基于代谢组学与电子舌技术的橘红茶滋味差异解析：不同红茶原料来源的影响

《Food Chemistry: X》：Metabolomics and electronic tongue analysis show taste differences in Juhong tea from various black tea sources

　　

英文摘要翻译： 代谢组学与电子舌分析揭示不同红茶来源橘红茶的滋味差异 来自不同红茶基质的四种橘红茶（Juhong tea）表现出截然不同的滋味特征。研究人员采用广泛靶向代谢组学（widely targeted metabolomics）技术，鉴定出193种关键差异非挥发性代谢物。茶氨酸（theanine）、橙皮苷（hesperidin）及茶黄素（theaflavins）与橘红茶的滋味特征及抗氧化活性密切相关。 橘红茶作为一种再加工复合茶，近年来在中国茶叶市场日益受到青睐。其最早的代表性产品为产自云南、广东及福建等地的柑普茶（Ganpu tea）。传统制备工艺通常涉及挖取新鲜柑橘果肉并以普洱茶填充，随后经日光萎凋、控温烘焙或直接干燥处理。消费者对多样化风味及健康功能的日益增长的需求，推动研发从普洱茶拓展至更广泛的茶叶组合。其中，橘红茶作为柑橘皮与红茶的创新拼配产品，正日益受到关注。该组合不仅继承了红茶的甜醇特性，还赋予产品柑橘皮中的活性成分。然而，与柑普茶相比，橘红茶在茶基、柑橘品种及风味化学方面存在差异。目前，针对橘红茶的系统性研究仍较为缺乏。 茶叶富含多种次级代谢产物，包括茶多酚、生物碱、游离氨基酸、酚酸、有机酸及鞣质等，这些成分与茶叶品质密切相关。这些生物活性化合物共同塑造了优质茶产品所特有的复杂滋味特征与独特风味属性。与此同时，柑橘皮作为生物活性成分的丰富来源，尤其是黄酮类化合物、酚酸及其衍生物，展现出广泛的治疗潜力，涵盖抗氧化、抗癌、抗炎及抗动脉粥样硬化等活性。橘红茶通过将红茶填充至新鲜柑橘皮内并进行烘焙加工而成。这种独特的加工方式整合了茶叶与柑橘果皮的代谢属性。红茶发酵过程中生成的茶黄素、茶红素及多酚衍生物提供抗氧化与助消化功效，而与富含黄酮的柑橘皮共处理则创造了更为复杂的风味特征并增强了产品的生物活性含量。具体而言，柠檬烯（limonene）等单萜类挥发性物质显著增强了茶汤的果香饱满度。同时，橙皮苷等黄酮类化合物与茶叶中的游离氨基酸协同作用，可调和固有的苦涩味与收敛感，从而形成更为醇和均衡的口感。 当前研究聚焦于柑橘茶产品在干燥及加工过程中生物活性成分与风味特征的变化。不同柑橘品种间挥发油及黄酮类化合物的显著差异直接决定了最终产品的特征性香气与滋味。然而，不同红茶基质如何影响橘红茶的风味特征仍不明确。不同等级及栽培条件下的鲜叶影响红茶品质。研究表明，随着叶片等级从芽头降至第三叶，花香先降后升，而甜香持续下降。同样，电子舌数据与训练有素的感官评价相结合表明，以单芽加工的红茶较一芽二叶更为甜润、鲜爽、果香浓郁且苦涩度较低。此外，遮阴作为提升茶叶品质的重要农艺措施，可显著提高游离氨基酸含量并降低茶多酚含量，从而改善茶叶的鲜爽度。对野生及区域植物资源的传统知识的探索与记录，长期以来为功能性食品开发及植物疗法提供了灵感。比较代谢组学分析揭示了野生与驯化茶树品种间的显著差异。值得注意的是，梯田种植的茶叶在L-谷氨酸、L-脯氨酸、D-缬氨酸及EGCG方面显著富集，这些代谢物与鲜味、涩味及苦味相关，最终使栽培样品呈现出比自然茶品种更为浓烈强劲的风味特征。对橘红茶非挥发性化合物、滋味、色泽及抗氧化能力的系统评估，将有助于满足消费者多样化的风味偏好，并为针对性柑橘茶产品开发提供指导。 现代感官评估技术，如电子舌、电子鼻及色差分析，正逐步变革感官评价方法，因传统方法易受主观干扰。尽管已有众多研究独立探讨了单一柑橘皮品种的代谢物变化及不同红茶来源的特征，但其组合效应——具体而言，不同红茶原料如何影响橘红茶的综合品质特征——在很大程度上仍不清楚。本研究旨在系统评估和比较由四种不同红茶来源制备的橘红茶：传统一芽二叶橘红茶（TJH）、单芽橘红茶（BJH）、野生橘红茶（WJH）及遮阴橘红茶（SJH）。具体研究目标为：（1）利用多传感器评估表征橘红茶的感官特征、电子舌滋味属性及色泽参数；（2）定量核心呈味活性成分，包括游离氨基酸、儿茶素、茶黄素及可溶性糖；（3）利用UHPLC-MS/MS广泛靶向代谢组学技术分析并鉴定非挥发性差异代谢物；（4）评估体外抗氧化能力（DPPH、T-AOC及HSA），并建立关键化学成分与功能属性间的清晰相关网络。最终，本研究旨在揭示橘红茶风味形成的化学基础，为柑橘茶复合加工中的原料选择、质量控制及工艺优化提供坚实的理论基础。

论文解读文章

一、研究背景与问题提出

橘红茶作为一种新兴的柑橘类复合再加工茶，近年来在中国茶叶市场迅速崛起。其前身柑普茶以普洱茶填充柑橘果皮制成，而橘红茶则创新性地将红茶与柑橘皮相结合，既继承了红茶的甜醇特质，又融入了柑橘皮中的活性功能成分。然而，与柑普茶相比，橘红茶在茶基类型、柑橘品种及风味化学构成上均存在显著差异，目前针对橘红茶的系统性研究仍十分匮乏。

茶叶中富含茶多酚、生物碱、游离氨基酸、酚酸、有机酸及鞣质等多种次级代谢产物，这些成分与茶叶品质密切相关，共同塑造了优质茶产品特有的复杂滋味特征。柑橘皮同样是生物活性成分的丰富来源，尤以黄酮类化合物、酚酸及其衍生物为代表，展现出抗氧化、抗癌、抗炎及抗动脉粥样硬化等多种治疗潜力。橘红茶通过将红茶填充入新鲜柑橘皮并经烘焙制成，这一独特工艺整合了茶叶与柑橘果皮的代谢属性，使茶黄素、茶红素等红茶发酵产物与柑橘皮中的黄酮类成分协同作用，形成更为复杂的风味层次并增强产品的生物活性含量。

当前研究多聚焦于柑橘茶在干燥及加工过程中生物活性成分与风味特征的变化，不同柑橘品种间挥发油及黄酮类化合物的差异已被证实直接决定最终产品的特征性香气与滋味。然而，不同红茶基质如何影响橘红茶的风味特征仍不明确。鲜叶等级与栽培条件显著影响红茶品质——研究表明，从芽头至第三叶的等级递减过程中，花香先降后升而甜香持续下降；以单芽加工的红茶较一芽二叶更为甜润、鲜爽、果香浓郁且苦涩度较低。遮阴作为提升茶叶品质的重要农艺措施，可显著提高游离氨基酸含量并降低茶多酚含量，从而改善鲜爽度。比较代谢组学分析亦揭示了野生与驯化茶树品种间的显著代谢差异。因此，系统评估橘红茶的非挥发性化合物、滋味、色泽及抗氧化能力，将有助于满足消费者多样化的风味偏好，并为针对性柑橘茶产品开发提供理论指导。

现代感官评估技术如电子舌、电子鼻及色差分析正逐步取代易受主观干扰的传统评价方法。尽管已有众多研究独立探讨了单一柑橘皮品种的代谢物变化及不同红茶来源的特征，但其组合效应——具体而言，不同红茶原料如何影响橘红茶的综合品质特征——在很大程度上仍不清楚。基于此，研究人员设计并开展了本研究，旨在系统评估和比较由四种不同红茶来源制备的橘红茶，揭示其风味形成的化学基础，为柑橘茶复合加工中的原料选择、质量控制及工艺优化提供理论依据。

二、研究设计与技术方法

研究人员选取鄂茶1号（Camellia sinensis L.）茶树鲜叶为原料，于2024年4月16日统一采收，制备四种橘红茶样品：传统一芽二叶橘红茶（TJH）、单芽橘红茶（BJH）、野生橘红茶（WJH，十年无人为干预栽培）及遮阴橘红茶（SJH，约90%遮光率网覆盖三周）。鲜叶经标准化红茶工艺加工后，于2024年11月填充入直径4.5–5.0 cm的优质南丰蜜橘（Citrus reticulata Blanco）果皮中，经100°C烘焙1小时及60°C烘焙3小时至含水量≤7.0%制成橘红茶成品。

研究采用的主要技术方法包括：传统感官定量描述分析（QDA）与电子舌系统（TS-5000Z，INSENT，日本）结合进行感官品质评估；CM-5分光测色计（Konica Minolta，日本）测定茶汤色差参数；HPLC定量分析游离氨基酸、儿茶素、茶黄素及咖啡碱等主要呈味成分；福林酚比色法测定茶多酚总量；铝盐比色法测定总黄酮含量；蒽酮-硫酸比色法测定可溶性糖含量；考马斯亮蓝法测定可溶性蛋白含量；DPPH自由基清除能力、总抗氧化能力（T-AOC）及羟自由基清除活性（HSA）三种体外抗氧化评价体系；以及基于UHPLC-MS/MS的广泛靶向代谢组学技术，结合主成分分析（PCA）、正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）等多元统计方法进行差异代谢物筛选与鉴定。

三、研究结果

3.1 感官评价与电子舌分析

形态观察与色差分析显示，SJH具有最高的亮度值（L），而TJH在红度（a）和黄度（b*）上显著高于SJH，表明TJH呈现更饱和的色泽。感官评分方面，TJH获得最高的汤色评分（8.98），BJH在香气（8.43）和滋味（8.24）上得分最高，综合感官评分最优。电子舌分析进一步揭示，TJH在甜度（8.85）和丰富度（0.27）上表现突出，风味更为均衡；而SJH甜度最低（2.51）但鲜味最高（6.42），涩味略有增加，表明遮阴抑制光合作用、减少可溶性糖合成并改变氨基酸代谢，使滋味特征从甜味主导转向鲜味主导。

3.2 主要呈味成分分析

氨基酸定量分析鉴定出17种游离氨基酸，分为鲜味、甜味和苦味三类。BJH的鲜味氨基酸总量最高（20.56 mg/g），茶氨酸（Thea）为主要鲜味成分，占鲜味氨基酸总量的86%–89%。BJH的总氨基酸含量（32.69 mg/g）显著高于其他样品。茶多酚含量在BJH中显著富集（44.61 mg/g），而遮阴样品SJH含量最低（约20 mg/g）。值得注意的是，SJH的黄酮含量最高（13.5 mg/g），为BJH的两倍以上，这可能与其更明显的涩味相关。可溶性糖含量呈TJH > BJH > WJH > SJH的递减趋势，与电子舌甜度结果一致。咖啡碱含量在SJH中最高（6.21 mg/g）。WJH的酯型/非酯型儿茶素比值（TEC/TNEC，0.72）显著高于其他样品。三种茶黄素单体（TF3G、TF3'G、TFDG）均呈TJH > WJH > SJH > BJH的递减趋势，TFDG为最丰富的单体，其显著积累可能贡献了TJH明亮的橙黄色泽及爽口鲜活的滋味。

3.3 非挥发性代谢物谱分析

广泛靶向代谢组学共鉴定出520种非挥发性代谢物，涵盖13个类别，其中黄酮类（109种）、生物碱类（76种）、氨基酸及其衍生物（60种）和酚酸类（42种）为主要成分。PCA分析显示四种橘红茶样品呈现明显分离趋势，QC样品紧密聚集，证实分析系统稳定性良好。载荷图表明黄酮类、生物碱类及氨基酸类是驱动四组间代谢差异的主要贡献者。基于VIP > 1、p < 0.05及|log?FC| > 1的筛选标准，共鉴定出193种关键差异代谢物。两两比较显示，BJH vs. TJH、SJH vs. TJH及WJH vs. TJH分别有156、158和89种差异代谢物，其中黄酮类化合物的变化最为显著。

3.4 共有及关键非挥发性代谢物分析

在黄酮类差异代谢物中，WJH积累了最多的高丰度黄酮类化合物，尤其多甲氧基黄酮和黄酮糖苷，常赋予特征性苦味；TJH在特定黄酮醇如槲皮素、异鼠李素方面含量较高；BJH虽总体黄酮水平较低，但橙皮素、柚皮苷-7-O-葡萄糖苷等特定黄烷酮含量丰富；SJH则相对富集异黄酮衍生物。脂质与核苷酸方面，SJH富含特定溶血磷脂酰胆碱（LysoPC 20:0、15:0）及肌苷酸、AMP、cGMP等核苷酸，后者可与茶氨酸协同增强鲜味。WJH的木脂素和香豆素含量显著高于其他样品，三萜类皂苷（Chrysanthellin A/B）亦更为丰富，可能贡献苦味。酚酸方面，WJH显著富集2,3-二羟基苯甲酸和2-香豆酰奎尼酸，含量分别约为BJH的7.8倍和5.9倍。TJH和WJH的有机酸含量最高，奎尼酸约为BJH的2.6倍。生物碱方面，多数生物碱在WJH和TJH中浓度较高，BJH和SJH中较低。氨基酸及其衍生物方面，BJH和SJH呈现相似的代谢特征，显著富集茶氨酸、谷氨酸（鲜味）、高半胱氨酸（甜味）及精氨酸（苦味），而酪氨酸、色氨酸衍生物等苦味芳香族氨基酸含量较低；WJH则呈现相反模式。

3.5 感官风味属性与呈味活性代谢物的相关性分析

相关性分析显示，鲜味评分与谷氨酸（Glu，r = 0.76）、茶氨酸（Thea，r = 0.72）及总氨基酸（TAAs，r = 0.69）呈显著正相关，而酯型儿茶素如EGCG、CG和ECG与鲜味评分呈负相关。涩味与EGC（r = 0.77）、咖啡碱（r = 0.76）及黄酮类（r = 0.72）呈正相关。茶黄素与丰富度和甜度持续呈正相关。可溶性糖与甜度（r = 0.94）和丰富度（r = 0.77）呈强正相关，与涩味（r = -0.66）和鲜味（r = -0.56）呈显著负相关，表明可溶性糖既是滋味的直接贡献者，又作为感官调节剂掩蔽涩味。

3.6 体外抗氧化活性评价

四种橘红茶在自由基清除能力上表现出显著差异。SJH的总抗氧化能力（T-AOC）最高，BJH的羟自由基清除活性（HSA）最优但DPPH清除能力最低，TJH的DPPH清除活性最高，WJH的抗氧化效果相对较弱。相关性分析表明，T-AOC与EGC（r = 0.88）、黄酮类（r = 0.82）、C（r = 0.70）及GCG（r = 0.64）呈显著正相关；HSA与Phe（r = 0.97）、Tyr（r = 0.95）及Ser（r = 0.90）呈强正相关；DPPH清除活性与TF（r = 0.86）、TF3G（r = 0.81）及TFDG（r = 0.81）呈强正相关，表明茶黄素中的苯并卓酚酮环是氢原子转移的高活性位点。

四、结论与意义

本研究系统整合了感官评价、电子舌分析、生化测定及广泛靶向代谢组学技术，全面解析了四种不同红茶原料对橘红茶风味化学及抗氧化特性的影响。研究结果表明，原料特性显著决定复合茶的风味平衡与功能特征：BJH因富含游离氨基酸及均衡的多酚成分而获得最高的综合感官接受度；TJH则凭借高可溶性糖和茶黄素含量呈现优异的甜度和醇厚口感。共鉴定出193种判别性非挥发性代谢物，以黄酮类、酚酸类及氨基酸衍生物为主，是样品间风味差异的关键驱动因素。此外，体外自由基清除能力的差异证明橘红茶的抗氧化潜力由茶黄素、多酚及特定游离氨基酸的协同作用共同驱动。

本研究仍存在一定局限性：研究主要聚焦于非挥发性呈味活性代谢物，挥发性香气谱的贡献及冲泡过程中挥发性-非挥发性成分间复杂的感知交互作用仍有待全面表征；橘红茶抗氧化功效的体内生物利用度及生理机制亦需进一步验证。总体而言，本研究阐明了橘红茶滋味形成的化学基础，为柑橘类复合茶生产中的原料选择、工艺优化及标准化质量控制提供了切实的理论指导。