了有利变化[29]。

图3 绿茶茶汤咖啡碱含量Fig.3 Caffeine content in green tea soup

2.3.4 儿茶素类 儿茶素类物质是茶多酚主要成分，占茶多酚总量60%～80%[1]，主要包括表没食子儿茶素（EGC）、儿茶素（C）、表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）以及表儿茶素没食子酸酯（ECG）、表儿茶素（EC）[1]。由表4 可知，电解水冷泡绿茶茶汤儿茶素类含量大于瓶装饮用天然水冷泡绿茶，这与图1 电解水冷泡绿茶茶多酚含量高于瓶装饮用天然水冷泡研究结果一致。与常规热泡茶对比，冷泡茶ECG 含量显著高于热泡茶（P<0.05），C 以及EC 含量无显著性差异（P>0.05），冷泡茶EGC、EGCG 含量显著低于热泡茶（P<0.05），可能是因为热水冲泡更易溶出EGC 与EGCG，这可能归因于其较大分子以及其苯环上含有三个羟基的没食子部分特殊结构[2,40]。这与WANG 等[40]研究热泡对绿茶儿茶素类含量影响的结果一致。

表4 绿茶茶汤儿茶素类含量Table 4 Content of catechins in green tea soup

2.4 绿茶茶汤体外抗氧化活性

由表5 可知，电解水冷泡绿茶体外抗氧化活性大于瓶装饮用天然水冷泡绿茶以及常规热泡茶，其中电解水样2 冷泡绿茶体外抗氧化活性最高。这可能一方面是因为电解水冷泡茶相比于瓶装天然水冷泡以及热泡浸提出较多茶多酚，研究报道绿茶中酚类物质有良好抗氧化活性，能中和自由基降低氧化反应速率[2,41]。另一方面对比表2 可知，电解水冷泡绿茶其茶汤ORP 值为负值，SHIRAHATA 等[34]发现，负ORP值越大，其给电子能力越强，与过氧自由基结合能力越强，对自由基清除能力越强。

表5 绿茶茶汤体外抗氧化活性Table 5 Antioxidant activity of green tea soup in vitro

2.5 绿茶茶汤感官品质评分

如图4 所示，电解水冷泡绿茶茶汤滋味与瓶装饮用天然水冷泡感官评价无显著性差异（P>0.05），但总的来说均显著高于热泡茶（P<0.05）。热泡茶茶汤滋味较苦涩，其原因可能是咖啡碱等苦味物质含量较高。电解水样2 冷泡绿茶茶汤综合评分最高，为81.50 分，香味最好，汤色黄绿明亮，口感醇和苦涩味适中。瓶装饮用天然水冷泡绿茶茶汤综合评分为77.20 分，口感醇和苦涩味适中但香气以及汤色较差。常规热泡绿茶综合评分（70.60 分）最低，香气具有闷熟味，汤色不明亮且滋味较为苦涩。

图4 绿茶茶汤感官评价得分Fig.4 Sensory evaluation score of green tea soup

2.6 绿茶茶汤香气成分

本实验前述研究结果表明电解水样2 冷泡绿茶在理化特性、活性成分溶出、抗氧化性能以及感官评分中最好，因此选取电解水样2 冷泡绿茶测定其茶汤香气成分并以瓶装天然饮用水以及常规热泡作对比。由表6 可知，电解水冷泡绿茶茶汤共鉴定出44 种香气成分；瓶装饮用天然水共鉴定出41 种香气成分；而常规热泡共鉴定出36 种香气成分。热泡法制得绿茶茶汤特征香气成分损失较为严重，这与曾敏等[29]的研究结果一致。3 种方法制得绿茶茶汤主要香气成分可以分为醛类、醇类、烯类、酮类、酯类及有机酸类6 大类，其共性香气成分有18 种，其中，绿茶特征香气成分如芳樟醇、（+）-柠檬烯、β-环柠檬醛、十二醛、α-荜澄茄油烯、水杨酸辛酯等均在3 种茶汤中呈现[33]，具有美好的花果清香味[29−31]，且这些物质在电解水冷泡绿茶茶汤香气物质中相对含量比瓶装天然水冷泡以及常规热泡高0.061、0.079 μg/mL。

表6 绿茶茶汤主要香气成分及相对含量Table 6 Main aroma components and relative content of green tea soup

续表 6

电解水冷泡绿茶表现出纯正花果香气，其独有特征香气成分为2-乙基己醇、苯乙酮、3,7-二甲基-1,5,7-三烯-3-醇、苯乙醇、植酮以及十一醛，其中，2-乙基己醇具有柑橘清香味、苯乙酮具有果香、植酮具有花香、苯乙醇以及十一醛具有玫瑰花香[30,32]；常规热泡茶呈现较浓烈的苦涩闷熟味以及不愉快油脂味，其含量较多的特征香气成分有庚醛、苯甲醛、正辛醛、2-十一烯醛、二苯甲酮、苯乙酸乙酯，其中庚醛具有强烈不愉快脂肪气味、正辛醛略带辛辣味、2-十一烯醛具有烘烤糊味[29,33]。此外，热泡茶还测出较多高级脂肪酸（硬脂酸、亚油酸），该类物质会使得香气挥发度较低[29]；瓶装饮用天然水冷泡绿茶表现出花果香，其特征香气成分有果香味的苯乙醛、花果香味的2,6,6-三甲基-2-环己烯-1-甲醛、柑橘香味的2-十三烯醛、紫罗兰香味的β-紫罗酮、果香味的月桂酸乙酯[30−31]。总的来说，冷泡茶相比与热泡茶表现出香气醇正略带花香特征，其中，电解水冷泡绿茶，在绿茶茶汤特征香气成分如具有花果清香的芳樟醇、具有杏仁气味的苯甲醛、具有果香味的香叶基丙酮、具有柑橘清香味的二氢猕猴桃内酯、具有果香味的桃醛[30−31,33]中其相对含量高出瓶装饮用天然水冷泡绿茶0.041、0.007、0.076、0.047、0.062 μg/mL。综上，电解水冷泡绿茶在感官品质上能表现出香气纯正而带有较为浓烈花果香特征。

3 结论

本文主要研究电解水冷泡绿茶对茶汤理化特性、抗氧化性能、感官品质以及香气成分的影响，并以瓶装饮用天然水冷泡绿茶以及常规热泡茶作对比。得出电解水冷泡绿茶茶汤活性成分溶出量均高于瓶装饮用天然水冷泡绿茶；与常规热泡茶相比，电解水样2 茶多酚含量显著高于常规热泡（P<0.05），电解水冷泡游离氨基酸总量以及除EGCG 和EGC外的儿茶素类含量均高于常规热泡，咖啡碱含量显著低于常规热泡（P<0.05），虽然热泡茶咖啡碱含量最高，但过高含量咖啡碱对人体健康不利；电解水冷泡绿茶抗氧化活性以及感官品质均优于瓶装饮用天然水冷泡绿茶和常规热泡茶，茶汤香气成分最为丰富。其中电解水样2 冷泡绿茶茶汤汤色黄绿明亮、活性成分含量高、抗氧化活性强、感官品质好、香气清香持久，适合用作冷泡茶加工用水。本研究结果可为人们选择冷泡茶用水，对指导人们科学饮茶、茶饮制造、茶叶风味研究等方面都有较好参考价值。