福鼎白茶不同干燥方式的代谢组研究

张玉琴

（福鼎汉仪楼茶业有限公司，福建 福鼎 355200）

1 引言

1.1 白茶概述

白茶，由于制法特殊，所制成品茶外表满披白毫，颜色显白，故称白茶。白茶的加工在六大茶类中是最简单的，一般分为萎凋→干燥。它是一类不进行杀青或揉捻，仅经晾干或文火晾干后生产的优质茶叶，具有形态芽毫整齐，满身披毫，毫香清鲜，汤色黄红清亮，风味明净回甘的质量特征。

干燥对白茶的品质稳定及提升起到不可替代的作用，越简洁的加工工艺越考验制茶过程中的技术。干燥方式一般有晒干、烘干、蒸干、阴干、阴晒结合、高温烘焙、微波干燥等。茶叶萎凋后茶坯的含水量已经很低，叶温表面接近干燥气流温度，以导致茶叶表面形成一层干硬的外壳，茶叶中的水分难蒸发出来，会影响白茶的品质和后续的贮藏。白茶通过全程萎凋后再直接烘烤的工艺方法形成了其内特有的代谢物积累模式，并由此产生了其特有的品味和健康特性。

1.2 白茶中的主要内含成分

茶叶作为全球认可的纯天然健康饮料被更多的人所重视，以巨大的人力与物力致力于对茶的深入研究，在科研的过程中除逐步确认了茶叶的传统养生作用之外，还发掘出了茶的抗氧化、抗衰老、抗病毒、抗炎消菌等作用。茶树的内含化学物质十分丰富，到目前为止，在茶树中经分离、确认的已知物质约有七百余种。茶鲜叶中富含约75%～80%的水分，干物质浓度约为20%～25%，干燥物质中含有了成百上千种物质，主要可分为蛋白质，茶多酚，生物碱，氨基酸，碳水化合物，矿物质，烟酸，细胞色素，脂肪类和芳香化合物等。白茶除去了其他茶叶类所固有的特点以外，黄酮萃取率与内含元素量都最高，具有很强烈的抗氧化效果，白茶的主要工艺程序黄酮浓度为的十六点二倍，是其他茶类工艺的14.2～21.4倍。其次，白茶内含元素中的氨基酸浓度也很高，主要为茶氨酸，茶氨酸能增强免疫、抗肿瘤、防止过度焦虑，增加学习效果，并增强对人体神经系统的敏锐度，提高注意力等功用。近年来，更多研究关注于白茶的代谢物积累，与其所形成的加工机理。

1.3 代谢组学概述

代谢物组学的定义首先源于代谢物组，代谢物组通常是指某一生物学或细菌在一特殊生理学时间内全部的低分子量新陈代谢产品，而代谢物组学则是对某一生物学或细菌在一特殊生理学时间内的全部低分子量新陈代谢产品，并且开展定性与量化分析研究的一个新学科。这是以组群指标分析方法为基础，以高通量测定与信息处理技术为手段，以信息建模和系统集成为研究目标的系统生态学的一个分支。它产生于20世纪90年代末，被看作是"组学"体系的终点。这是除转录组学和蛋白质组学之外的三大最重要的生物学功能组，重点是通过结合分析技术和多元统计方法进行分析，对生物学样品中代谢功能素的综合分析方法。

虞昕磊等研究人员提出代谢组学是以整体系统的研究方式，对细胞组织中和由机体产生的低分子数目代谢物质进行定性或定量研究，以发现各种代谢网络间的相互关系。苏小琴等人证实组学技术在茶树生理生化，茶叶加工，种质资源特性等方面都得到了广泛应用，以质谱分析法和核磁共振为核心内容的代谢组学高新技术，具备高灵敏率，高精度高通量的技术特点，作为一个整体性的科技对策和科学研究方法，对中国茶树生长规律与发展特点研究茶树品种改良品种控制功能成分研究，及其产品在加工贮藏过程中的化学成分规律研究产生了巨大推动作用，其成果极大充实了茶学方面的理论知识，为生产优良茶树产品，培育茶树资源提供了大量科技数据，促进了中国茶学这门学科的蓬勃发展。

1.4 研究目的与意义

干燥方法对白茶的质量保持和提高都具有难以取代的重要意义，目前有研究成果指出，对不同的干燥方法所制作出的白茶质量和内含成份都有很明显的影响，邓仕彬教授等在制茶工序中对白茶质量的影响方面也做过深入研究，包括分析了萎凋方法对白茶质量的影响和风干工艺中生化成份改变及其对白茶质量的影响等，为在产品中提高白茶质量提出了参考，但并未有关于福鼎白茶的各种风干方法的非靶向代谢组学研究成果。因此本文中使用了代谢组学研究技术，探究不同干燥方式制成的福鼎白茶的代谢物组成结构，筛选差异代谢物，有利于系统比较不同干燥方式对福鼎白茶品质形成的影响，促进福鼎白茶加工工艺的改进，为福鼎白茶品质形成机理研究奠定科学基础。

2 不同干燥方式工艺

2.1 材料与试剂

茶叶原料：本实验材料采自福鼎省无量山茶园，等级为一芽二三叶的地方群种茶树鲜叶。检测设备：超高液相色谱（Ultra Performance Liquid Chromatography UPLC Shim-pack UFLC）（Shima-pack UFLC SHIMADZU CBM30A,）和串连质谱（Tandem mass spectrometry）（Applied Biosystems 4500 QTRAP）；研磨仪（MM 400，Retsch）；冷冻干燥机（Scientz-100F）。

2.2 茶叶加工

采用嫩度为一芽二三叶的地方群种茶树鲜叶为原料，通过相同的方式进行萎凋，然后分为四份按不同的干燥方式（烘干、晒干、阴干、阴晒结合）进行干燥，后将制好的白茶样品置于实验室以供下一步检测分析样品中代谢物组成结构实验操作需要。（如图1所示）。

炭焙工艺：炭焙工具包括：焙笼、焙蒂、铁锅、蔑箩、软箩、木炭、炭火、锅铲等。放置若干量的木炭于铁锅中，用干柴草生火将其烧红备用。纯木炭烧红后观察有无余烟，若有余烟冒出，则说明炭火尚未稳定，待炭火稳定后再进行下一步的操作。木炭在焙茶前要燃烧完全，否则容易在烘焙的过程中生成明烟。盖灰的目的是控制炭火的温度，还能守住热量。铁锅搁放在稳定架上，锅底装大半锅的炭灰，将烧红的木炭均匀地放置在炭灰上，凭经验观察炭火状况，感觉炭火稳定后再用炭灰均匀地覆盖在炭火上，使其形成“暗火”。

再将焙笼圈罩在铁锅外面。把焙蒂放在操作台上的蔑箩中，将茶叶轻摊在焙蒂上，其厚度可根据所焙茶叶的不同等级而灵活掌握，一般在6cm-10cm左右，中间可相应摊厚，周围稍摊薄。摊好茶叶后，将焙蒂移到焙笼上开始烘焙。烘焙干度达到要求后即将焙蒂转移至操作台上，将茶叶倒在软箩中，再双手提卷软箩将茶叶倒入茶箱中防潮袋内，待温度稍降后进行过秤定量、封袋封箱，入库备用。

机械烘焙工艺：经过高温烘焙的白茶，会让白茶带来一些不好的表现，比如出现口干、上头、锁喉等不良身体反应。此外，高温干燥会破坏白茶中的活性酶，从而影响白茶的后期转化，这样对白茶后期的转化是非常不利的。

相对传统炭焙工艺，现代的机械烘焙，操作上较易于摸索和掌握，自动化、智能化程度较高，节省人工，烘焙容量大、效率高。机械烘焙对火候的控制最为准确，温差一般不会超出5℃，质量稳定。

机械烘焙主要是通过加热空气的温度来干燥茶叶，热量更集中于茶叶的表面；而炭焙通过木炭的燃烧形成的红外线，对白茶进行由内到外的热量辐射，自然会更加通透全面。机械烘焙的白茶带有“火功香”，香味和滋味都比较单一，缺少炭焙白茶独特的气韵。不过，只要遵从白茶干燥工艺“文火慢炖”原则的机械烘焙，也能做出高品质的白茶，让它在漫长的酝酿过程中保有生命力。

2.3 色谱与质谱检测

将经不同干燥方法加工出的茶叶毛茶分装在离心管中，离心管盖上戳洞后进行冷冻干燥，冻干要求温度为真空度：0.02mbar;-50℃。冻干后的山毛茶抛光研磨为大小相同的茶粉，称取30mg，并加入1mL的乙酰丙胺。涡量混匀后在25℃超声20min、离心10min后，转移细胞并上清于离心管内，再放在-20℃的冰箱下进行储存。使用之前将其稀释50倍。各白茶不同干燥方式样本均有3个生物学重复。

质谱采集条件：LIT和三重四极杆扫描是在三重四极杆线性离子阱质谱仪，AB6500 Q TRAP UPLC/ MS/ MS系统上获得的，该系统配备了ESI Turbo离子喷雾接口，可由Analyst 1.6.3软件控制运行正负两种离子模式。在QQQ和LIT模式下分别用10和100μmol/ L聚丙二醇溶液进行仪器调谐和质量校准。QQQ扫描使用MRM模式，并将碰撞气体（氮气）设置为中等。通过进一步的DP和CE优化，完成了各个MRM离子对的DP和CE。根据每个时期内洗脱的代谢物，在每个时期监测一组特定的MRM离子对。

超高效液相色谱-四级杆飞行时间质谱原始数据利用 Waters MassLynx 采集，采集到的数据再导入 到Progenesis QI 2.1软件中进行峰对齐、峰识别、归一化等数据前处理。差异化合物筛选条件：VIP＞1、Fold Change＞2或＜0.5，再利用 SIMCA 13.0对筛选后的物质进行主成分分析以及载荷图绘制。

3 不同干燥方式代谢物分析

3.1 代谢物概况

基于UPLC-MS/MS检测平台和自建数据库，从四种干燥方式制成的福鼎白茶样中共检测到977个化合物，主要分为89个氨基酸类、17个苯丙素类、41个苯的衍生物类、108个酚酸类、51个核苷酸及其衍生物类、244个黄酮类、68个生物碱类、69个糖苷类、63个糖类、17个维生素类，89个有机酸类、38个脂肪酸类、66个脂质、11个其他、6个其他类。

样本主成分分析（PCA）得分图如下（其中AD表示阴干 BD表示烘干 SD表示晒干 SAD表示阴晒结合）。由图可知，四种不同干燥方式的白茶代谢物结构差异是显著的。从图中可以看出晒干组内距离最近，说明晒干干燥方式的白茶平行样本重复性高，代谢物结构最相似。阴干和烘干距离最远，说明阴干和烘干干燥方式的白茶内 涵的代谢物差异最大。

3.2 阴干组与烘干组的比较分析

按照不同新陈代谢物的遴选准则:可变重要性投影（Variable Importance in Projection,VIP）VIP＞1，fold change＞2或者差异倍数值（fold change）FC＜0.5，相比于阴干，烘干中筛选出不同新陈代谢物四十五种，包括氨基酸及其产生物类（4个）、酚酸类（8个）、黄酮类（8个）、核苷酸极其产生物类（1个）、脂肪酸类（10个）、生物碱类（3个）、糖甙类（3个）、糖类（2个）、有机质类（4个）、脂质类（1个）、其他类（1个）。明显升高的中间代谢物主要有咯肼、溶血磷脂酰胆碱20:5、樱黄素-4'-O-葡萄糖刺激苷，3,5-二氢氧基-3-甲基戊酸、根皮素等约二十种，显著明显降低的中间代谢物则有一，2,3,6-四-O-没食子酰-D-葡萄糖刺激、二倍酰基-六羟基二苯甲酰基-葡萄糖、E,E,Z-1,3,12-十九碳三烯-5,14-二醇、2α-羟基熊果酸等25种。

3.3 阴干组与晒干组的比较分析

根据不同代谢物的遴选准则:变量重要性投影（VariabLE ImportancE in Projection,VIP）VIP＞1，fold change＞2或者差异倍数值（fold change）FC＜0.5相比于在阴干，或晒干中遴选出不同代谢物十九种，其中显著明显升高的代谢物主要有有咯肼、溶血性磷脂酰胆碱20:5、9-氧代壬酸、短叶苏木酚酸甲酯、l-甲硫氨酸等九种，显著明显降低的代谢物主要有e,e,Z-1,3,12-十九碳三烯-5,14-二醇、二十碳二烯酸、2,4,6-三羟基苯甲酸甲酯、2-阿魏酰-sn-甘油、咖啡酸苯乙酯、油酰单乙醇胺等10种。

3.4 晒干组与烘干组的比较分析

按照不同新陈代谢物检测准则:可变重要性投影（VariabLe ImpOrtaNce in PrOjection,VIP）VIP＞1，foLD change＞2或者差异倍数值（fold change）FC＜0.5，相比于晒干，烘干中筛选出不同新陈代谢物二十九种，其中显著上调的新陈代谢物有根皮素、二氢查尔酮-4'-o-葡萄糖苷、l-吡咯烷酮-5-羧酸钠、3,5-二羟基-3-甲基戊酸、n-(3-吲哚乙酰基)-l-丙氨酸等二十三种，显著明显降低的新陈代谢物则有一，2,3,6-四-o-没食子酰-d-标准葡萄糖、二倍酰基-六羟基二苯甲酰基-标准葡萄糖、槲皮素-7-O-芸香糖苷-4'-O-葡萄糖苷等6种。

3.5 阴干组与阴晒结合组的比较分析

按照不同新陈代谢物检测准则:可变重要性投影（VariablE ImpOrtancE in Projection,VIP）VIP＞1，fold change＞2或者差异倍数值（fold change）FC＜0.5，相比于阴干，阴晒结合中筛选出不同新陈代谢物十五种，其中显著上调的新陈代谢物有咯肼、溶血磷脂酰胆碱20:5、2,4,6-三羟基苯甲酸甲酯、5-羟基-3,7,4'-三甲氧基黄酮、(-)-表儿茶素-3-(3''-o-甲基)没食子酸酯等十种，显著明显降低的新陈代谢物则有e,e,Z-1,3,12-十九碳三烯-5,14-二醇、2-阿魏酰-sn-甘油、二十碳二烯酸、槲皮素-3-O-阿拉伯糖苷（番石榴苷）等5种。

3.6 烘干组与阴晒结合组的比较分析

根据不同代谢物检测标准：变量重要性投影（VariabLe ImpOrtance in PrOjectiOn,VIP）VIP＞1，folD change＞2或者差异倍数值（fold change）FC＜0.5，相比在烘干，阴晒等结合过程中筛出不同代谢物三十种，其中显著明显升高的代谢物主要有樱黄素-4'-o-葡萄糖苷、根皮素、l-吡咯烷酮-5-羧酸钠、二氢查尔酮-4'-o-葡萄糖甙等十九种，显著明显降低的代谢物主要有二,4,6-三羟基苯甲酸甲酯、1,2,3,6-四-o-没食子酰-d-葡萄糖、二倍酰基-六羟基二苯甲酰基-葡萄糖、2-羟基苯并噻唑、1-O-没食子酰-鼠李糖等11种。

3.7 晒干组与阴晒结合组的比较分析

按照以下不同代谢物检测标准：变量重要性投影值（Variable Importance in Projection,VIP）VIP＞1，fold change＞2或者差异倍数值（fold change）FC＜0.5，相比于晒干，在阴晒结合中筛出了不同代谢物五种，其中显著上调的代谢物有二,4,6-三羟基苯甲酸甲酯、溶血磷脂酰胆碱20:5、3,5,7,2'-四羟基黄酮；橡精、(-)-表儿茶素-3-(3''-O-甲基)没食子酸酯、5-羟基3,7,4'-三甲氧基黄酮，没有显著下降的代谢物。白茶样中代谢物N-乙酰-L-蛋氨酸和樱黄素-4'-O-葡萄糖苷在烘干白茶样中含量最高，其次为晒干白茶样，阴晒结合白茶样，在阴干白茶样中的含量最低。

3.8 总结

相比于焙火、晒干和阴晒结合三种干燥方法，阴干白茶样中的2-羟基十六烷酸、10-十七碳烯酸、2R-羟基十八烷酸、9-氢氧基-10,12-十八碳二烯酸乙腈、雀巢咖啡酸苯乙腈、黄油酰单乙醇胺、2-阿魏酰-sn-甘油生产、20多碳二烯酸、E,E,Z-1,3,12-十九碳三烯-5,14-二醇等共9种代谢物含量显著更高，而咯肼、溶血磷脂酰胆碱20:5、N-乙酰-L-蛋氨酸、L-甲硫氨酸则显著低于其他三种干燥方式样。

咖啡酸苯乙酯是蜂胶中最主要的有效成分，并由于它有抗氧化、抗炎、抑瘤、抗菌、自身免疫力等诸多药理作用而倍受人们重视。雀巢咖啡酸苯乙腈分子结构中具有儿茶酚结构，是一类强力抗氧化剂，还因为强烈的抗炎和抗氧化活性而能够发挥抗肿瘤的功效，在中医药上有着很广泛的使用前景。N-乙酰-L-蛋氨酸主要用作营养增补剂。

相比于阴干白茶样，烘干白茶样中检测出樱黄素-4'-O-葡萄糖苷、根皮素等20种代谢物显著上调，1,2,3,6-四O-没食子酰-D-葡萄糖、2α-羟基熊果酸等25种显著下调;晒干中检测出短叶苏木酚酸甲酯、L-甲硫氨酸等等9种代谢物显著上调，十九碳三烯-5,14-二醇、二十碳二烯酸等10种代谢物显著下调;阴晒结合中检测出2,4,6-三羟基苯甲酸甲酯、5-羟基-3,7,4'-三甲氧基黄酮等10种代谢物显著上调，二十碳二烯酸、槲皮素-3-O-阿拉伯糖苷等5种代谢物显著下调。

相比于焙火样，在晒干样中检查出的根皮素、二氢查尔酮-4'-O-葡萄糖苷等二十三种代谢物明显升高，1,2,3,6-四-O-没食子酰-D-葡萄糖、二倍酰基-六羟基二苯甲酰基-葡萄糖等六种显著降低；阴晒后结合试验中测定出，樱黄素-4'-O-葡萄糖苷、根皮素等十九种代谢物明显升高，2,4,6-三羟基苯甲酸甲酯、1,2,3,6-四-O-没食子酰-D-葡萄糖刺激等十一种显著降低。

相比于晒干样，阴晒结合样中检测出2,4,6-三羟基苯甲酸甲酯、溶血磷脂酰胆碱 20:5等5种代谢物显著上调，没有显著下调的代谢物。

4 结论

通过采用代谢组学技术，分析了福鼎地方群种经阴干、烘干、晒干和阴晒结合四种不同干燥方式制成的白茶中的非挥发性化学成分的差异情况，共检测得到977种非挥发性化合物。研究结果表明，咖啡酸苯乙酯、二十碳二烯酸、L-甲硫氨酸、樱黄素-4'-O-葡萄糖苷、N-乙酰-L-蛋氨酸等14种 代谢物是白茶四种不同干燥方式白茶样中共有的代谢物。这些研究结果可为后续深入研究白茶品质化学提供一些参考依据。