《食品科学》：陕西科技大学赵燕妮副教授等：基于代谢组学的‘铁观音’和‘水仙’品种茶叶化学成分解析

乌龙茶是我国六大茶类之一，‘铁观音’和‘水仙’分别为我国闽南和闽北地区乌龙茶的代表，深受大众的喜爱。不同茶树品种茶叶的风味特征具有较大差异，‘铁观音’茶树品种为中灌木型，叶张肥厚，是闽南乌龙茶中重要的品种之一，通常按照闽南乌龙茶加工工艺制成清香型乌龙茶。‘水仙’茶树品种为小乔木型，叶肉厚，叶张较普通小叶种大一倍以上，是乌龙茶产区种植最广泛的茶树品种，制作清香型和浓香型乌龙茶均较适宜。代谢组学可同时对实验样品中的低分子质量代谢物进行全面系统的定性和（半）定量分析，能够全面、准确地解析茶叶内物质的变化规律。

陕西科技大学食品科学与工程学院的周闯、赵燕妮*和中国农业科学院 茶叶研究所农业农村部茶树生物学与资源利用重点实验室的戴伟东*等人采用基于超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱（UPLC-Q-TOF/MS）的非靶向代谢组学方法与超高效液相色谱-四极杆静电场轨道阱质谱（UPLC-Q-Exactive/MS）、氨基酸分析仪的绝对定量分析方法相结合，分别对‘铁观音’和‘水仙’不同品种茶叶及‘水仙’品种经过不同加工工艺制成的绿茶、清香乌龙茶、浓香乌龙茶和红茶的化学成分进行分析，阐释‘铁观音’和‘水仙’茶树品种及不同加工工艺对茶叶化学成分的影响，并进一步探讨茶叶化学物质基础与风味品质的关系，以期为厘清‘铁观音’和‘水仙’乌龙茶品质形成机理提供一定的理论基础。

1 ‘铁观音’与‘水仙’品种茶叶化学成分分析

为了研究‘铁观音’和‘水仙’品种茶及不同加工工艺对茶叶化学成分的影响，利用基于液相色谱-质谱联用的非靶向代谢组学方法进行分析。经峰匹配与峰面积校准后共得到2216 个化合物离子用于后续分析。通过与标准品比较、一级质谱、二级质谱、以及结合课题组之前的工作共鉴定出156 种化合物，包括儿茶素类15 种：儿茶素（C）、表儿茶素（EC）、表没食子儿茶素（EGC）、表儿茶素没食子酸酯（ECG）和表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）、没食子儿茶素（GC）和没食子儿茶素没食子酸酯（GCG）、(－)-表没食子儿茶素-3-

O

O

-甲基）没食子酸酯（EGCG3’’Me）、(－)-表没食子儿茶素-3-

O

O

-甲基)没食子酸酯（EGCG4’’Me）、表儿茶素-3-

O

O

-甲基)-没食子酸酯（ECG3’’Me）等；二聚儿茶素类14 种：原花青素B1、茶黄素、聚酯型儿茶素A、表儿茶素-4

-8-表儿茶素没食子酸酯等；氨基酸类14 种：茶氨酸、色氨酸、

-氨基丁酸（GABA）、脯氨酸等；生物碱类10 种：咖啡碱、可可碱、甘油磷酸胆碱、(

S

)-5’-脱氧-5’-(甲基亚磺酰基)、腺苷等；酚酸类14 种：绿原酸、茶没食子素、4-咖啡酰奎宁酸、3-香豆酰奎宁酸等；有机酸类5 种：奎宁酸、泛酸、哌啶甲酸等；香气糖苷类5 种：芳樟醇氧化物樱草糖苷、芳樟醇樱草糖苷、苯甲醇樱草糖苷等；

N

-乙基-2-吡咯烷酮取代的儿茶素（EPSF）类7 种：(5’’

S

N

-乙基-2-吡咯烷酮取代的表儿茶素（(

S

)-ECcThea）、(5’’

R

N

-乙基-2-吡咯烷酮取代的表儿茶素（(

R

)-EC-cThea）、(5’’’

R

N

-乙基-2-吡咯烷酮取代的表儿茶素没食子酸酯（(

R

)-ECG-cThea）、(5’’

S

N

-乙基-2-吡咯烷酮取代的表没食子儿茶素（(

S

)-EGC-cThea）、(5’’

R

N

-乙基-2-吡咯烷酮取代的表没食子儿茶素（(

R

)-EGC-cThea）、(5’’’

S

N

-乙基-2-吡咯烷酮取代的表没食子儿茶素没食子酸酯（(

S

)-EGCG-cThea）、(5’’’

R

N

-乙基-2-吡咯烷酮取代的表没食子儿茶素没食子酸酯（(

R

)-EGCG-cThea）；黄酮（醇）糖苷类31 种：山柰酚-3-葡萄糖苷、杨梅-3-半乳糖苷、柚皮素、牡荆素、芹菜素-6,8-

C

-二葡萄糖苷等；脂类33 种：甘油单酯（18:0）、溶血磷脂酰胆碱（16:0）、棕榈酸、磷脂酰乙醇胺（34:3）等；其他化合物8 种：羟基茉莉酸葡萄糖苷、二氢猕猴桃内酯等。

由图1A可知，‘铁观音’与‘水仙’茶在第1主成分（

R

2

X

[1]＝0.246）上具有明显的分离趋势，表明‘铁观音’与‘水仙’两个品种制作的绿茶、清香乌龙茶、浓香乌龙茶、红茶的化学成分含量存在明显差异。载荷图也叫相关性图，化合物之间相关性越强越聚拢，差异性越强越分散；如图1B所示，大部分生物碱类、脂类、甲基化儿茶素类化合物分布在载荷图的左侧，即在‘铁观音’茶中含量较高；而茶氨酸和大部分儿茶素类、黄酮（醇）糖苷类、酚酸类、EPSF类化合物分布在载荷图的右侧，即在‘水仙’茶中含量较高。进一步选取位于载荷图中距离原点较远的化合物，即对模型分类贡献较大的差异化合物进行热图分析。

如图2A所示，大部分的生物碱类（咖啡碱、甘油磷酸胆碱）、脂类（甘油二酯（36:6）、磷脂酰胆碱（36:6）、磷脂酰乙醇胺（34:2）等）在‘铁观音’茶中含量较高。咖啡碱是茶叶中重要的生物碱，是茶叶中主要的苦味物质，推测‘铁观音’茶较‘水仙’茶可能具有更显著的苦味。脂类含量在‘铁观音’和‘水仙’茶中存在差异，‘铁观音’茶中大多数磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺以及甘油二酯类化合物含量较高，而大部分溶血磷脂酰胆碱类化合物含量在‘水仙’茶中含量较高。大部分黄酮（醇）糖苷类化合物在‘水仙’茶中含量较高，只有少量黄酮（醇）糖苷类化合物如山柰酚糖苷等在‘铁观音’茶中较高。此外，EGCG3’’Me和焦脱镁叶绿酸α甲酯在‘铁观音’茶中含量较高，且EGCG3’’Me在‘铁观音’品种茶中的平均含量是‘水仙’茶的1.5 倍。

茶氨酸作为茶叶中含量最高的氨基酸，是茶叶鲜味的主要来源 。本研究中，茶氨酸含量在‘水仙’茶中较高。与‘铁观音’茶相比，‘水仙’茶含有更丰富的黄酮（醇）糖苷类化合物，大部分为山柰酚糖苷，包括山柰酚-3-半乳糖苷、山柰酚-3-半乳糖基芸香糖苷、山柰酚-3-葡萄糖苷等。‘水仙’茶中儿茶素类（C、EC、ECG和EGCG等）和二聚儿茶素类（原花青素B 1 和原花青素B 2 等）比‘铁观音’茶中更丰富，如C在‘水仙’品种茶中平均含量是‘铁观音’茶的2 倍；较高含量的儿茶素类和二聚儿茶素类可能是‘水仙’品种鲜叶制作乌龙茶、绿茶、红茶滋味均较醇厚的原因 。‘水仙’茶中7 种EPSF类化合物（(

R

)-EC-cThea、(

R

)-ECG-cThea、(

R

)-EGC-cThea、(

R

)-EGCG-cThea、(

S

)-EC-cThea、(

S

)-EGCcThea、(

S

)-EGCG-cThea）的含量高于‘铁观音’茶，且‘水仙’茶中的总EPSF含量是‘铁观音’茶的2 倍（图2）。前期研究发现EPSF类成分是焙火程度较高的浓香乌龙茶的特征成分之一 ，‘水仙’相比于‘铁观音’更容易在加工过程中形成EPSF类成分，可能是‘水仙’更适合制作浓香乌龙茶，而‘铁观音’更适合制作清香乌龙茶的原因。此外，少部分酚酸（如茶没食子素）及香气前体物质（如芳樟醇樱草糖苷）也在‘水仙’茶中含量较高；芳樟醇樱草糖苷是茶叶重要香气成分芳樟醇的前体物质，具有清新花香 ；‘水仙’茶中具有较高含量的芳樟醇樱草糖苷，可能是‘水仙’乌龙茶往往具有较为馥郁花香的原因之一。

2 不同加工工艺‘水仙’品种茶叶化学成分分析

为探究加工工艺对茶叶化学成分的影响，选用‘水仙’作为代表性茶树品种，对其茶鲜叶制成的绿茶、清香乌龙茶、浓香乌龙茶和红茶进行分析。

PLS-DA 发现，绿茶、清香乌龙茶、浓香乌龙茶和红茶样品在第1 主成分上具有明显的分离趋势（图3A），说明水仙茶鲜叶经不同加工工艺处理后代谢物存在明显差异。对模型扰动测试200 次（图3B），得到交叉验证的参数

R

2

Q

2截距分别为0.143和－0.54，表明所建立的模型可靠。

从已鉴定的化合物中筛选出‘水仙’绿茶、清香乌龙茶、浓香乌龙茶和红茶样品中具有显著差异（

P

＜0.05）的化合物共127 个。为进一步研究它们在4 种茶叶中的差异，采用热图分析并结合Pearson相关系数的聚类分析，结果如图4所示。黄色表示样品中的代谢物高于平均水平，蓝色表示代谢物低于平均值。可以看出，绿茶、清香乌龙茶、浓香乌龙茶和红茶中化合物含量存在差异，以下对代表性的差异代谢物进行分析与讨论。

2.1 游离氨基酸及生物生物碱类化合物

经过不同加工工艺处理后，茶叶中总游离氨基酸的含量发生了显著变化，结果如表1所示，绿茶中游离氨基酸总量最高（（2.14±0.09）mg/g），其次是清香乌龙茶（（0.97±0.07）mg/g）和红茶（（0.90±0.03）mg/g），浓香乌龙茶中游离氨基酸总量最低（（0.30±0.02）mg/g）。

绿茶、清香乌龙茶、浓香乌龙茶和红茶中茶氨酸的含量分别为1.23、0.50、0.12 mg/g和0.21 mg/g，分别占氨基酸总量的57.5%、51.5%、40%和23.3%。在绿茶、清香乌龙茶和红茶中，随着发酵程度的加深，氨基酸含量逐渐下降，这可能是氨基酸在茶叶发酵过程中自身发生氧化、通过Strecker降解与羰基化合物反应，产生醛类化合物。浓香乌龙茶中茶氨酸含量最低，是因为在最后的高温焙火（90～100 ℃）工艺过程中，茶氨酸参与了美拉德反应以及发生Strecker降解，进一步与儿茶素类化合物结合形成EPSF类化合物。

咖啡碱和可可碱是茶叶中最主要的嘌呤类生物碱，约占生物碱总含量的95%，同时也是茶叶中最重要的苦味成分。绿茶中咖啡碱和可可碱含量最高，清香乌龙茶和红茶次之，浓香乌龙茶中含量最低。研究表明咖啡碱和可可碱的含量与茶叶的苦味呈正相关，因此，‘水仙’品种制成的绿茶可能会比相应的浓香乌龙茶苦味更明显。

2.2 儿茶素及EPSF类化合物

目前，在茶叶中已鉴定的儿茶素主要包括EC、EGC、ECG和EGCG等。在本研究中，大部分儿茶素化合物，包括C、EC、ECG、EGC、EGCG、ECG3”Me、EGCG3”Me、EGCG4”Me、表没食子儿茶素3-香豆酸酯、表没食子儿茶素3,5-双没食子酸酯等，在绿茶和清香乌龙茶中含量较高，在浓香乌龙茶和红茶中较低。茶叶在发酵过程中，儿茶素类化合物在多酚氧化酶和过氧化物酶的作用下形成复杂的氧化聚合产物，因此，儿茶素的含量与茶叶的发酵程度呈负相关。少部分儿茶素类如GC、GCG在浓香乌龙茶中的含量显著高于其他茶样，主要由于在浓香乌龙茶的高温焙火过程中，表型儿茶素（如EGC、EGCG等）发生差向异构化反应，生成了非表型儿茶素（GC、GCG）。

在茶叶加工过程中，茶氨酸可通过一系列Strecker降解和环化反应形成1-乙基-5-羟基-2吡咯烷酮，进一步在儿茶素的C6或C8位发生取代反应，形成EPSF化合物。有研究表明，EPSF类化合物可能具有抗心血管疾病及预防糖尿病发展的潜力。本研究中，浓香乌龙茶中EPSF类化合物总量最高（（5.64±0.30）mg/g），红茶（（1.81±0.15）m g/g）、清香乌龙茶次之（（1.46±0.09）mg/g），绿茶最低（（0.04±0.00）mg/g）（表1），主要原因可能是由于浓香乌龙茶在焙火过程中，高温促进了茶氨酸降解形成1-乙基-5-羟基-2吡咯烷酮，并与儿茶素反应形成EPSF化合物。

2.3 二聚儿茶素类化合物

在本研究中鉴定出具有显著差异的二聚儿茶素类化合物包括原花青素类（原花青素B 1 、原花青素B 2 、原花青素B 3 、原花青素B 5 、原花青素C 1 ）、茶黄素类（茶黄素、茶黄素-3,3’-双没食子酸酯、茶黄素-3’-没食子酸酯、茶黄素-3-没食子酸酯）、聚酯型儿茶素类（聚酯型儿茶素A、聚酯型儿茶素F）等（图4）。红茶加工过程中，鲜叶中儿茶素类成分发生酶促氧化反应，生成的茶黄素类化合物具有抗菌、抗病毒、调节血脂等多种保健功能，并对红茶的滋味和汤色品质形成具有重要作用。原花青素是一种天然抗氧化剂，可以清除体内过多的自由基并抑制脂质过氧化的发生。原花青素主要赋予茶叶涩味，它在酸性受热条件下会分解成花青素，与茶黄素共同赋予了茶汤多样的颜色，此外原花青素还会影响人体的唾液黏度，从而影响茶叶的滋味感官。在本研究中，茶黄素类化合物在红茶中含量最高，在其他茶中含量较低；原花青素类化合物在绿茶中的含量显著高于其他茶中的含量（图4）。

2.4 黄酮（醇）糖苷类化合物

茶叶中的黄酮（醇）糖苷按照苷元分类，主要包括槲皮素-3-

O

-糖苷、山柰酚-3-

O-

糖苷、杨梅素-3-

O

-糖苷、芹菜素-

C

-糖苷等 。在本研究中，经鉴定筛选后得到黄酮（醇）糖苷类化合物共28 个，大部分槲皮素-3-

O

-糖苷在清香乌龙茶和浓香乌龙茶中含量高于绿茶和红茶；大部分山柰酚糖苷在绿茶、清香乌龙茶和红茶中含量较高，在浓香乌龙茶中含量较低；大部分芹菜素-

C

-糖苷在清香乌龙茶中含量最高，红茶次之，在浓香乌龙茶和绿茶中含量较低；杨梅素-3-葡萄糖苷在清香和浓香乌龙茶中含量较高；杨梅素-3-半乳糖苷在清香乌龙茶中含量最高，绿茶次之，在浓香乌龙茶和红茶最低。有研究表明，随着茶叶发酵（酶促氧化反应）程度的增加，黄酮（醇）糖苷的氧化程度加剧，但糖基和苷元结构对黄酮（醇）糖苷的化学性质和氧化转化的影响尚不清楚，这可能是由于茶叶内源性多酚氧化酶、过氧化物酶对不同苷元黄酮（醇）糖苷反应活性不同 。Fang Zhoutao等 研究发现黄酮（醇）糖苷在绿茶杀青过程中较为稳定，后续的加工步骤对黄酮（醇）糖苷变化影响也较小。总体来看，大部分黄酮（醇）糖苷在清香乌龙茶中含量较高，在浓香乌龙茶中含量较低，这可能导致由‘水仙’品种茶制成的浓香乌龙茶具有更低的苦涩味。

2.5 其他化合物

本研究中，大部分的脂类如甘油二酯、溶血磷脂酰胆碱在乌龙茶中含量较高，溶血磷脂酰胆碱在红茶中含量最高（图4），有研究表明，脂类与茶叶的鲜味呈正相关，表明‘水仙’品种茶制成的浓香乌龙茶和红茶可能更加醇厚鲜香 。有机酸是茶叶中一种水溶性化合物，是茶叶香气和滋味的重要成分之一，尤其对于酸味的形成具有重要作用 。大部分有机酸在浓香乌龙茶中含量较低，可能在浓香乌龙茶焙火过程中发生了降解反应，导致含量降低。没食子酸是茶叶中主要的酚酸类化合物，在红茶中含量最高，浓香乌龙茶和清香乌龙茶中次之，在绿茶中最低，可能是由于酯型儿茶素在茶叶发酵过程中发生水解反应生成没食子酸 。

结 论

本研究采用基于UPLC-Q-TOF/MS的代谢组学方法结合化合物绝对定量分析，对‘铁观音’和‘水仙’品种茶叶及‘水仙’品种制成的绿茶、清香乌龙茶、浓香乌龙茶、红茶的化学成分及含量差异进行比较分析。共鉴定出156 个化合物，包括儿茶素类、二聚儿茶素类、氨基酸类、生物碱类、酚酸类、有机酸类、香气糖苷类、EPSF类、黄酮（醇）糖苷类、脂类和其他类化合物。通过OPLS-DA发现‘铁观音’和‘水仙’品种茶叶之间的化合物存在显著差异，‘铁观音’品种茶叶含有更丰富的生物碱类和脂类化合物，‘水仙’品种茶叶中儿茶素类、黄酮（醇）糖苷类和EPSF类化合物含量较高。进一步以‘水仙’茶为对象研究不同加工工艺对化学成分的影响，4 种茶在PLS-DA得分图第1主成分上具有显著分离的趋势，对127 个显著差异化合物进行热图聚类分析，结果表明大部分儿茶素类、原花青素类、生物碱类及部分氨基酸类化合物在绿茶中的含量显著高于其他茶叶；部分氨基酸类及黄酮（醇）糖苷类化合物在清香乌龙茶中含量相对较高；浓香乌龙茶中的EPSF类、部分黄酮（醇）糖苷及脂类化合物含量更高；而红茶中则含有更丰富的茶黄素类化合物。本研究较为系统地阐明了茶树品种及加工工艺对茶叶化学成分及品质特征的影响，多角度揭示了茶叶代谢物的变化规律，可为消费者合理、正确认识茶产品提供理论依据和参考。

本文《 基于代谢组学的‘铁观音’和‘水仙’ 品种茶叶化学成分解析 》来源于 《食品科学》2023年45 卷第 4 期 1 71 - 182 页，作者： 周 闯 ，赵燕妮 ，周梦雪 ，彭佳堃 ，陈 丹 ，王 哲 ，林 智 ，陈雪峰 ，戴伟东 。 DOI: 10.7506 / spkx1002-6630-20230511-099 。 点击下方 阅读原文 即可查看文章相关信息。

实习编辑；云南师范大学生命科学学院 母朵银；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

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