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研究成果
JAFC - 魏新林研究组采用代谢组学揭示青砖茶加工过程中代谢物和感官品质变化规律
发布时间:2020-04-20 

近日,乐通国际官网魏新林研究组,将基于LC-MS的代谢组学与多元分析相结合,以表征青砖茶的化学成分,并揭示青砖茶加工对其代谢谱和感官品质的影响。相关研究成果以“LC-MS-based metabolomics reveals the distinct changes of metabolic profile and sensory quality during Qingzhuan tea processing”为题发表于Journal of Agricultural and Food Chemistry(1区,IF:3.57)杂志上。上海交通大学在读博士生程利增为论文第一作者,魏新林研究员为通讯作者。

青砖茶(QZT)是主产自我国湖北地区的一种黑茶。传统上,QZT是新疆和西藏地区各族人民日常生活中必不可少的茶饮料。如今,QZT已成为国家地理标志保护产品,并作为一种社会饮品而维持文化传统。最近的研究表明,QZT具有减肥,降血脂,抗糖尿病和抗氧化等功效。黑茶的化学特性和感官品质随茶品种、加工方法和产地的不同而有很大差异。与普洱茶类似,QZT是一种通过微生物发酵生产的黑茶,但它是由不同的茶品种制成的:普洱茶是由Camellia sinensis var. assamica制成的,而QZT是由Camellia sinensis var. sinensis制成。不同茶品种的茶叶在植物化学特征上明显不同。此外,不同种类的黑茶的加工工艺也大不相同。例如,六堡茶是在15-18%的含水量,25-55℃的温度下微生物发酵0.5-0.8天,而QZT在含水量25-35%,50-65℃的温度下微生物发酵15-20天。黑茶加工工艺的这些差异导致其化学成分和感官品质迥异。此外,黑茶是当地微生物发酵而成的,具有明显的地区特征。例如,茯砖茶是由Eurotium cristatum主导发酵,而青砖茶主要Aspergillus fumigatus  Bacillus subtilis.发酵。这些本地微生物的差异显著影响了黑茶的代谢特性和感官质量。由于茶品种、加工方法和产地的这些差异,QZT在化学组成和感官品质方面可能与其他类型的黑茶完全不同。尽管QZT因其独特的风味和健康功效而广受消费者青睐,但对其化学组成以及QZT加工(尤其是微生物发酵)如何影响其代谢谱和感官品质知之甚少。

 

图1 UFT、MFT和QZT的香气(A)、滋味(B)、汤色(C)特征

 

该研究首次表征了QZT的化学组成,揭示了QZT加工过程对其代谢谱和感官品质的影响, 并阐明了关键代谢物在QZT加工过程中的生物转化途径。在QZT加工过程中,多酚和类黄酮含量显著降低,而多糖含量则保持稳定,而茶褐素含量却反而增加。感官评价表明,QZT的感官品质主要是在微生物发酵过程中形成的,该过程极大降低了生茶叶的涩味和苦味,并产生了QZT特有的木质香、陈香和醇厚回甘的滋味(图1)。魏新林研究组采用基于LC-MS的代谢组学分析并结合主成分分析、聚类分析等手段分析茶叶样品的化学组成,他们发现,微生物发酵后的茶样品(MFT)与微生物发酵之前的茶样品(UFT)的代谢谱有显著差异,而MFT与QZT的代谢谱非常相似(图2)。进一步采用OPLS-DA对其代谢谱进行多元分析,从中鉴定出了QZT加工过程含量发生显著变化的102个关键代谢物(34个儿茶素、7个氨基酸、8个生物碱、26个酚类、20个黄酮类和黄酮苷类,和7个其它代谢物):其中,儿茶素和类黄酮的含量显著降低,并且形成了一些新型酚酸和儿茶素衍生物。在青砖茶加工过程中, 原花青素类物质(如procyanidin B2, procyanidin B2 3'-gallate, procyanidin B3, procyanidin B4, and procyanidin B4 3'-gallate)和没食子儿茶素(如CG, EC 3,5-di-gallate, EGC 3,4-di-gallate, and EGC 3,5-di-gallate)在微生物酯酶的作用下,逐渐水解成非没食子儿茶素(如catechin, EC, and EGC)和没食子酸。随后,没食子酸被降解并甲基化为甲氧基酚类化合物。然而,这些儿茶素或被氧化成黑茶特有的色素,或被降解成酚酸。例如,catechin/EC/GC/EGC可通过C-环裂变代谢成diOH-phenylacetic acid,并进一步降解为3,4-diOH-phenylvaleric acid 和3,5-diOH-benzoic acid。另一方面,这些儿茶素在微生物作用下被氧化聚合成茶黄素、茶红素和茶褐素(图3

 

图2 UFT、MFT、QZT关键代谢物的热图分析

 

图3 青砖茶加工过程中代谢物的生物转化途径

 

该研究得到十三五国家重点研发计划项目“茶叶产品质量安全控制技术及健康功能评价应用示范”(No. 2018YFC1604400)的资助,魏新林研究员为该项目首席科学家。

论文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jafc.0c00581

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