基于感官组学与化学计量学联用解析五种商品红茶风味差异及其形成机制

本研究针对商品红茶风味形成机制不明及品质参差问题，通过整合感官评价、UPLC和GC×GC-QTOFMS技术，系统性分析了五种中档商品红茶（遵义红茶、祁门红茶、正山小种、凤庆滇红、黄埔红茶）的风味特性。研究鉴定出可溶性糖、没食子儿茶素没食子酸酯(GCG)、游离氨基酸、咖啡碱和黄酮类作为关键呈味成分，并筛选出165种挥发性物质中51种关键香气活性化合物。结合VIP值、ROAV分析和GC-O技术，首次构建红茶香气轮，明确芳樟醇、苯乙醇等7种核心香气物质及其代谢通路。该研究为红茶风味品质标准化控制和消费者选购提供了科学依据，对茶产业质量控制与市场规范具有重要意义。

　　

红茶作为全球最受欢迎的饮品之一，占据了茶叶消费总量的75%以上，在六大茶类中无论是产量还是消费量都占据主导地位。然而市场上红茶产品品质参差不齐，价格从每公斤45美元到55美元的中档产品到高档产品相差数十倍，存在着品质与价格不匹配的市场乱象。不同品种的红茶虽然具有各自独特的风味特征——如遵义红茶的蜜香、祁门红茶的高香、正山小种的松烟香、凤庆滇红的金毫显和黄埔红茶的高甜香，但其风味形成机制一直缺乏系统性的科学研究。这种研究空白严重制约了红茶产品质量控制的提升和消费者购买决策的科学依据建立。

为了深入解析红茶风味的化学本质，湖南农业大学茶学教育部重点实验室的研究团队在《Food Chemistry: X》上发表了最新研究成果。他们采用多学科交叉的研究策略，整合感官组学与化学计量学方法，对五种具有代表性的中档商品红茶（ZY遵义红茶、QM祁门红茶、ZS正山小种、FQ凤庆滇红、HP黄埔红茶）进行了全面系统的风味特性解析。

研究采用了多种先进技术方法：通过传统感官评价和定量描述分析(QDA)对样品进行风味特性评定；采用超高效液相色谱(UPLC)检测19种非挥发性代谢物(NVMs)，包括宏量成分、儿茶素、茶黄素、没食子酸和茶氨酸；运用全二维气相色谱-四极杆飞行时间质谱(GC×GC-QTOFMS)结合顶空固相微萃取(HS-SPME)技术分析挥发性代谢物(VMs)；采用气相色谱-嗅闻(GC-O)技术鉴定香气活性化合物；通过相对气味活度值(ROAV)和变量重要性投影(VIP)分析筛选关键风味成分；最后利用主成分分析(PCA)和偏最小二乘判别分析(PLS-DA)进行多元统计分析。所有样品均来自国内不同企业，价格统一在45-55美元/公斤范围内，共计18个样品。

3.1 感官评价

研究首先通过感官评价筛选出最具代表性的样品。传统感官评价显示：ZY外形条索紧结、乌黑油润，甜香稍鲜，滋味醇厚；QM外形紧细、乌润，香气高持久带花香，滋味甜醇；ZS粗壮、棕褐，具独特松烟香，滋味醇和；FQ紧结、棕褐，香气纯正持久，滋味稍涩、厚重；HP紧实、乌黑，甜香突出，滋味厚重。感官评分在87-91分之间，虽然评分随价格略有上升，但不足以证明价格完全取决于品质。

定量描述分析(QDA)进一步揭示了滋味和香气的细微差异：滋味以甜、醇、鲜为主，ZS甜味最强，ZY鲜味最高，QM醇味最突出；香气方面，ZY以甜香为主，QM花香最浓，ZS具独特松烟香，FQ呈现花香果香平衡，HP则表现为甜香主导的复杂香型。

3.2 非挥发性代谢物概述

研究检测了19种NVMs，包括宏量成分、儿茶素、茶黄素、没食子酸和茶氨酸。水浸出物含量反映茶汤丰富度，ZS含量显著低于其他样品，这与其醇厚度评分较低一致。茶多酚是苦味主要来源，ZS含量最低，苦味评分也最低。游离氨基酸显著影响鲜甜味，ZY和QM含量最高，这与其鲜味表现相符。黄酮类增强茶汤颜色和涩味，FQ含量最高，涩味最强，HP含量极低，涩味最弱。

儿茶素分析发现，简单儿茶素包括表没食子儿茶素(EGC)、表儿茶素(EC)和DL-儿茶素(DL-C)，酯型儿茶素包括表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)、没食子儿茶素没食子酸酯(GCG)和表儿茶素没食子酸酯(ECG)。FQ的EGC、DL-C、EC和ECG含量较高，这与其稍涩、厚重的滋味特征相关。ZS的低含量儿茶素贡献了其甜醇口感。

茶黄素分析发现，ZS中未检测到茶黄素，这可能与其传统工艺中的"过红锅"和"熏焙"步骤加速氧化有关。这些步骤可能促进茶黄素进一步转化为茶红素和茶褐素，同时松烟中的化学成分可能与之结合或高温促进降解。

没食子酸(GA)和咖啡碱是酸味和苦味的重要贡献者。ZY的GA和咖啡碱含量最高，这可能是其涩味的重要来源；ZS含量最低，酸味和苦味评分也最低。茶氨酸贡献鲜味，ZS和FQ含量较低，HP含量较高，与鲜味评分一致。

多元统计分析显示，五种红茶能够明显区分。PLS-DA结合交叉验证分析表明模型可靠。VIP值分析鉴定出可溶性糖、GCG、游离氨基酸、咖啡碱和黄酮类为特征呈味成分(VIP>1)。

3.3 挥发性代谢物概述

3.3.1 VMs鉴定与定量分析

共鉴定出165种VMs，包括32种萜烯、28种醇、27种酯、16种芳香烃、16种烃、16种醛、12种酮、8种酚、6种杂环化合物和4种其他化合物。醇类占总香气化合物的平均比例超过50%，酯类约占11%，其他8类化合物相对一致，约占38%。值得注意的是，咖啡碱在所有样品中对总香气的平均贡献高达11%，研究表明咖啡碱与花香/果香化合物具有显著协同效应。

ZS含有最丰富的香气化合物(108种)，其次是FQ(74)、ZY(72)、HP(70)和QM(64)。除ZS外，其他样品的VMs数量无显著差异。ZS独特的熏制工艺导致了最丰富的VMs种类和迷人的感官特性。所有样品共享34种VMs，以萜烯和酮类为主，这些物质可能是红茶特征香气形成的重要基础。

聚类分析显示样品具有良好的重复性。PCA分析发现ZY和QM重叠，表明它们具有相似的VMs组成，这可能源于相似的加工品种和工艺技术。其他样品间的明显差异表明它们具有不同的VMs谱。

3.3.2 五种红茶中VMs的区分

PLS-DA分析可靠地区分了五种红茶。以VIP≥1.0和p<0.05为标准，共鉴定出51种区分性VMs。前10位化合物包括龙脑(Borneo)、β-紫罗兰酮环氧化物(β-Ionone epoxide)、十五烷(Pentadecane)、2,4-二叔丁基苯酚(2,4-Di-tert-butylphenol)、3,5-辛二烯-2-酮(3,5-octadien-2-one)、芳樟醇氧化物I(Linalool oxide I)、γ-衣兰油烯(γ-muurolene)、环氧芳樟醇(Epoxylinalol)、花侧柏烯(Cuparene)和橙花醛(Neral)。

这些化合物在五种红茶中的浓度存在差异，其种类和浓度的变化可能用于评估红茶品质。龙脑具有松香和薄荷香气，在FQ中含量远高于其他样品，可能是其特征香气活性化合物。在区分性VMs中，芳樟醇氧化物I(甜、奶油、花香)在五种红茶中的平均浓度最高(34.06μg/kg至217.29μg/kg)，是茶中常见挥发性成分，对红茶甜花香形成有积极贡献。

3.3.3 五种红茶中的香气活性化合物

茶的香气特征取决于VMs的比例、含量和ROAV值。共鉴定出41种ROAV>1的VMs，其中7种在所有分析样品中ROAV持续超过1：(E)-呋喃芳樟醇氧化物((E)-furan linalool oxide)、芳樟醇(Linalool)、苯乙醛(Benzeneacetaldehyde)、β-环柠檬醛(β-cyclocitral)、香叶醇(Geraniol)、水杨酸甲酯(Methyl salicylate)和α-紫罗兰酮(α-Ionone)。这些物质是五种红茶基本香气特征形成的必要基础。

ZY、QM、ZS、FQ和HP分别检测到17、20、36、19和14种ROAV>1的VMs，这种数量差异导致了五种红茶香气特征的变化。ZS拥有大量ROAV>1的VMs，这可能是其丰富、平衡香气形成的重要原因。对甲酚(P-cresol，烟熏、药草香)和4-乙基-2-甲氧基酚(4-ethyl-2-methoxyphenol，烟熏香)是ZS独有的，加上三种木质香化合物((E)-芳樟醇氧化物(吡喃型)、愈创木酚、反式-菖蒲烯(trans-calamenene))，共同贡献了ZS独特的烟熏香气。

ZY中有5种VMs的ROAV值大于100，主要呈现花香和果香；QM中有3种ROAV值大于100，其中香叶醇的ROAV值远高于其他样品，这有助于其强烈的花香属性；FQ和HP中ROAV值大于100的物质相似。不同红茶品种中高ROAV值的关键物质相似，因此香气差异大多由含量差异和物质间的协同作用决定。

3.3.4 五种红茶的GC-O分析

通过GC-O技术共检测鉴定出51种香气活性化合物，ZY、QM、ZS、FQ和HP分别有21、22、37、25和22种。香叶醇(花香、果香)、芳樟醇(花香、甜香)和苯乙醇(玫瑰香)在ZY、QM和FQ中具有较高的香气强度，这些高嗅闻强度的物质有助于形成ZY、QM和FQ的花香特性。

HP中芳樟醇(甜、花香)、芳樟醇氧化物I(甜、奶油、花香)、(E)-呋喃芳樟醇氧化物(甜、奶油、花香)和α-紫罗兰酮(甜、花香)构成了前六位嗅闻强度香气活性化合物，这种组成优势从机理上解释了HP在花香强度上的独特优势。

ZS的最高嗅闻强度为β-紫罗兰酮(花香)、香叶醇(花香、果香)和苯乙醇(玫瑰香)。比较分析显示，ZS和HP的整体嗅闻强度低于其他样品。值得注意的是，尽管ZS的香气强度较低，但表现出平衡的香气特征，其多样化 profile 包含8种花香、7种果香、9种甜香和5种木质香香气活性化合物。

41种ROAV值大于1的物质中有30种被嗅闻到。许多挥发性化合物，如香叶醇、芳樟醇和α-紫罗兰酮在GC-O分析和ROAV中均显示高值，表明这两种方法间存在高度正相关。然而，这些结果存在一些差异：评估人员未检测到11种OAV大于1的物质，可能是因为GC-O分析受其主观判断影响。此外，一些ROAV值低于1的物质在GC-O分析中表现出明显的香气强度，这种差异部分源于这些化合物可能具有很高的香气阈值或香气活性化合物结合基质。

3.3.5 五种红茶中的关键香气活性化合物

结合VIP值、ROAV值和GC-O分析结果，筛选出7种关键香气活性化合物：芳樟醇、苯乙醇、芳樟醇氧化物I、α-荜澄茄烯(α-cubebene)、(E)-呋喃芳樟醇氧化物、反式-菖蒲烯和庚醛(Heptanal)。相应地，ZY、QM、ZS、FQ和HP分别鉴定出4、4、6、5和6种香气活性化合物。

基于文献检索，梳理了关键香气活性化合物的代谢途径。糖苷衍生挥发物主要以结合态存在于鲜叶中，在茶叶加工过程中，在生物酶、光和温度作用下发生水解反应，形成游离单萜醇(芳樟醇)和芳香醇(苯乙醇)，进而影响茶叶香气品质。芳樟醇具有花香和木质香，来源于芳樟醇合酶释放的香叶基焦磷酸。芳樟醇氧化物I和(E)-呋喃芳樟醇氧化物来源于芳樟醇在持续高温条件下的氧化聚合。

α-荜澄茄烯通过其强烈的药草和木质香气贡献于肉桂的肉桂香气。其合成途径如下：二甲基烯丙基二磷酸和异戊烯基焦磷酸在法尼基二磷酸合酶作用下酶促反应生成法尼基二磷酸，然后α-荜澄茄烯由萜烯合酶释放的香叶基焦磷酸衍生。

氨基酸衍生VMs一般来源于氨基酸的脱氨、Strecker降解和美拉德反应。苯乙醇具有高花香，被认为是花香的重要组分。芳樟醇、芳樟醇氧化物和苯乙醇是红茶花香果香的主要来源，这与本研究一致。庚醛被认为是与柑橘风味红茶相关的基本气味物质，其主要形成途径是：棕榈油酸经脂氧合酶氧化产生8-氢过氧棕榈油酸，然后经氢过氧化物裂解酶转化。

4 结论

本研究深入解析了五种中档商品红茶的特征风味及其化学基础。感官评价表明样品间存在显著分化：ZY表现出最佳的鲜爽度和突出的甜香；QM以醇厚口感和浓郁花香为特征；ZS呈现独特的松烟香；FQ具有明显的涩感和花果香；HP展现甜醇滋味和多层次香气。鉴定出可溶性糖、没食子儿茶素没食子酸酯(GCG)、游离氨基酸、咖啡碱和黄酮类作为特征呈味成分。通过GC-O分析51种香气活性化合物，基于红茶的6种香气类型构建了香气轮。整合VIP、ROAV和GC-O分析方法，明确将7种关键香气活性化合物确定为五个红茶品种的核心香气决定因子，同时阐明了关键香气化合物的合成途径。

成功应用VIP、ROAV和GC-O分析筛选香气活性化合物，建立了适用于不同红茶品种的通用方法学框架。香气轮有助于消费者更直观地了解不同类型红茶的香气特征。研究结果为红茶风味特性研究和质量控制提供了基础，为研究不同品种红茶的特征奠定了基础。