发酵中氧对红茶品质的影响及富氧发酵工艺优化.pdf
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1、杨云飞,王玉婉,林家正,等.发酵中氧对红茶品质的影响及富氧发酵工艺优化 J.食品工业科技,2023,44(19):199207.doi:10.13386/j.issn1002-0306.2022100312YANG Yunfei,WANG Yuwan,LIN Jiazheng,et al.Effect of Oxygen Concentration in Fermentation on Black Tea Quality andOptimization of Oxygen-enriched Fermentation ProcessJ.Science and Technology of Food
2、 Industry,2023,44(19):199207.(inChinese with English abstract).doi:10.13386/j.issn1002-0306.2022100312 工艺技术 发酵中氧对红茶品质的影响及富氧发酵中氧对红茶品质的影响及富氧发酵工艺优化发酵工艺优化杨云飞1,2,王玉婉1,林家正1,涂政1,蓝天梦1,陈琳1,叶阳1,*(1.中国农业科学院茶叶研究所,浙江杭州 310008;2.中国农业科学院研究生院,北京 100081)摘要:发酵是红茶品质形成的关键工序,氧是影响发酵的关键因素,解析氧对红茶品质及内含成分的影响具有重要意义。以一芽二叶的龙井 4
3、3品种为原料,进行低氧发酵(5%),自然发酵(21%)和富氧发酵(36%)处理,通过感官审评结合气相色谱-质谱技术(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)和超高效液相色谱-质谱技术(ultra-high performance liquid chromatography-mass spectrometry,UPLC-MS)分析了氧浓度对红茶感官品质、非挥发性代谢物和挥发性代谢物的影响,并通过单因素结合响应面试验优化了红茶富氧发酵工艺。结果表明:相比自然发酵,富氧发酵可以显著改善红茶滋味和香气品质(P0.05);富氧发酵中关键滋味化合物儿茶素及没食
4、子酸含量显著下降(P0.05),茶黄素总量及单体含量显著增加(P0.05);不同氧浓度发酵中共 25 种挥发性化合物存在显著差异,包括 12 种醛类,2 种酮类,3 种醇类,3 种烯类,5 种酯类,大部分差异化合物含量随氧浓度升高而增加;红茶富氧发酵优化工艺为:氧气浓度 40%、通氧时间 1.5 h、发酵时间 4 h,优化工艺红茶的茶黄素总量、TF、TF3G、TF3G 和 TFDG 含量分别为 2.86%、0.25%、1.71%、0.24%和 0.68%。该研究结果为指导红茶加工和品质调控提供了重要依据。关键词:红茶,发酵,氧气,感官品质,代谢物本文网刊:中图分类号:TS272.5 文献标识码
5、:B 文章编号:10020306(2023)19019909DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2022100312EffectofOxygenConcentrationinFermentationonBlackTeaQualityandOptimizationofOxygen-enrichedFermentationProcessYANGYunfei1,2,WANGYuwan1,LINJiazheng1,TUZheng1,LANTianmeng1,CHENLin1,YEYang1,*(1.Tea Research Institute,Chinese Academy of
6、 Agricultural Sciences,Hangzhou 310008,China;2.Graduate School of Chinese Academy of Agriculture Sciences,Beijing 100081,China)Abstract:Fermentation is a critical process of black tea quality formation and oxygen is the key factor affecting thefermentation,so it is important to analyze the effect of
7、 oxygen in fermentation on the quality and metabolites of black tea.One bud and two leaves of Longjing 43 tea varieties were used as materials for low oxygen fermentation(5%),naturalfermentation (21%)and oxygen-enriched fermentation (36%)treatments,and the effects of oxygen concentration onsensory q
8、uality,non-volatile and volatile metabolites of black tea were analyzed by sensory evaluation combined with gaschromatography-mass spectrometry (GC-MS)and ultra-high performance liquid chromatography-mass spectrometry(UPLC-MS),and the parameters of oxygen-enriched fermentation of black tea were opti
9、mized by single factor combinedwith response surface analysis.Results showed that oxygen-enriched fermentation could significantly improve the taste and 收稿日期:20221102 基金项目:现代农业产业技术体系建设专项(CARS-19);中国农业科学院科技创新工程项目(CAAS-ASTIP-2014-TRICAAS)。作者简介:杨云飞(1990),女,硕士,研究方向:茶叶加工,E-mail:。*通信作者:叶阳(1962),男,本科,研究员,研
10、究方向:茶叶加工,E-mail:。第 44 卷 第 19 期食品工业科技Vol.44 No.192023 年 10 月Science and Technology of Food IndustryOct.2023 aroma quality of black tea compared with nature fermentation(P0.05).Compared with natural fermentation,the content ofkey taste compounds catechins and gallic acid (GA)decreased significantly (P
11、0.05),total theaflavins (TFs)and itsmonomer increased significantly (P0.05)in oxygen-enrichedfermentation.A total of 25 volatile compounds differed significantly in three treatments,including 12 aldehydes,2 ketones,3 alcohols,3 alkenes,and 5 esters,and the content of most differing compounds increas
12、ed with increasing oxygenconcentration.The optimized parameters of oxygen-enriched black tea were:Oxygen concentration of 40%,oxygenationtime of 1.5 h,fermentation time of 4 h.And the contents of TFs,TF,TF3G,TF3G and TFDG of black tea were 2.86%,0.25%,1.71%,0.24%and 0.68%,respectively.The results of
13、 this study would provide an important basis for guiding blacktea processing and quality control.Keywords:black tea;fermentation;oxygen;sensory quality;metabolites 红茶是世界上生产和消费量最大的茶叶,约占世界茶叶生产和消费总量的 80%,以其醇厚浓甜的滋味和高爽的香气特点深受消费者喜爱13。发酵是红茶加工的关键工序,对红茶汤色、香气和滋味品质形成起重要作用。红茶发酵的实质是内源氧化酶与多酚类化合物充分接触,在氧气的参与下,发生酶促氧
14、化聚合、缩合等反应,形成茶黄素、茶红素等水溶性氧化产物,并伴随着芳香物质、氨基酸、糖类、蛋白质等品质成分的剧烈变化,最终形成红茶特有的色、香、味46。发酵工艺参数如温度、相对湿度、pH、供氧状况等均会影响红茶品质710。氧气作为氧化反应的底物对红茶品质特征形成必然存在较大影响,因此研究发酵过程中氧对红茶品质形成及代谢物变化的影响对指导红茶生产加工、品质调控具有重要意义。氧化反应是红茶发酵的主要反应。茶叶中的儿茶素在发酵过程中被多酚氧化酶(polyphenol oxida-se,PPO)和过氧化物酶(peroxidase,POD)氧化成各种氧化产物,如茶黄素(theaflavins,TFs)、聚
15、酯型儿茶素(theasinesins,TSs)、茶红素(thearubigins,TRs)和茶褐素(thearubigins,TBs)等1113,TFs 和 TRs 通常被认为是红茶的特征成分。发酵过程中氨基酸含量呈现出先增加后减少的趋势,发酵前期因蛋白质分解导致氨基酸含量不断增加14,延长发酵时间,氨基酸除自身偶联氧化外,可通过脱氨及脱羧作用形成苯乙醇、苯乙醛等芳香物质1516。红茶发酵过程可形成醇类、醛类、酮类、酸类、酯类、内酯、酚酸类等400 余种芳香物质17。随着红茶发酵进行,醇类、醛类、酮类等含量上升,而酸类、酯类、酚类等含量逐渐减少,因此发酵叶青草气散失,并伴随浓郁的果甜花香产生1
16、821。因此,解析氧气参与的氧化反应对茶多酚、茶色素、氨基酸以及挥发性物质含量的影响可分析发酵中氧对红茶品质的贡献。红茶加工一般采用自然发酵,主要是利用空气中自然存在的氧(21%)进行发酵,且当通风条件较差时,随着氧气的消耗,氧浓度会下降至 20%。一般当红茶发酵中氧浓度高于 21%时,可认为是富氧发酵。红茶发酵过程中采取间歇供氧方式制得的红茶叶底红亮,可提升香气品质22。发酵中通氧时间对挥发性化合物存在影响,成品茶中醇类、醛类、酮类均随着发酵中通氧时间延长而增加,酯类物质变化规律则与之相反,香气组分种类随通氧量的增加而增加但相对含量却有所降低23。通常富氧发酵多以恒定的氧气流速通入发酵箱内,
17、而发酵中实际氧浓度并不明晰,因此不同氧浓度对内含成分和感官品质的影响尚缺乏研究。本文利用可以实现氧浓度控制的发酵平台,进行 3 个不同氧浓度的发酵实验(5%,21%和36%),分析氧对红茶品质和代谢物变化的影响机制,进而优化富氧发酵中氧浓度、通氧时间和发酵时间等工艺参数,为指导红茶生产加工提供理论依据。1材料与方法 1.1材料与仪器甲醇、乙腈、甲酸色谱纯,Sigma 公司;儿茶素标准品(表没食子儿茶素没食子酸酯(epigallo-catechin gallate,EGCG)、表儿茶素没食子酸酯(epicatechin gallate,ECG)、表没食子儿茶素(epigallo-catechin
18、,EGC)、表儿茶素(epicatechin,EC)、没食子儿茶素没食子酸酯(gallocatechin gallate,GCG)、儿茶素没食子酸酯(catechin gallate,CG)、没食子儿茶素(gallocatechin,GC)、儿茶素(catechin,C)、茶黄素标准品(茶黄素(Theaflavin,TF)、茶黄素-3-没食子酸酯(Theaflavin-3-gallate,TF3G)、茶黄素-3-没食子酸酯(Theaflavin-3-gallate,TF3G)、茶黄素-3,3-双没食子酸酯(theaflavin-3,3-digallate,TFDG)Sigma 公司;咖啡碱(c
19、affeine,CAF)标准品、没食子酸(gallic acid,GA)上海源叶生物科技有限公司。6CR-35 型揉捻机、6CQ-8 型茶鲜叶处理平台长沙湘丰智能装备股份有限公司;6CHM-901 型烘干机浙江春江茶叶机械有限公司;6CHT-16 型茶叶烘焙提香机浙江珠峰机械有限公司;MA-150C 型红外水分测定仪、RHXL3SD 型温湿度记录仪日本 Omron 公司;LGJ-50C 型四环冻干机北京四环科学仪器厂有限公司;Sartorius Quintix224-1CN 型分析天平赛多利斯科学仪器(北京)有限公司;ES108-LCD 在线气体检测仪深圳市无眼界科技有限公司;UPLC-MS,
20、H-CLASS/QDa超高效液相色谱质谱联用仪美国 Waters 公司;CAR/PDMS 萃取头(85 m,1 cm)美国宾夕法尼亚州 Supelco 公 200 食品工业科技2023 年 10 月司;GCGC-TOFMS 仪器美国明尼苏达州 LECO公司。1.2实验方法 1.2.1 样品制备茶鲜叶按照红茶标准工艺进行加工,其工序如图 1 所示,基本工序为:萎凋、揉捻、发酵、干燥。具体工艺参数及实验处理如下:采摘自中国农业科学院茶叶研究所嵊州基地的一芽二叶龙井43 鲜叶 40 kg,均匀摊放在可控温控湿的萎凋室中进行萎凋,设置萎凋温度 28,萎凋相对湿度 60%,萎凋时间 14 h,萎凋结束时
21、鲜叶含水量约 60%;萎凋结束后,将萎凋叶混匀,在 35 型揉捻机中进行揉捻,转速 35 r/min,程序加压(空揉 10 min、轻揉 10 min、中揉 10 min、重揉 5 min),循环 1 次,揉捻时间为70 min;揉捻结束后,将揉捻叶混匀,均匀分成 3 等份,在 6CQ-8 型号的茶叶处理实验平台中进行发酵处理,设置发酵温度 30,相对湿度 90%,发酵时间 3 h。发酵处理分为 3 组,富氧组通过氧气罐向实验平台均匀输送氧气,通过 ES108-LCD 在线气体检测仪实时监测氧浓度并通过电磁阀门进行反馈调节,控制氧浓度在 36%左右;低氧组通过氮气罐向实验平台均匀输送氮气,通过
22、 ES108-LCD 在线气体检测仪实时监测氧浓度并通过电磁阀门进行反馈调节,控制氧浓度在 5%左右;对照组(CK)采用自然发酵(氧浓度在 21%左右),通过 ES108-LCD 在线气体检测仪实监测氧浓度并记录。发酵结束后分别取 3 个实验处理样品采用毛火 120、15 min,足火 90、30 min 烘干,制得成品茶。所制成品茶进行感官评价,非挥发性及挥发性代谢物检测。1.2.2 感官审评茶叶样品的感官评估由 3 名专业机构培训和认证并专门从事茶叶感官审评五年以上的评茶员(2 名男性和 1 名女性)进行。茶叶样品的感官评估按照国家标准 GB/T 23776-2018 茶叶感官审评方法执行
23、,评价红茶外形、汤色、香气、滋味、叶底 5 项,各审评因子的权数分别为 25%、10%、25%、30%、10%。对评茶员感官评审结果打分汇总计算均值,作为茶叶样品感官审评结果。1.2.3 非挥发性代谢物检测茶多酚总量测定:参考国标GB/T 8313-2018 茶叶中茶多酚和儿茶素类含量的检测方法中福林酚检测方法进行测定;游离氨基酸总量测定:参考国标GB/T 8314-2013 茶 游离氨基酸总量测定中茚三酮检测方法进行测定;TFs 测定:采用系统分析法进行测定,参考程启坤24的检测方法进行适当修改;可溶性糖总量:采用硫酸蒽酮比色法测定25,以葡萄糖为标准品绘制标准曲线,计算可溶性糖总量;标准曲
24、线公式为:Y=1.5372X+0.22;其中 Y 表示吸光度,X 为葡萄糖浓度(mg/mL),R2值为 0.9961;儿茶素、茶黄素、咖啡碱和没食子酸单体检测:参考 Chen 等26检测方法,采用 UPLC-MS,色谱柱为 Waters BEH C18(1.7 m,2.1 mm100 mm),以标准品为对照进行定性定量。称取 0.2 g 冻干均匀磨碎样品于 10 mL 离心管中,加入 70 预热甲醇溶液 5 mL,70 水浴浸提 10 min,冷却至室温后3500 r/min 离心 10 min,上清液转移至 10 mL 容量瓶,残渣重复以上操作,合并提取液定容至 10 mL,摇匀,过膜待检。
25、以 0.1%甲酸溶液为 A 相,纯乙腈溶液为 B 相。参数设置如下:柱温箱温度 30,样品管理器温度 15。流动相洗脱梯度条件如下:03 min,90%B 相;36 min,90%83%B 相;612 min,83%73%B 相;1215 min,73%50%B 相;1515.5 min,50%B 相;15.516 min,50%90%B 相;1620 min,90%B 相,流速 350 L/min,进样量 2 L。QDA 质谱检测则采用负离子模式进行,质量范围为m/z 50950,全扫描记录;去溶剂化温度设置为600,源温度设置为 120;采样锥孔电压设置为15 V,毛细管电压设置为 0.8
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