通过整合代谢组学和感官组学，揭示萎凋处理对白牡丹茶香气成分的影响

《Food Frontiers》：Unveiling the Impact of Withering Methods on Aroma Profile of White Peony Tea Through Integrating Metabonomics and Sensomics

白茶萎凋工艺对香气的影响研究：通过代谢组学和感官分析发现阳光萎凋（SW）显著降低绿色香气强度，同时增强甜、脂和奶香。OPLS-DA和OAV筛选出月桂烯醇、3-己烯-1-醇、2-己烯醛、苯乙醛和β-离子酮为关键挥发性成分。

　　白茶作为一种中国传统茶类，因其独特的香气和自然风味而备受消费者青睐。在白茶的加工过程中，萎凋是一个至关重要的环节，直接影响其最终的香气特征。尽管已知不同的萎凋方法会对白茶的香气组成产生影响，但具体哪些萎凋参数与香气特征之间存在因果关系仍不明确。本研究通过系统分析，探讨了阳光萎凋（SW）和暗处萎凋（DW）对三种白茶品种制成的白牡丹茶（WPT）香气特征的影响。通过对比分析，发现阳光萎凋显著降低了白牡丹茶中的青草香气强度。结合正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）和气味活性值（OAV）评估，共鉴定了12种具有香气活性的化合物。基于这些化合物构建的香气重组模型成功再现了白牡丹茶的平衡感官特征，包括青草、清新、甜味和脂肪味等。进一步的排除实验进一步揭示了五种挥发性化合物在萎凋过程中对香气变化的关键作用：芳樟醇、（Z）-3-己烯-1-醇、（E）-2-己烯醛、苯乙醛和β-紫罗兰酮。这些发现为理解不同萎凋过程对白茶香气调节机制提供了新的视角。

白茶的香气特征与其加工过程密切相关，尤其是萎凋阶段。在萎凋过程中，茶叶的含水量逐渐降低至约20%，通过一个长时间的受控脱水过程实现。这一阶段的生理应激会引发一系列生化反应，包括关键代谢物的降解和转化，以维持细胞内的稳态。值得注意的是，萎凋会导致茶多酚含量的显著下降，同时促进游离氨基酸的积累，并增强萜烯类化合物的生物合成和α-亚麻酸代谢（Wu et al., 2018; Wang et al., 2019）。近年来，关于萎凋技术对茶叶品质影响的研究日益增多，尤其是对自然萎凋（在控制室内条件下的萎凋，温度为20°C–25°C，相对湿度为70%–80%）与结合萎凋（在阳光和室内交替进行的萎凋，温度为20°C–25°C，相对湿度为70%–80%）之间的比较。研究表明，结合萎凋过程能更有效地促进花香和果香化合物的形成，这归因于萜烯骨架生物合成的激活以及氨基酸衍生挥发性化合物的积累（Wu et al., 2021; Li, Wu et al., 2023）。特别是阳光萎凋的白茶表现出更显著的花香特征，如芳樟醇和芳樟醇氧化物的浓度显著升高（Wu et al., 2022）。这些发现表明，阳光暴露在萎凋过程中是决定最终茶香品质的关键因素。然而，当前关于光诱导质量变化的研究主要集中在非挥发性成分上，而光对香气化合物的影响及其感官意义仍缺乏深入探讨。

在本研究中，我们采用代谢组学和感官分析相结合的方法，系统研究了阳光萎凋和暗处萎凋对白茶香气质量的影响。根据中国国家标准（GB/T 22291-2017），白茶分为四个主要类别，其中白牡丹茶（WPT）产量最高，消费最广。白牡丹茶通常由一芽一叶或一芽两叶制成。考虑到其最能全面体现白茶的典型香气特征，白牡丹茶被选为本研究的代表性材料。茶树品种的遗传背景是最终产品特性的基本决定因素。因此，本研究选择了三种代表性鲜叶材料（Camellia sinensis cv. Fudingdabai、Fudingdahao和Baiye 1）进行系统比较。其中，C. sinensis cv. Fudingdabai和Fudingdahao是传统上用于白茶生产的主导品种。而C. sinensis cv. Baiye 1是一种独特的白化茶树品种，以其独特的叶片颜色为特点，表现出显著的代谢特征，如可溶性糖和游离氨基酸含量较高，同时年轻叶片中的儿茶素（如没食子儿茶素和表没食子儿茶素）含量显著降低（Li et al., 2018）。近年来，该品种在农业上的应用和种植范围不断扩大，因其独特的生化组成而成为小叶品种白茶生产的宝贵遗传资源。

为了准确提取白茶的挥发性成分，我们采用了一种优化的氮气吹扫蒸馏提取（SNDE）方法。该方法能够保持香气成分的原始状态，从而更真实地反映茶香的感官特征，为进一步采用分子感官科学方法进行感官活性成分的全面研究提供了基础（Huang et al., 2021）。此外，我们还进行了正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）、气味活性值（OAV）分析以及香气重组与排除实验，以分析和识别关键香气成分。这些研究结果为理解萎凋过程中挥发性化合物的变化提供了理论依据，并为优化白茶加工参数以提升香气质量提供了实践指导。

在本研究中，我们系统评估了阳光萎凋（SW）和暗处萎凋（DW）对白牡丹茶香气质量的影响。基于五个香气属性（清新、青草、甜味、脂肪味和奶香）对样品进行感官分析。结果表明，三种茶树品种（FD、FH和BY）的白牡丹茶在不同萎凋方法下呈现出一致的香气变化趋势。然而，同品种的样品在两种不同的萎凋过程中，其清新香气强度没有显著差异。值得注意的是，清新香气强度表现出显著的品种依赖性，其中FH品种的太阳萎凋茶（FH-SW）表现出最高的感官评分（6.3 ± 1.2），而暗处萎凋（FH-DW）的清新香气强度为6.8 ± 0.4。相比之下，暗处萎凋样品的青草香气强度显著高于阳光萎凋样品，如FD-DW、FH-DW和BY-DW的青草香气强度分别为9.0 ± 0.0、5.7 ± 1.0和8.0 ± 0.6，而阳光萎凋样品（FD-SW、FH-SW和BY-SW）的青草香气强度分别为2.5 ± 1.0、0.9 ± 0.8和0.2 ± 0.3。此外，暗处萎凋样品的脂肪气味几乎可以忽略不计（平均强度≤0.2），而阳光萎凋样品则表现出显著增强的甜味和脂肪味（平均强度≥5.0和≥3.5）。对于奶香气味，不同品种的样品表现出不同的响应。BY-SW样品的奶香强度显著高于BY-DW样品（5.4 ± 1.2 vs. 0.5 ± 0.6），而FD-SW与FD-DW之间、FH-SW与FH-DW之间的奶香强度差异则不显著（p > 0.05）。综上所述，阳光萎凋显著降低了白牡丹茶的青草香气强度，同时增强了甜味、脂肪味和奶香特征。

通过同时氮气吹扫蒸馏提取（SNDE）与气相色谱-质谱联用（GC-MS）分析，我们鉴定了三种茶树品种制成的白牡丹茶中共46种挥发性化合物，包括12种醇类、9种醛类、10种酮类、5种酯类、1种酚类、1种酸类、3种杂环化合物、3种含氮化合物和2种烃类。图2A显示，醇类、醛类和杂环化合物构成了白牡丹茶中主要的挥发性成分，其相对峰面积（RPA）显著高于其他类别。这些发现与现有文献一致，表明醛类和醇类是白茶中主要的挥发性化合物，占总含量的60%以上（Q. C. Chen et al., 2020）。值得注意的是，不同茶树品种在挥发性成分的相对丰度上存在显著差异。具体而言，FD和FH样品表现出较高的醇类含量，而FD和BY样品则表现出较高的杂环化合物含量。萎凋处理显著影响了挥发性成分的组成。在FH和FD样品中，阳光萎凋显著增加了醇类、含氮化合物和酯类的含量，同时降低了醛类的含量。相反，在BY样品中，阳光萎凋显著提高了醛类的含量，但降低了醇类、酮类、酯类、杂环化合物和含氮化合物的含量。

通过OPLS-DA对挥发性成分进行分析，发现不同品种的样品在得分图中形成了不同的分布模式。BY、FH和FD样品分别分布在第二、第三和第四象限（图2B）。值得注意的是，同品种但采用不同萎凋方法的样品形成了明显的离散聚类。层次聚类分析（HCA，图2C）进一步确认了这些挥发性成分在样品中的差异。

为了识别关键香气化合物，我们采用了化学计量学方法，结合S-图和变量重要性投影（VIP）分析。S-图展示了变量与预测得分之间的协方差和相关性，揭示了远离原点（|p(corr)| ≥ 0.5）的化合物在样品区分中的显著贡献，被视为潜在的特征标记。我们的分析在FD-DW与FD-SW、FH-DW与FH-SW以及BY-DW与BY-SW的比较中分别识别出15、19和21种挥发性化合物满足这一标准（图3B）。随后的VIP分析（VIP > 1.0和< i>p < 0.05）进一步细化了这些结果，最终在每组比较中确定了7、11和7种关键挥发性贡献者（图3C）。综上，我们共获得了16种关键挥发性化合物，包括7种醇类、6种醛类、1种酮类、1种酯类和1种烃类。

通过量化分析，我们进一步确定了这些关键香气化合物的气味活性值（OAV）。OAV ≥ 1的化合物通常被认为对整体茶香具有显著影响（Yang et al., 2022）。在本研究中，基于所有样品的最大检测浓度计算了关键挥发性化合物的OAV。如表2所示，12种挥发性化合物的OAV超过1.0。其中，芳樟醇的OAV最高（741.167），其次是己醛（336.000）和苯甲醛（124.667）。值得注意的是，这三种化合物在结合萎凋过程中已被报道为白茶香气的显著贡献者（Li et al., 2023）。此外，五种挥发性化合物的OAV介于1.0和10之间，包括芳樟醇氧化物（呋喃类，4.878）、1-戊醇（2.017）、苯乙醛（9.250）、甲基水杨酸酯（4.800）和（Z）-3-己烯-1-醇（9.614）。这些化合物的高OAV表明它们在白牡丹茶的香气构成中起着重要作用。

香气重组实验进一步验证了这些关键香气化合物对白茶典型香气特征的贡献。所有12种OAV ≥ 1.0的香气化合物在无味水中以最大检测浓度重新组合。如图4A所示，重组后的香气模型与国家标准（GB/T 22291-2017）定义的白牡丹茶香气特征具有显著相似性。该模型在关键感官属性（如青草、清新、甜味和脂肪味）上表现出中等强度（得分=5.0）。这些结果表明，所鉴定的关键香气化合物成功地重建了白牡丹茶的典型香气特征。

香气排除实验进一步评估了关键香气活性化合物对白牡丹茶整体香气特征的贡献。实验结果表明，当醇类、醛类或酮类被单独排除时，80%、90%和60%的感官评估人员检测到显著差异（p < 0.05）。相比之下，酯类的排除仅被8名评估人员察觉，且未观察到显著差异（p ≥ 0.05）。这表明醇类、醛类和酮类在白牡丹茶的整体香气特征中起着关键作用，而酯类的影响相对较小。对于醇类，排除（Z）-3-己烯-1-醇和芳樟醇的重组模型被10名（p ≤ 0.05）和12名（p ≤ 0.01）评估人员检测到显著差异，这证实了它们在白茶香气中的重要作用。先前的研究已将这两种化合物确定为白茶中的关键香气成分（Q. Chen et al., 2019; Q. C. Chen et al., 2020）。感官分析（图4A）进一步显示，排除（Z）-3-己烯-1-醇会导致青草和奶香强度显著降低，同时增强清新、甜味和脂肪味。相反，芳樟醇的缺乏会抑制清新和脂肪味，但增强奶香和甜味。对六种醛类化合物进行的独立排除实验显示，苯乙醛和（E）-2-己烯醛的排除导致与重组模型相比出现显著差异（表2，p ≤ 0.05）。苯乙醛的缺失并未显著改变奶香的清新和脂肪味，但会导致青草香气增加和甜味减少。这一结果与先前研究一致，表明苯乙醛通常赋予茶叶甜味、果香和花香（Zou et al., 2024）。相比之下，（E）-2-己烯醛因其独特的蔬菜样和青果香气（Q. Chen et al., 2019）而在排除时表现出相反的效果，即减少奶香、青草和清新香气，同时增强脂肪味和甜味。此外，排除β-紫罗兰酮后，重组模型表现出显著变化（p ≤ 0.05，表2），显示出明显的青草和脂肪味增强，以及奶香强度的显著下降（图4A）。

香气排除实验得出的相关分析结果如图4B所示。芳樟醇被确定为清新和脂肪味的关键贡献者。而（E）-2-己烯醛和（Z）-3-己烯-1-醇与青草和奶香表现出强烈的正相关，其中（E）-2-己烯醛还与清新味有显著关联。苯乙醛和β-紫罗兰酮均与甜味表现出显著正相关，但β-紫罗兰酮还与奶香有关，而苯乙醛则更接近脂肪味。值得注意的是，尽管某些OAV > 1的化合物在排除实验中未表现出统计学上的显著影响（p > 0.05），但它们的存在可能通过与其他挥发性成分的协同增强或掩蔽作用对整体香气特征产生影响。

本研究揭示了萎凋方法对白茶香气特征的影响。阳光萎凋显著降低了白牡丹茶中的青草香气强度，同时增强了甜味、脂肪味和奶香的强度。通过SNDE与GC-MS分析，我们鉴定了46种挥发性化合物。OPLS-DA分析揭示了16种关键香气化合物，其中12种具有OAV ≥ 1.0的气味活性化合物被用于构建香气重组模型。该模型成功再现了白牡丹茶的典型感官特征，表现出良好的平衡性，包括青草、清新、甜味和脂肪味。香气排除实验进一步确定了五种关键挥发性化合物，它们对萎凋方法引起的香气差异起着决定性作用：芳樟醇、（Z）-3-己烯-1-醇、（E）-2-己烯醛、苯乙醛和β-紫罗兰酮。值得注意的是，这些化合物在不同香气属性中表现出多维贡献，对多个香气特征产生同时影响。