基于整合代谢组学与电子舌技术揭示信阳毛尖绿茶加工过程中味道特征与非挥发性代谢物的动态变化规律

《Food Chemistry: X》：Integrated metabolomics and electronic tongue analysis reveal dynamic changes in taste characteristics and non-volatile metabolites during Xinyang Maojian green tea processing

　　

作为中国十大名茶之一，信阳毛尖（XYMJ）绿茶在加工过程中核心味道代谢物的动态变化研究尚缺乏系统性。本研究整合代谢组学、多元统计学及电子舌（electronic tongue, E-tongue）评价，追踪了其在连续加工工序中的味道特征与代谢指纹图谱。共定义36种非挥发性代谢物为关键差异代谢物。杀青与初烘被证实为决定味道品质的关键工序。儿茶素、黄酮类、氨基酸及碳水化合物的动态波动共同构建了感官品质。具体而言，甜味的改善归因于可溶性二糖（主要为蔗糖）的积累，鲜味的增强与谷氨酸的富集密切相关，而苦味与涩味回味的降低则与可可碱水平的下降相关联。综上，本研究阐明了信阳毛尖绿茶加工过程中的关键调控步骤及目标化合物，为其加工优化及感官品质的定向提升提供了理论依据。

信阳毛尖（XYMJ）绿茶以其独特的风味特征与健康益处而备受消费者青睐，但以往研究多聚焦于其加工过程中香气轮廓的变化，对不同加工阶段核心味道相关非挥发性代谢物的动态变化及其对滋味品质的直接影响缺乏系统理解。为填补这一空白，研究人员以信阳毛尖绿茶七个连续加工阶段（鲜叶、杀青、揉捻、摊放、做形、初烘、复烘）的样品为对象，开展了系统的代谢组学与感官品质关联研究。

研究人员采用标准品验证的非靶向代谢组学方法，结合内部茶叶质谱数据库（Tea-MSDB，含超过3000种标准品）与基于气相色谱-质谱联用（GC-MS）的靶向糖类代谢组学分析，并借助电子舌（E-tongue）技术动态追踪味道品质变化，系统解析了整个加工过程中非挥发性代谢物的动态变化规律。研究共鉴定出90种非挥发性代谢物，并筛选出36种关键差异代谢物（VIP>1）。通过多变量统计分析（OPLS-DA）和风味轮分析，研究人员发现杀青与初烘是决定信阳毛尖绿茶味道品质形成的关键工序。研究进一步揭示了甜味改善主要与可溶性二糖（以蔗糖为主）的积累有关，鲜味增强与谷氨酸和茶氨酸葡萄糖苷的富集密切相关，而苦味与涩味回味的降低则与可可碱含量的下降相吻合。该研究从分子层面阐明了信阳毛尖绿茶加工过程中味道品质形成的机制，为工艺优化和感官品质的定向调控提供了理论支撑，也为后续深入研究潜在品质调节化合物（如茶氨酸葡萄糖苷）的风味属性奠定了基础。

在关键技术与方法层面，研究人员整合了多种分析手段：采用超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱（UPLC-QTOF-MS/MS）联用技术，结合内部茶叶标准品数据库（Tea-MSDB）进行非靶向代谢物鉴定；利用气相色谱-质谱联用（GC-MS）对糖类及其衍生物进行靶向定量分析；采用电子舌（TS-5000Z）系统对茶汤的酸、苦、涩、鲜、甜、咸及回味等味道属性进行感官量化；通过正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）、火山图、热图及Spearman相关性分析等多元统计方法挖掘关键差异代谢物并建立代谢物-味道关联。供试鲜叶样品（一芽一叶）于2024年4月10日采自河南省信阳市光山县陈湾村标准示范茶园，全部加工工序由广益茶叶有限公司完成。

### 3.1 信阳毛尖全加工过程中的风味轮
通过风味轮分析，研究人员从干茶外形、汤色、叶底、香气和滋味五个核心感官维度，全面展示了信阳毛尖绿茶在加工全过程中的动态感官变化。结果表明，复烘后的成品茶综合感官表现最佳，表现为条索匀整嫩绿、汤色嫩黄明亮、香气鲜爽带甜花香，滋味醇和顺滑且回甘持久。电子舌滋味雷达图进一步揭示，随着加工推进，茶汤甜味逐渐增强，而苦味回味和涩味回味逐渐减弱。其中，摊放与初烘工序对甜味的提升至关重要，初烘是降低苦味回味与涩味回味的关键环节，干燥过程有效增强了茶汤的鲜味与甜味。

### 3.2 信阳毛尖全加工过程中代谢物总览
研究人员共检出1335个代谢物离子特征，最终鉴定出90种非挥发性代谢物，涵盖黄酮类（27种）、氨基酸（14种）、儿茶素及其衍生物（13种）、有机酸（7种）、脂质（6种）、生物碱（5种）、核苷（4种）、维生素及辅因子（3种）等。OPLS-DA分析显示，七个加工阶段样品可分为三个明显簇群：鲜叶（组I）、杀青至做形阶段（组II）、初烘与复烘阶段（组III），表明杀青后加工显著改变了代谢轮廓。通过VIP>1筛选出36种关键差异代谢物，热图显示其动态变化主要集中于黄酮及其糖苷、儿茶素衍生物和氨基酸类化合物。

### 3.3 信阳毛尖全加工过程中非挥发性代谢物变化分析
#### 3.3.1 儿茶素及其衍生物
儿茶素类化合物整体含量在加工过程中变化不显著，但表阿夫儿茶素（Epiafzelechin）在初烘和复烘阶段显著增加（p<0.05），该非甲基化儿茶素可能赋予茶汤独特甜味回味，为成品茶甜味增强的原因之一。

#### 3.3.2 黄酮类及其糖苷
大部分黄酮及其糖苷类化合物在加工中含量上升，尤其在杀青阶段显著增加。但8-羟基山奈酚、山奈酚、木犀草素、槲皮素-3-O-半乳糖苷及槲皮素-3-O-芸香苷呈先升后降趋势； camellianin A是唯一持续下降的化合物，可能与热加工中合成与降解速率的动态差异有关。

#### 3.3.3 氨基酸及其衍生物
天冬酰胺含量在杀青后显著增加，随后在揉捻和做形阶段下降，初烘与复烘时再度上升。D-茶氨酸含量在加工中呈下降趋势，可能归因于其与糖类发生美拉德反应或大量转化为茶氨酸葡萄糖苷。茶氨酸葡萄糖苷在初烘和复烘阶段急剧积累，分别达到鲜叶的7.39倍和13.57倍。谷氨酸作为关键鲜味物质，自杀青阶段起持续上升，与电子舌检测到的鲜味增强趋势一致。

#### 3.3.4 有机酸与生物碱
三种有机酸（4-羟基苯甲酸、苹果酸二甲酯、脱镁叶绿酸B）在加工中逐渐积累。生物碱中，可可碱含量逐步下降，而鹰爪豆碱显著增加。可可碱是茶汤苦味的重要贡献者，其含量降低与加工中苦味回味强度的整体下降密切相关。

#### 3.3.5 核苷与脂质
腺苷含量在杀青阶段急剧增加至鲜叶的5.83倍，同时腺嘌呤与5'-甲硫腺苷水平也同步上升。γ-亚麻酸在杀青阶段显著下降，在后续工序中逐渐回升。

### 3.4 可溶性糖的动态变化及其甜味贡献分析
GC-MS靶向代谢组学共鉴定出9种单糖、4种二糖、1种三糖及10种糖类衍生物。总可溶性糖含量呈显著上升趋势，复烘阶段达到峰值（49.77 mg/g）。二糖是主要成分，占可溶性糖总量的79.62%–86.64%，其中蔗糖占二糖总量的90%以上，复烘阶段达38.86 mg/g，占可溶性糖总量的78.09%。蔗糖是信阳毛尖绿茶中最关键的甜味物质。单糖总量在杀青阶段由6.17 mg/g骤降至2.97 mg/g，可能与高温下美拉德反应和焦糖化反应的消耗有关。蔗糖与棉子糖的积累可能源于热处理使水解酶失活，抑制了水解途径同时激活了生物合成途径。

### 3.5 信阳毛尖全加工过程中的主要代谢途径
代谢通路分析揭示了三条代表性转化途径：黄酮类化合物通过糖基化/酰基化反应生成黄酮糖苷（如山奈酚-3-O-葡萄糖基半乳糖苷）；D-茶氨酸经糖基化生成茶氨酸葡萄糖苷，可能贡献于鲜味增强；棉子糖在α-半乳糖苷酶作用下生成D-半乳糖和蔗糖，蔗糖进一步水解为葡萄糖和果糖，构成糖类代谢的核心网络。

在讨论与结论方面，研究人员指出，杀青与干燥是塑造信阳毛尖绿茶味道轮廓的关键加工工序。甜味的增强可能与可溶性二糖（主要为蔗糖）水平升高有关；鲜味的提升与茶氨酸葡萄糖苷和谷氨酸的积累相关；苦味与涩味回味的降低与可可碱含量下降密切相关。该研究创新性地从分子水平阐明了信阳毛尖绿茶加工过程中味道品质形成的化学基础，为其加工工艺的进一步优化提供了理论依据。同时，新发现的潜在品质调节化合物如茶氨酸葡萄糖苷，其具体风味属性有待深入研究。