茶树新品种戚家美铭主要生化成分及与主栽品种的比较研究

周杨浦甲, 刘国豪, 夏修新, 吴双, 倪穗

(宁波大学 海洋学院, 浙江 宁波 315832)

茶树(Camelliasinensis) 是山茶科(Theaceae)山茶属 (Camellia) 多年生常绿灌木或小乔木[1]。茶树的叶子可以制茶, 茶是世界上消费最广泛的饮料, 也是我国最重要的经济作物之一, 具有良好的经济效益[2]。仅2020 年前10 个月, 中国茶叶出口量达29.4 万t, 出口额为17.07 亿美元, 同比增长2.84%[3]。

我国是茶的起源地, 早在两千多年前的西汉时期就已经开始人工栽培茶树, 此后在长期的自然杂交和人工育种下, 不断产生多种多样的茶树品种,形成了现在丰富的茶树种质资源。茶树品种是茶产业中最重要的物质基础, 它影响着茶叶的品质, 是茶产业可持续发展的关键[4]。我国非常重视茶树品种的选育与应用[5], 自20 世纪60 年代以来茶树品种选育一直是茶树研究工作的重点[6]。目前,常规选育和杂交育种是茶树新品种育种的主要途径。此外, 通过遗传转化进行茶树定向改良也受到更多学者们的关注[7]。茶叶含有丰富的氨基酸、茶多酚、叶绿素等有机化学成分和钾、镁、钙、铁、铝等无机矿物元素, 具有安神、清热、解毒等药用食用价值; 茶多酚、儿茶素、游离氨基酸等主要的化学成分与茶树品种品质密切相关。黄亮通过研究茶树新品种川茶2 号的主要化学成分及绿茶的适制性, 认为川茶2 号具有萌芽早、氨基酸含量高、茶多酚含量低等特点, 适制绿茶。谭晓琴等[9]以茶树新品种川茶6 号为研究对象, 进行生化成分与适制性分析, 结果表明, 川茶6 号鲜叶含咖 啡 碱 3.93%、茶 多 酚 19.37%、水 浸 出 物45.62%、氨基酸4.02%, 适制绿茶和红茶。

戚家美铭是浙江省宁波市近年选育出来的茶树自然杂交后代, 2020 年在宁波市戚家山茶叶种植园中发现。其叶片形状异于周围的茶树品种, 叶尖呈凹陷状, 课题组已进行了茶树新品种的特异性、一致性和稳定性测试 (DUS 测试) 和新品种申报。本研究以戚家美铭的鲜叶为材料, 对其进行生化成分检测, 确定其鲜叶的适制性, 同时将检测结果与种植园中3 个主栽品种进行比较分析, 从生化成分上辅助验证戚家美铭的亲缘关系, 研究结果为该新品种的开发利用提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 实验材料

本研究所用茶树品种为戚家美铭、鸠坑、乌牛早、嘉茗1 号, 4 个品种的鲜叶均于2021 年3 月中旬采于宁波市戚家山茶叶种植园。

1.2 实验方法

1.2.1 样品预处理方法

采集4 个茶树品种的鲜叶, 挑选叶面完好且无虫斑的叶片, 分类放入密封袋中, 排出空气, 放入冰盒中。返回实验室后, 将茶叶洗净, 于通风处摊凉后冷冻干燥72 h。干燥完毕后, 将茶叶放入磨碎机中打粉, 过筛, 得到的茶粉放入密封袋中, 排出空气并且做好标记, 放入- 20 ℃冰箱中保存,待测。

1.2.2 咖啡碱含量测定

采用 《茶 咖啡碱测定》 (GB/T 8312—2013)中高效液相色谱法测定[10]。实验重复3 次, 取平均值。

色谱条件: 检测波长为280 nm, 紫外检测器;取600 mL 甲醇倒入1 400 mL 蒸馏水, 混匀, 过0.45 μm 膜, 所得为流动相; 流速为1 mL·min-1;柱温为40 ℃; 进样量为10 μL。

1.2.3 茶多酚含量测定

采用 《茶叶中茶多酚和儿茶素类含量的检测方法》 (GB/T 8313—2018) 中紫外分光光度法测定[11]。实验重复3 次, 取平均值。

1.2.4 茶氨酸含量测定

采用 《茶 游离氨基酸总量的测定》 (GB/T 8314—2013) 紫外分光光度法测定[12]。实验重复3 次, 取平均值。

1.2.5 酚氨比计算

酚氨比可用于判断适制绿茶或者适制红茶。酚氨比为茶多酚含量除以游离氨基酸含量。

1.2.6 叶绿素含量测定

测定方法参照 《水果、蔬菜及其制品中叶绿素含量的测定 分光光度法》 (NY/T 3082—2017)[13]。实验重复3 次, 取平均值。

1.2.7 水浸出物含量测定

测定方法参照 《茶 水浸出物测定》 (GB/T 8305—2013)[14]。实验重复3 次, 取平均值。

1.2.8 水分含量测定

采用 《食品安全国家标准 食品中水分的测定》(GB 5009.3—2016) 直接干燥法测定[15]。实验重复3 次, 取平均值。

1.2.9 AHP 层次分析法

通过选取咖啡碱含量、茶多酚含量、茶氨酸含量、叶绿素总量4 个评价指标, 请10 位专家对结果进行打分。依据打分结果建立4 阶判断矩阵(判断矩阵采用1～5 分标度法), 得到不同评价指标在判断茶叶品质时所占的权重。再通过数据处理得到CR 值, 对结果进行一致性检验。通常情况下, CR 值越小, 表明判断矩阵一致性越好 (一般CR 值小于0.1 即可证明判断矩阵满足一致性检验)。最后通过专家打分并结合权重对不同品种茶叶样品的得分情况进行汇总, 结合以上比较茶叶品质。

1.3 数据处理

所有实验结果采用Excel 2019 软件进行统计与作图, SPSS 24.0 软件进行分析。

2 结果与分析

2.1 戚家美铭的主要生化成分分析

茶鲜叶的生化成分含量是茶叶品种适制性的重要参考依据之一, 决定了茶的先天质量[16]。由表1 可知, 戚家美铭咖啡碱含量为0.82%, 低于普通绿茶的咖啡碱含量 (一般为2%～4%)[17], 苦味较轻; 茶氨酸含量为 2.78%; 茶多酚含量为12.10%, 在国家标准规定范围内 (绿茶≥11.0%,红茶≥7.0%); 水浸出物含量为34.09%, 在国家标准规定范围内 ( 绿茶≥34.0%, 红茶≥28.0%)[18-19]; 叶绿素总量为7.23 mg·g-1; 水分含量为3.40%。

表1 戚家美铭的主要生化成分

由表1 可见, 戚家美铭的酚氨比为4.36。酚氨比是茶叶适制性的判断标准之一。根据程启研究结果, 绿茶的酚氨比一般小于8, 红茶的酚氨比一般大于8。再结合其他成分所测结果,认为戚家美铭比较适合制作绿茶。

2.2 戚家美铭与主栽品种的比较分析

2.2.1 戚家美铭与主栽品种的生物学特性

戚家美铭是2020 年在宁波市戚家山茶叶种植园中发现的一个茶树新品种。其叶片形状异于周围品种的茶树, 叶尖呈凹陷状, 目前已完成其新品种DUS 测试, 已申报了国家茶树新品种。该茶树品种为灌木形, 中叶种, 树姿半开张; 一芽一叶期在4 月初; 一芽三叶平均长度为3.3 cm; 叶片着生姿态向上, 近圆形, 叶片先端钝且微凹, 叶片边缘波状强, 叶片边缘锯齿浅, 叶片基部近圆形; 花芽腋生, 花冠平均直径为4.0 cm, 花瓣多为7 枚, 雌蕊高于雄蕊, 雄蕊排列方式为蝶形, 雄蕊花丝基部连生, 花柱3 裂; 年开花1 次; 花期为9 月上旬至12 月下旬。

茶树鸠坑种, 又名鸠坑大叶种, 原产于杭州市淳安县鸠坑乡塘联村, 为首批国家级茶树良种(国审GS13023—1985) 之一, 栽培历史悠久[21]。该茶树品种为灌木形, 中叶种, 树姿半开张; 一芽一叶期为3—4 月; 一芽三叶平均长度为2.9 cm;叶片着生姿态向上, 长椭圆形, 叶片先端呈急尖状, 叶片边缘波状程度中等, 叶片边缘锯齿程度中等, 叶片基部钝; 花芽腋生, 花冠平均直径为3.7 cm, 花瓣多为6 枚, 雌蕊高于雄蕊, 雄蕊排列方式为蝶形, 雄蕊花丝基部连生, 花柱3 裂, 偶有4 裂; 年开花1 次; 花期为9 月上旬至12 月下旬。

乌牛早产于浙江省永嘉县乌牛、罗溪、仁溪一带, 是我国地理标志茶之一, 在 “雨水” 季节萌芽, 春分前即可采摘[22], 又因采摘时间早于本地群体种, 故名乌牛早。该茶树品种为灌木型, 小叶种, 树姿半开张; 一芽一叶期在2 月; 一芽三叶平均长度为3.2 cm; 叶片着生姿态水平, 椭圆形,叶片先端呈急尖状, 叶片边缘波状弱, 叶片边缘锯齿程度中等, 叶片基部钝; 花芽腋生, 花冠平均直径为3.3 cm, 花瓣多为6 枚或7 枚, 雌蕊高于雄蕊, 雄蕊排列方式为蝶形, 雄蕊花丝基部连生, 花柱3 裂; 年开花1 次; 花期为9 月上旬至12 月下旬。嘉茗1 号是乌牛早的芽变品种, 特早生茶树良种, 每年2 月25 日左右即可开采, 以早抢占茶叶市场, 可以提高茶农的经济效益[23]。其与乌牛早最显著的区别在于生长势, 嘉茗1 号的生长势强于乌牛早, 从植株外观上看前者比后者高大许多。同时, 嘉茗1 号为中叶种; 叶片近圆形, 顶端凹陷,着生姿态向上, 基部近圆形, 边缘波状程度中等;花芽腋生, 偶有顶生。嘉茗1 号的其余形态学特征与乌牛早较为接近。4 个茶树品种的性状比较见表2。

表2 4 个茶树品种性状比较

2.2.2 戚家美铭与主栽品种的咖啡碱含量比较分析

咖啡碱又称咖啡因, 是一种黄嘌呤生物碱化合物, 也是体现茶叶苦味的主要物质, 对茶叶风味有着重要的影响。适量咖啡碱还能够以氢键与茶黄素缔合形成鲜爽类物质[17]。茶叶中的咖啡碱可以提高人体中枢神经系统的兴奋性, 促进血液循环, 还具有一定的利尿功能。但是过量的咖啡碱会刺激中枢神经系统, 对人体健康不利, 同时会使茶汤苦味增加, 影响其口感。

根据 《茶 咖啡碱测定》 (GB/T 8312—2013)绘制标准曲线, 得到线性回归方程为Y=21.589X-44.432,R2=0.999 8。由图1 可知, 在4 个茶树品种中, 戚家美铭咖啡碱含量最低, 只有0.82%,鸠坑咖啡碱含量最高, 为1.06%。乌牛早与嘉茗1号的咖啡碱含量相对较低, 均小于1%, 分别为0.96%与0.87%。4 个茶树品种的咖啡碱含量均具有显著性差异。

图1 戚家美铭等4 个茶树品种的咖啡碱含量

实验表明, 与3 个主栽品种相比较, 戚家美铭咖啡碱含量更低, 苦味更轻。

2.2.3 戚家美铭与主栽品种的茶多酚含量比较分析

茶多酚又称维多酚, 是茶叶中多羟基酚类化合物的复合物, 由30 种以上的酚类物质组成。研究表明, 茶多酚具有一定的保健作用, 如抗氧化[24]、降血脂[25]、防止动脉粥样硬化[26]等。作为茶叶中的重要组成部分, 茶多酚拥有独特的涩味, 但茶多酚含量过高也会影响茶汤的滋味。合适的茶多酚含量既能保证口感, 又能产生最大的营养价值。

根据 《茶叶中茶多酚和儿茶素类含量的检测方法》 (GB/T 8313—2018) 绘制标准曲线, 得到线性回归方程为Y=0.009X+0.025 9,R2=0.999 4。由图2 可知, 在4 个茶树品种中, 茶多酚含量高低次序为: 乌牛早>戚家美铭>鸠坑>嘉茗1 号。嘉茗1号的茶多酚含量最低, 只有11.98%, 乌牛早的茶多酚含量最高, 为12.17%。戚家美铭与鸠坑的茶多酚含量比较接近, 分别为12.10%与12.07%。戚家美铭的茶多酚含量与其他3 个品种无显著性差异。

图2 戚家美铭等4 个茶树品种的茶多酚含量

研究表明, 在4 个茶树品种中嘉茗1 号涩味最轻。戚家美铭的涩味程度仅次于乌牛早, 与鸠坑接近。

2.2.4 戚家美铭与主栽品种的茶氨酸含量比较分析

茶氨酸又称N-乙基-L-谷氨酰胺, 是茶叶所特有的一种游离氨基酸, 能够提升茶叶的鲜爽味道以及甜味, 易溶于水, 是茶叶的主要呈味物质之一,可以在一定程度上缓解咖啡碱与茶多酚的苦涩味[27]。同时, 茶氨酸作为茶叶的核心活性功能因子之一, 发挥着不可替代的作用。研究表明, 茶氨酸具有保护脑神经元[28]、抗肿瘤[29]、降压抗疲等功效。

根据 《茶游离氨基酸总量的测定》 (GB/T 8314—2013) 绘制标准曲线, 得到线性回归方程为Y=2.563 7X-0.275 5,R2=0.999 6。由图3 可知, 在4 个茶树品种中, 茶氨酸含量高低次序为:嘉茗1 号>乌牛早>戚家美铭>鸠坑。嘉茗1 号的茶氨酸含量最高, 为2.95%, 鸠坑的茶氨酸含量最低, 只有2.77%, 戚家美铭的茶氨酸含量与鸠坑非常接近, 为2.78%。乌牛早的茶氨酸含量仅次于嘉茗1 号, 为2.90%。4 个茶树品种的茶氨酸含量较为接近, 均无显著性差异。

图3 戚家美铭等4 个茶树品种的茶氨酸含量

可见, 嘉茗1 号与乌牛早的鲜爽程度较高, 戚家美铭与鸠坑相对偏低, 但总体较为接近。

2.2.5 戚家美铭与主栽品种的酚氨比比较分析

酚氨比即茶叶中茶多酚含量与游离氨基酸的比值, 也是衡量茶叶品质的重要指标之一, 可以在一定程度上综合反映茶叶滋味的鲜度与浓度。茶多酚对红茶色、香、味的形成非常重要, 而游离氨基酸对绿茶鲜浓滋味和鲜爽香气的形成呈正相关, 因此, 酚氨比也可用于判断适制绿茶或者适制红茶[17]。酚氨比大一般适制红茶, 而酚氨比小一般适制绿茶[20]。

由图4 可知, 在4 个茶树品种中, 酚氨比大小次序为: 戚家美铭>鸠坑>乌牛早>嘉茗1 号。戚家美铭的酚氨比最高, 为4.360, 嘉茗1 号的酚氨比最低, 仅为4.058。鸠坑的酚氨比与戚家美铭非常接近, 为4.359。乌牛早的酚氨比为4.203。戚家美铭与鸠坑的酚氨比不具有显著性差异, 但这2 个品种与嘉茗1 号的酚氨比具有显著性差异。

图4 戚家美铭等4 个茶树品种的酚氨比

实验表明, 4 个茶树品种的酚氨比值范围为4.058～4.360, 小于8, 证明4 个品种均适制名优绿茶。

2.2.6 戚家美铭与主栽品种的叶绿素含量比较分析

茶叶的色泽在一定程度上影响着其品质的高低, 桂安辉等[31]的研究中就将茶叶的干茶颜色、叶底颜色和茶汤颜色作为茶叶品质的评价标准之一, 而影响茶叶色泽的决定性因素就是叶绿素含量的高低。叶绿素是构成茶叶绿色的主要色素物质,在茶叶的叶绿体中存在叶绿素a 与叶绿素b。

由图5 可知, 在4 个茶树品种中, 鸠坑叶绿素总量最高, 为8.35 mg·g-1; 嘉茗1 号叶绿素总量最低, 只有5.95 mg·g-1。乌牛早与嘉茗1 号的叶绿素总量相对接近, 为6.08 mg·g-1。戚家美铭的叶绿素总量在4 个茶树品种中仅次于鸠坑, 为7.23 mg·g-1。戚家美铭与其他3 个品种的叶绿素总量均有显著性差异, 而乌牛早和嘉茗1 号的叶绿素总量无显著性差异。

图5 戚家美铭等4 个茶树品种的叶绿素含量

研究表明, 鸠坑的绿色色泽最好, 戚家美铭优于乌牛早与嘉茗1 号, 为翠绿。

2.2.7 戚家美铭与主栽品种的水浸出物含量比较分析

水浸出物是指茶叶中用沸水浸出的水可溶性物质。水浸出物含量的高低反映了茶叶中水可溶性物质的多少, 影响着茶叶的口感品质和后期转化程度, 通常情况下茶叶中的水浸出物含量与茶叶品质呈正相关[32]。同时, 水浸出物含量越高并不意味着茶叶的口感品质越高。在水浸出物含量一定的情况下, 还需要参考水浸出物比例的协调程度。此外, 陆锦时等[33]发现, 水浸出物与红茶品质评分之间暂未发现存在相关关系, 但却与绿茶品质评分存在较高的相关关系。

由图6 可知, 在4 个茶树品种中, 嘉茗1 号水浸出物含量最高, 为35.09%; 乌牛早水浸出物含量最低, 只有33.17%; 鸠坑与乌牛早的水浸出物含量比较接近, 为33.30%。戚家美铭的水浸出物含量在4 个茶树品种中仅次于嘉茗1 号, 为34.09%。戚家美铭与其他3 个品种均具有显著性差异, 而鸠坑和乌牛早的水浸出物含量不具有显著性差异。

图6 戚家美铭等4 个茶树品种的水浸出物含量

研究表明, 戚家美铭的内含物质较为丰富, 茶汤味浓。

2.2.8 戚家美铭与主栽品种的水分含量比较分析

水是茶叶中各种化学反应发生所必需的介质,因此, 茶样中的水分含量也是评判茶叶品质的指标之一。当水分含量过高时, 水分子不仅失去原有的保护作用 (阻止茶叶氧化), 反而会作为一种溶剂加速反应的进行, 使得茶叶中的各种化学反应更加剧烈, 从而影响茶叶的最终品质[34]。

由图7 可知, 在4 个茶树品种中, 乌牛早水分含量最高, 为4.70%; 嘉茗1 号水分含量最低, 只有2.74%; 戚家美铭与鸠坑的水分含量相对接近,分别为3.40%与3.76%。4 个茶树品种的水分含量具有显著性差异。《绿茶 第1 部分: 基本要求》(GB/T 14456.1—2017) 中明确规定, 绿茶的水分含量应≤7.0% (晒青绿茶应≤9.0%)。由此可见,在一定范围内, 茶叶中的水分含量越低越好。

图7 戚家美铭等4 个茶树品种的水分含量

研究表明, 在水分含量方面, 戚家美铭仅次于嘉茗1 号, 优于鸠坑和乌牛早。

2.2.9 戚家美铭与主栽品种的品质比较分析

传统模糊感官评价具有一定的主观性, 而层次分析法 (analytic hierarchy process, AHP) 作为一种简便实用的多准则决策分析方法, 将定性与定量有效结合, 可用于解决复杂多目标问题。层次分析法可以利用决策者的经验判断不同指标的重要性,从而得出相对客观的重要性, 并且为每个指标赋予合理的权重, 利用权重求出各指标的优劣次序, 建立权重向量, 将人的主观判断用数量形式表达和处理, 尽量减少个人主观臆断所带来的弊端, 使得评估结果更加客观可信[35]。

由表3 可知, 本研究针对咖啡碱含量、茶多酚含量、茶氨酸含量、叶绿素总量4 个评价指标所构建的4 阶判断矩阵进行AHP 层次分析研究。由表3 的4 阶判断矩阵计算可以得到表4 的结果: 一致性指标 (CI 值) 为0.007, 随机一致性指标 (RI值) 为0.89, 其中n阶RI 值具体见表5。随机性一致性比值 (CR 值) 即CI 除以RI 的值为0.008<0.1, 表明本次研究判断矩阵满足一致性检验, 计算所得权重具有一致性。由表6 可知, 咖啡碱含量、茶多酚含量、茶氨酸含量、叶绿素总量的特征向量分别为0.962、0.962、1.745、0.357, 4 个指标所对应的权重分别为 23.912%、23.912%、43.279%、8.897%。

表3 4 阶判断矩阵

表4 一致性检验结果汇总

表5 随机一致性检验指标值

表6 AHP 层次分析结果

结合之前所测的咖啡碱、茶多酚、茶氨酸、叶绿素含量等实验数据及结果, 戚家美铭的咖啡碱含量最低, 有利于改善茶叶的苦味口感; 鸠坑的叶绿素总量最高, 有利于提高茶叶的色泽; 嘉茗1 号的茶多酚含量最低, 茶氨酸含量最高, 有利于改善茶叶的涩味口感并提高鲜味。

由表7 可知, 各品种AHP 层次分析得分高低次序为: 戚家美铭>嘉茗1 号>鸠坑>乌牛早。因此, 在4 个茶树品种中, 戚家美铭的品质较为优良。

表7 AHP 层次筛选打分

2.3 戚家美铭与主栽品种的聚类分析

使用SPSS 24.0 对4 个茶树品种进行聚类分析, 聚类结果见图8。结果表明, 戚家美铭和鸠坑聚为一支, 这说明戚家美铭与鸠坑的亲缘关系最为接近。此外, 聚类结果显示, 乌牛早和嘉茗1 号聚为一支, 这与已知的嘉茗1 号为乌牛早的芽变品种相符合。

图8 4 个茶树品种的聚类分析

3 讨论

茶树品种是构成茶叶品质的重要因素之一, 茶类的适制性及其品质特点由不同品种的特性所决定。而作为茶类适制性与品质优劣的物质基础, 不同品种的茶类对茶树鲜叶中的咖啡碱、茶多酚、茶氨酸、叶绿素等生化成分含量具有不同的要求。茶叶主要生化成分的差异是影响茶叶营养、滋味、色泽等因素的根本原因, 是不同品质茶叶最本质的区别, 内在影响外在, 从而对茶叶综合品质产生影响。

本研究结果显示, 戚家美铭的咖啡碱含量偏低, 只有0.82%; 茶氨酸含量为2.78%; 茶多酚含量与水浸出物含量分别为12.10%与34.09%,均满足国家标准规定; 叶绿素总量为7.23 mg·g-1; 水分含量为3.40%; 酚氨比为4.36, 适合制作绿茶。与3 个主栽品种相比, 戚家美铭的咖啡碱含量更低, 苦味更轻; 其茶多酚含量低于乌牛早,但高于其他2 个品种, 涩味相对较重; 此外, 其茶氨酸含量相对嘉茗1 号与乌牛早较低, 鲜爽程度低于这2 个品种, 但由于4 个品种的茶氨酸含量总体比较接近, 所以戚家美铭的鲜爽程度与3 个主栽品种相似; 4 个茶树品种的酚氨比范围为4.058 ～4.360, 说明4 个品种均适制名优绿茶, 其中戚家美铭酚氨比最高; 并且, 其叶绿素总量高于乌牛早与嘉茗1 号, 其所制茶叶的绿色色泽较优; 同时,戚家美铭的水浸出物含量仅次于嘉茗1 号, 内含物质较为丰富, 茶汤味浓, 优于鸠坑和乌牛早。对4个茶树品种的咖啡碱含量、茶多酚含量、茶氨酸含量和叶绿素总量进行的AHP 层次分析法研究表明,戚家美铭的样品总得分最高, 主要生化成分加权得分仅次于嘉茗1 号, 品质较为优良, 可作为优质茶树资源加以开发利用。

此外, 虽然戚家美铭的生化成分含量与3 个主栽品种有所不同, 但整体上相差较小, 尤其与鸠坑较为相近, 推测其是鸠坑的自然群体杂交后代(已获得分子证据), 从植物的主要生化成分角度验证了戚家美铭与鸠坑之间亲缘关系最近。