劉忠英,楊 婷,戴宇樵,方仕茂,劉亞兵,冉乾松,李 琴,沈 強,潘 科

(貴州省茶葉研究所,貴州貴陽 550006)

滋味是評價茶葉品質的重要指標之一。茶湯滋味由溶解于茶湯中的化學物質組成決定,而物質組成因產地、生境、茶樹品種、采摘季節(jié)、加工工藝、貯藏條件等因素影響呈現(xiàn)差異,使得茶葉滋味品質不一,各具特色。人們常以評價茶葉滋味來指導茶葉的生產、加工、銷售和貯藏過程。

21世紀以來,食品感官科學、茶葉化學、描述性感官分析等學科將感官審評與檢測分析相結合,并廣泛應用于茶葉特征香氣[1-3]、滋味物質識別[4-6]、鑒定及重組上[7-8],逐漸闡明茶葉特征風味,基本實現(xiàn)了茶葉品質的量化評價,從而更加客觀地評定茶葉風味品質。但針對茶葉滋味方面的研究仍缺乏系統(tǒng)性,有關從分子層面揭示茶葉滋味特征的報道仍較少,使得對茶葉滋味的研究,已遠遠滯后于產業(yè)的快速發(fā)展。由此,本文基于分子感官科學研究體系,從茶葉滋味的呈味物質入手,主要介紹了關鍵滋味物質的呈味特性、相互作用關系、重組與應用研究進展,并分析分子感官科學在茶葉滋味品質研究上的應用前景,旨在為從分子水平深剖茶葉滋味的研究提供參考。

1 分子感官科學簡介

分子感官科學,最初由德國慕尼黑理工大學分子感官科學實驗室的Peter Schieberle教授[9-10]于2007年提出,其研究思路是在分子水平上定性、定量深入剖析、描述風味,篩選出關鍵風味物質,結合化學手段對關鍵風味物質進行重組和評價,并應用于產品品質的質量控制上[11-12]。其技術基礎依賴于高選擇性、高通量、高靈敏度的檢測分析方法的廣泛應用,如反相液相色譜、液相色譜-質譜聯(lián)用技術、核磁共振等技術是分子感官科學重要技術手段[13-15],從而使研究者從分子層面揭秘蘊藏在食品風味背后深刻的化學本質。

表1 茶湯中主要兒茶素組分識別閾值及滋味活度值Table 1 Recognition threshold and taste activity value of main catechins in tea soup

Peter Schieberle教授成功運用分子感官科學深入剖析和重組了日本龜甲萬醬油[8]、法國Prunus ameniaca杏中的關鍵香氣化合物[9],并成功應用于產品生產儲藏過程中的質量控制。2019年,Kejing An等[16]用分子感覺科學鑒定荔枝熱殺菌汁的關鍵香氣物質,Li等[17]運用分子感覺科學[18]技術,采用氣相色譜-嗅覺測定(GC-O)和氣相色譜-質譜(GC-MS)相結合,鑒定了國京芝麻香型白酒的主要香味物質。Zhai等[19]應用分子感覺科學技術,發(fā)現(xiàn)香椿的氣味活性值(OAVs)2-異丙基-3-甲氧基吡嗪、丁香酚和β-紫羅蘭酮最高,并對總香氣進行重組實驗,成功地鑒定和定量了各自關鍵的加臭劑。毛世紅[20]通過GC-O分析了川紅工夫的香氣關鍵變量,并進行重組構建,指紋圖譜技術探究其相似度,應用于工夫紅茶的質量控制中,這些研究使得分子感官科學在食品香氣上得以充分發(fā)展和應用[21-23]。但是利用分子感官科學研究體系在茶葉滋味上的研究仍鮮見報道,僅停留在將分子感官科學部分技術應用于茶葉特征滋味物質的鑒定上,尚不夠系統(tǒng)、全面、深入,目前仍處于理論水平上,實際應用難度較大。

2 基本味覺的形成

味覺是由水溶性物質刺激口腔中味蕾而產生的一種生理感覺,能感知和區(qū)別的基本味覺，分為甜(sweet)、苦(bitter)、酸(sour)、咸(salty)和鮮(umami)5種。不同呈味物質的味覺受體及信號傳導通道各不相同,甜味受體T1R2/T1R3[24],鮮味受體是T1R1/T1R3異聚體受體[25],苦味受體是T2R1[26-27]。除基本味之外,茶湯中能夠被人感知的還有澀味,而澀味與辣、麻味一樣屬于觸覺,而非味覺,它并不通過舌頭上的味蕾產生,而是由于口腔中的上皮細胞暴露在含明礬或多酚類物質的溶液中所產生的起皺、粗糙的復合感覺[28]。

3 茶葉滋味屬性

茶葉滋味是茶湯水溶性呈味物質對人體各味覺受體的綜合作用效應,是評價茶葉品質的重要指標之一。國內外學者一致認為,苦、澀、鮮、甜是茶葉中主要滋味屬性,且各滋味間強度關系為:澀味>苦味>鮮味>甜味[22]。而多酚類、生物堿類、氨基酸類、碳水化合物類和有機酸類等,又是構成綠茶茶湯的主要滋味物質,因其組成、含量、閾值的不同而對茶湯滋味的貢獻程度不同[29-30]。其中,苦澀味的EGCG、苦味的咖啡堿及鮮味的L-谷氨酸是構成綠茶茶湯滋味的關鍵物質。常以滋味活度值(濃度/閾值)來衡量滋味物質貢獻度,活度值越高,該物質對整體滋味的影響越大,通過滋味稀釋分析和比較滋味稀釋分析法,比較各滋味物質貢獻率大小,以篩選和鑒定食物風味中的關鍵作用物質。

4 茶湯關鍵滋味物質研究

4.1 兒茶素類

多酚類由兒茶素類(黃烷醇類)、黃酮醇類、花青素類和酚酸縮酚酸類組成,是構成茶葉滋味品質主要物質[31-32]。其中,兒茶素是黃烷醇類物質,是一類2-苯基苯并吡喃的衍生物,占茶多酚總量的70%～80%,是綠茶茶湯多酚類的主體物質,兒茶素的組成和氧化聚合程度直接影響茶湯滋味。茶湯苦澀味強度隨兒茶素濃度增加而增強[27]。Narukawa等[27]研究指出相同濃度下4種兒茶素滋味強度順序為:ECG>EGCG>EC>EGC,且這4種兒茶素的滋味強度均隨濃度的增加而增強[33-34]。

兒茶素類物質同時存在苦味和澀味兩種滋味屬性,不同兒茶素苦澀味閾值不同,茶湯中主要兒茶素組分識別閾值及滋味活度值如表1所示,其主要兒茶素的苦味閾值在190～1630 μmol/L之間,澀味閾值在115～860 μmol/L之間。酯型兒茶素的閾值低于非酯型兒茶素,苦味和收斂性都強于非酯型兒茶素,在茶湯中含量較高,是影響茶湯苦澀味的關鍵化學成分[35-36]。Susanne等[37]研究表明,EGCG的滋味活度值下限大于3,其他4種兒茶素EGC、ECG、EC、GCG的閾值上限大于1,主要貢獻茶湯苦味強度;且兒茶素與苦澀味呈顯著正相關,與鮮味、甜味呈顯著負相關[38]。

在紅茶中,兒茶素類及其氧化產物茶黃素主要呈現(xiàn)澀味,是紅茶滋味呈鮮爽和收斂性的主要物質,使得茶湯甜醇帶鮮;而殘留的兒茶素,主要表現(xiàn)為爽口和刺激性。就茶湯澀味而言,茶黃素所占比例不到0.02%,對澀味貢獻度較低[12];此外,茶黃素及其沒食子酸酯可與咖啡堿,形成茶乳酪,改善茶湯的滋味和口感[20,39]。

表2 茶湯中主要氨基酸組分識別閾值及滋味活度值Table 2 Recognition threshold and taste activity value of main amino acid components in tea soup

4.2 氨基酸類

氨基酸類是唯一一類呈現(xiàn)鮮味、甜味、苦味和無味4種味感的物質,不同的氨基酸滋味屬性及味覺閾值均存在差異,但總體呈現(xiàn)鮮甜,苦味氨基酸組分對苦味的貢獻較小[40]。

茶氨酸是游離氨基酸的主體物質,占50%左右,茶氨酸、谷氨酸、天冬氨酸是茶湯鮮味的主要貢獻者[41]。谷氨酸、茶氨酸/氨基酸總量比值(Thea/aa)及鮮味氨基酸總量/氨基酸總量比值(Umami/aa)與黃茶滋味鮮感呈相關性[42]。游離氨基酸對紅茶茶湯呈“清鮮”味感特征。一直以來,茶氨酸被認為是茶湯鮮味的呈味物質,并把它作為評價綠茶鮮爽度的重要標志,但劉爽等[43]研究表明,脯氨酸、甲硫氨基酸、丙氨酸、絲氨酸也是綠茶鮮爽味的特征成分,茶氨酸、甘氨酸、脯氨酸等與谷氨酸共同存在于茶湯;而谷氨酸的濃度高于閾值,茶氨酸卻是閾值遠遠高于濃度,由此認為,谷氨酸是鮮味的直接呈味氨基酸,而非茶氨酸。徐文平等[44]在分析春夏茶苦澀味差異性化學成分表明,甲硫氨酸含量春茶高于夏茶。茶湯中主要氨基酸組分識別閾值及滋味活度值,詳見表2。

4.3 咖啡堿

咖啡堿屬于三甲基黃嘌呤堿化合物,占干物質的2%～5%[49],是茶葉中的主要生物堿;咖啡堿無臭、呈苦味,夏茶含量較高,其苦味閾值是97 mg/kg,被認為是主要的苦味物質。

目前研究表明,咖啡堿屬同質物質,即只呈苦味;但其濃度的高低與苦味強度沒有相關性[44,50],其主要原因是咖啡堿的羰基(C=O)易與茶湯中兒茶素、氨基酸等化合物的羥基(-OH)發(fā)生締合作用(可以多個締合),咖啡堿自身在有礦物質和糖類存在下可形成二聚體,水的氫健也會促進咖啡堿間的結合,降低茶湯在中自由態(tài)的咖啡堿含量,弱化咖啡堿的苦味呈現(xiàn)。此外,楊亞軍等[51]研究發(fā)現(xiàn),咖啡堿含量在3.8%～1.5%之間時,茶湯粗澀感降低,鮮爽度增強。

5 茶湯中其他呈味物質研究

5.1 黃酮類

黃酮類物質是黃酮苷類和黃酮醇類的總稱,黃酮苷化合物呈柔和澀味,可增強咖啡堿苦味。黃酮類物質閾值較低,在0.00115～19.80 μmol/L之間[40],其組分中的槲皮素-3-O-蕓香糖苷、楊皮素-3-O-半乳糖苷和槲皮素-3-O-半乳糖苷的滋味活度值均高于10,可能是茶湯滋味的重要貢獻物[52]。槲皮素-3-O-蕓香糖苷在紅茶中的滋味活度值最大,高達70490.6。

5.2 酚酸

茶葉中的酚酸類物質有沒食子酸、單寧酸和綠原酸等。其中,沒食子酸呈酸味,濃度較高時有苦澀味;單寧酸和綠原酸呈苦澀味,并隨著濃度的增加而增強[53]。

5.3 花青素類

花青素是一種天然植物水溶性色素,在紫鵑[53]、紫芽等紫化類茶樹中含量較多,約為0.5%～1.0%,是紫色芽葉苦澀味的主要呈味物質[54-55]。

5.4 糖類

茶葉中糖類物質由單糖和多糖組成,綠茶中游離糖含量蔗糖>葡萄糖>果糖>麥芽糖,均無顯著性差異[56]。在黃金芽加工的工夫紅茶中，麥芽糖含量最高,茶湯中游離的糖類物質和甜味氨基酸與甜味強度呈顯著正相關[57]。Scharbert等[37]認為茶葉中糖含量較低,且其閾值高于茶湯中含量,DOT值小于0.1,糖類對甜味強度的影響很小。

5.5 有機酸類

茶葉中的有機酸包括沒食子酸、草酸、蘋果酸、抗壞血酸、乳酸、琥珀酸等,大約占茶葉干物質總量的3%。其中,與鮮味呈顯著正相關的是:沒食子酸、琥珀酸、抗壞血酸、乳酸、琥珀酸;與甜味呈顯著正相關的是:沒食子酸、抗壞血酸;草酸與苦味呈正相關,與甜味呈顯著負相關[56]。毛世紅等[20]研究發(fā)現(xiàn),L-蘋果酸、草酸和天冬氨酸滋味活度值均大于1,其中屬L-蘋果酸的滋味活度值最高,達30.1,是工夫紅茶主要的酸味成分;其次為沒食子酸和丁二酸。

綜上所述,茶葉中的苦味物質主要為咖啡堿、苦味氨基酸、兒茶素、黃酮類、酚酸、花青素;澀味物質主要為兒茶素、澀味氨基酸、黃酮類、酚酸、花青素;甜味物質主要有甜味氨基酸、糖類、部分有機酸;酸味物質主要有酸味氨基酸、部分有機酸。

6 滋味物質間相互作用關系研究

6.1 EGCG與其他滋味物質的相互作用關系

茶湯滋味是茶湯中可溶性物質的綜合體現(xiàn),物質之間的相互作用可分為協(xié)同、加和、抑制三種。EGCG是茶湯滋味的重要參與者,現(xiàn)有研究中滋味物質間的相互作用大多圍繞EGCG展開。谷氨酸在高濃度條件下,可顯著降低EGCG的苦味,而對其澀味影響不顯著;咖啡堿弱化鮮味能力強于EGCG,但二者均不顯著[58]。蔗糖與EGCG之間存在互相抑制作用,蔗糖只降低低濃度EGCG 苦味,而對其澀味弱化作用不明顯[59]。蘆丁與 EGCG之間的影響均不顯著[59]。而EGC和苦味表現(xiàn)為負相關,推測是由于其自身苦味閾值高,且與生物堿形成氫鍵而發(fā)生了苦味消隱的作用[60]。

6.2 咖啡堿與其他滋味物質的相互作用關系

咖啡堿雖唯一呈現(xiàn)苦味的物質,但在茶湯中,不是單獨作用,而是與其他滋味物質的綜合效應?？Х葔A與EGCG混合后的苦味呈現(xiàn)強度均高于單一物質的,但又低于二者苦味之和[61]。咖啡堿能夠增強茶氨酸的鮮味,少量降低茶氨酸的甜味,而茶氨酸卻少量降低咖啡堿的苦味[62];咖啡堿對谷氨酸呈味效應的影響大于谷氨酸對咖啡堿的[56]。黃酮苷可增強咖啡堿的苦味[40],蘆丁可以顯著增加咖啡堿的苦味強度[59]。蔗糖增強咖啡堿的苦味,同時咖啡堿也少量增強蔗糖的甜味。

6.3 氨基酸類與其他滋味物質的相互作用關系

茶氨酸和蔗糖間存在鮮甜味的協(xié)同作用[63],低濃度的谷氨酸使蔗糖溶液的甜味強度呈先增加后降低的變化,當蔗糖和谷氨酸均處于高濃度條件下,顯著降低了咖啡堿的苦味強度[59]。茶氨酸、甘氨酸、脯氨酸等與谷氨酸共存于茶湯中,對谷氨酸鮮味的呈現(xiàn)具有協(xié)同增效作用[43]。

6.4 離子與滋味物質的相互作用關系

整體而言,茶湯滋味的醇度、甘度和濃度與水浸出物、EGCG、咖啡堿、GCG、ECG和茶多酚6種物質含量具有較強的相關性[66]。楊悅等[67]通過描述性分析認為,茶湯濃度與水浸出物、EGCG、EGC、βG顯著相關;苦度與EGC、GC、可溶性糖顯著相關;澀度與茶多酚、水浸出物、βG、EGCG、ECG顯著相關;鮮度與氨基酸、可溶性糖、水浸出物顯著相關;茶湯整體滋味品質與鮮味呈顯著正相關,與苦味呈顯著負相關[43]。阮宇成等[68]研究發(fā)現(xiàn),茶多酚含量在20%～25%之間,基本可達到綠茶茶湯濃度要求,在此之上,提高氨基酸含量,即可提高綠茶鮮爽口感?？梢?滋味物質間的相互作用較為復雜,滋味物質間的味感互作如圖1所示,目前的研究大部分集中在在單一物質之間的相關性層面;未來,針對不同呈味物質之間的組成比例關系,多元多級滋味物質單體之間的相互作用關系,及呈鮮物質與呈香物質之間的協(xié)調關系等方面的研究都需要不斷深入開展下去。

圖1 滋味物質間的味感相互作用[69]Fig.1 Interaction between taste substances

表3 綠茶關鍵滋味物質重組研究Table 3 Research on recombination of key taste substances of green tea

7 茶湯關鍵滋味物質重組研究

風味重組是分子感官科學的關鍵技術,其是對影響食品風味的關鍵物質進行定性定量分析后,對其風味進行模擬重構,結合主成分分析、聚類分析和偏最小二乘判別法等統(tǒng)計方法評價模擬樣和原樣的差異性,并對模型進行驗證和調整。

由表3,對綠茶滋味特征物質的重組與構建,結合數(shù)理統(tǒng)計學方法,已逐步從線性方程到多元函數(shù)模型而深入開展,構建模型的相關系數(shù)不斷提高,可以預算出極大值與極小值。但在模型建立過程中,往往因變量過多,或為了提高模型效能,不得不損失大量有價值的變量,而導致模型應用范圍太窄,使得模型仍處于理論水平的研究[73-74]。

8 茶湯滋味物質重組與應用

茶湯滋味物質的重組與應用主要體現(xiàn)在拼配環(huán)節(jié)。拼配是對滋味物質重組后應用的關鍵技術,同時拼配也是茶葉生產和經(jīng)營中的重要工序。根據(jù)標準茶樣,將不同原料、不同加工技術的茶,拼合成特定花色等級的成品茶,以達到“揚長避短”、“高低平衡”,穩(wěn)定茶葉品質的目的。

傳統(tǒng)的拼配技術僅處于應用層面,未與茶葉拼配過程內含成分的變化緊密聯(lián)系起來,常依賴于拼配人員個人的經(jīng)驗和主觀判斷,使拼配結果呈偶然性,產品穩(wěn)定性較差,無法定量化、標準化。為此,西南大學童華榮團隊[35,58,75-78]在準確分析茶葉滋味特征,建立重組模型后,采用混料均勻設計方法拼配出符合模型的綠茶和工夫紅茶產品,來對模型進行驗證,這為以評價滋味物質為基礎的,茶葉量化拼配技術奠定了基礎。

9 展望

隨著分子感官科學的不斷發(fā)展,該學科綜合了食品風味化學、分析化學、感官組學,從分子層面入手,深入剖析關鍵風味作用物質,并對其進行重組和應用,更為深入和系統(tǒng)的研究體系得到了國內外學者的認可。但目前利用分子感官科學研究體系在茶葉風味上的研究尚不夠系統(tǒng)、全面,僅集中在特征風味物質的描述和鑒別,對于茶葉風味的質量控制和消費者喜好性研究應用仍較少。因此,亟需不斷將分子感官科學應用于茶葉滋味研究中,不僅有利于提高茶湯質量,更符合市場需求,以開發(fā)出滿足消費者喜好的茶葉產品。

分子感官科學也面臨著茶葉感官審評的時效性和主觀性的困境,為了彌補傳統(tǒng)感官審評和化學成分檢測在鑒別茶葉滋味品質上的不足,研究者們已先后組建了專業(yè)的茶葉感官評價小組,進一步梳理了茶葉滋味描述詞,及建立對應的參比體系,將茶葉內含成分與專家感官審評建立相關關系[20,59,79-81]。隨著電子舌等快速、準確、智能化檢測技術在茶葉中的廣泛應用,為深入探究茶葉滋味特征物質之間的相互作用機理,剖析茶葉滋味特征,穩(wěn)定茶葉品質,提高茶葉質量,未來將茶葉內含成分定性定量與專業(yè)感官評價小組和電子舌等建立一一對應關系,并以消費者喜好性為導向,構建茶葉滋味特征評價模型,并應用于茶葉數(shù)字化拼配中,將會成為分子感官科學研究體系應用于茶葉滋味研究的重要方向。