《Food Bioscience》：Regulation Mechanism of Bitterness and Astringency in Tea Wine: Insight from Intermolecular Hydrogen Bonds
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摘要茶酒作为一种传统酒精饮料，已成为茶叶深加工领域的重要研究方向。然而，它固有的苦味和涩味严重影响了其感官品质。现有的改善方法主要侧重于宏观工艺优化，缺乏对背后分子机制的系统性阐释。本研究提出了茶酒中苦味与涩味的调控机制，并进行了全面验证。电子舌感官分析表明，乙醇分子能够有效缓解
摘要
茶酒作为一种传统酒精饮料，已成为茶叶深加工领域的重要研究方向。然而，它固有的苦味和涩味严重影响了其感官品质。现有的改善方法主要侧重于宏观工艺优化，缺乏对背后分子机制的系统性阐释。本研究提出了茶酒中苦味与涩味的调控机制，并进行了全面验证。电子舌感官分析表明，乙醇分子能够有效缓解茶酒的苦味与涩味。光谱实验证实，这一效果源于乙醇与咖啡因、儿茶素等主要苦涩成分通过分子间氢键形成稳定的分子聚集体，从而降低了可扩散的苦涩物质的浓度。密度泛函理论计算则揭示了分子间氢键的形成位置及相应键参数。本研究基于分子间氢键阐明了茶酒中苦味与涩味的调控机制，为提升茶酒品质及实现针对性风味调整提供了分子层面的理论依据，同时也为其他酒精饮料的风味优化提供了有益参考。
引言
茶酒作为一种传统酒精饮品，已成为茶叶深加工领域的研究热点（Xu等人，2024；Zou等人，2026）。它兼具茶叶的健康益处以及醇厚的香气与风味，正好契合消费者对健康多元饮品的需求（Lin等人，2024；Xia等人，2021）。然而，茶酒中普遍存在的苦味与涩味大大降低了其感官品质和市场接受度。
茶酒的苦涩味主要源自茶叶中的咖啡因和多酚类物质（Li等人，2025；L. Zhang等人，2020）。咖啡因是茶酒中主要的苦味来源，其苦味感知源于口腔中TAS2R家族苦味受体的激活（Ashikhmina等人，2025；Ferri等人，2025）。关于味觉受体动力学的研究表明，受体与配体之间的结合亲和力以及系统中游离配体的有效浓度，是决定苦味感知强度的两个核心分子因素（Avau等人，2016；Kamila等人，2021；Meyerhof，2005）。多酚类物质，主要包括表儿茶素、没食子儿茶素、表儿茶素没食子酸酯和没食子儿茶素没食子酸酯，则是导致涩味的主要成分（Anmol等人，2026；C. Chen等人，2026）。它们的涩味产生机制遵循多酚-蛋白质沉淀热力学原理：茶多酚通过氢键和疏水作用与富含脯氨酸的唾液蛋白结合，引发蛋白质聚集沉淀，从而产生涩感（Osakabe等人，2024；Prasun等人，2012）。相关热力学研究表明，多酚与蛋白质之间的结合亲和力以及系统中游离多酚的有效浓度，是决定涩味强度的核心分子因素（Aron等人，2010；Cheynier，2005；Wang等人，2026）。重要的是，咖啡因和茶多酚不仅是茶酒苦涩味的主要来源，也是其重要的生物活性物质（Yuxuan Zhao等人，2026）。大量研究证实，咖啡因具有提神醒脑、缓解疲劳、提升新陈代谢率的作用（Isobel等人，2021）。而茶多酚则具有强大的抗氧化、抗炎、保护心血管以及抗癌等多种生物活性（VanLong等人，2021）。由于它们既具有风味贡献作用，又具备生物活性，茶酒的质量控制面临着一个特殊难题：如何在保留其重要生物活性成分的同时，降低不必要的苦涩味。
现有的改善方法主要侧重于宏观工艺优化，缺乏对分子机制的系统性研究。传统上，减轻茶酒涩味的方法主要是减少茶叶用量或缩短提取时间，但这往往会影响茶叶的香气和功能活性（Khan等人，2025）。虽然添加糖类、环糊精等掩味剂可在一定程度上缓解苦涩味（Tong等人，2025；Yueling Zhao等人，2024），但它们无法从根本上消除苦涩感的来源，还可能增加热量或引入不必要的风味干扰。近期研究进一步表明，茶酒的苦涩感并非各种物质简单叠加的结果，而是受多种成分之间复杂分子相互作用的显著影响。此外，发酵过程中产生的大量次生代谢物，如乙醇、有机酸和氨基酸，也会干扰苦涩物质与唾液蛋白或味觉受体之间的相互作用，从而导致感官感知的复杂变化（M. Chen等人，2026；Fan等人，2026；Yu等人，2025；T. Zhang等人，2025）。本研究选择咖啡因和儿茶素作为研究苦涩味的代表性化合物，主要基于两个考虑。首先，作为甲基黄嘌呤类生物碱，咖啡因的苦味阈值较低，且风味表现稳定（Temple等人，2017）。儿茶素是茶类体系中涩味的主要来源（L. Zhang等人，2020），同时它也具有一定的苦味，是区分茶酒与其他果酒的标志性风味成分。这两种化合物涵盖了苦味和涩味这两大核心感官属性，能够充分代表茶酒的苦涩风味特征。其次，咖啡因是茶叶中含量最丰富的生物碱，而儿茶素则是含量最丰富的多酚类物质。在茶酒的提取和发酵过程中，这两种物质的保留率都很高，因此成为茶酒产品中浓度最高的苦涩物质。根据相关文献，茶酒中的咖啡因浓度为465.87-1191.35毫克/升，儿茶素浓度为213.54-689.87毫克/升（Bayram等人，2018）。其他微量多酚和生物碱对整体苦涩风味的贡献远低于这两种化合物。因此，以它们作为研究对象，能够反映茶酒体系的主要风味形成规律。
在茶酒中，大量的乙醇分子主要通过两个方面调节多酚和咖啡因的风味特性：溶解度调控和聚集体行为干预。一方面，乙醇的极性低于水，能够改变混合溶剂体系的整体极性。在茶酒中常见的乙醇浓度范围内，乙醇通过弱分子间作用力与多酚的芳香结构以及咖啡因的嘌呤环结构发生相互作用，显著提高这两种苦涩物质的溶解度。另一方面，乙醇分子能够渗透进多酚自聚集体和多酚-咖啡因复合聚集体中，竞争性地中断分子间的π-π堆积和疏水作用，进而形成乙醇-咖啡因或乙醇-儿茶素聚集体。这一过程进一步改变了苦涩物质与唾液蛋白及味觉受体的结合效率，最终调控茶酒的整体苦涩感官强度。与以往的研究相比，本工作具有以下两项创新点。首先，大多数前期研究都集中在宏观工艺优化方面（Huang等人，2024；Lin等人，2026），未能明确风味调控的分子机制，而本研究更注重分子层面的变化。其次，以往关于多酚分子间相互作用的研究主要在水相茶体系中开展（Fu等人，2025），重点研究咖啡因-儿茶素复合物的形成（Luisa等人，2018），对于乙醇与溶质之间的氢键作用及其对感官感知的直接影响，缺乏定量研究。而本研究填补了这一研究空白。
章节节选
材料、试剂与仪器
红茶采自中国福建省武夷山正岩茶产区。儿茶素（纯度98%）和咖啡因（纯度98%）购自上海科伟化工科技有限公司。磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、柠檬酸、柠檬酸钠以及无水乙醇（均为国产分析级试剂）则购自天津广福科技有限公司。
本研究使用的仪器包括：AEG-220电子分析仪
真实茶酒样品的感官评价
本研究首先对茶酒的风味进行了分析和评价。茶酒样品是通过红茶冷提取制得的，随后进行了感官评价与分析。图1a展示了在30%乙醇浓度、6小时冷浸条件下，添加1-6克红茶制成的茶酒样品的整体风味特征。如图所示，这些茶酒的苦味和涩味均呈现出明显的
结论
本研究提出了一种由氢键介导的茶酒苦味与涩味调控机制，并通过感官测试、光谱表征以及理论计算对其进行了全面验证。对真实茶酒样品和模型茶酒系统的电子舌分析表明，乙醇含量和pH值会显著影响苦味和涩味的感官强度。进而研究提出，乙醇能够通过某种机制有效缓解这种不良风味
CRediT作者贡献说明
Yuepan Tao：指导、数据整理。Guipeng Jia：软件应用、概念设计。Ximing Huang：文章撰写与修改、资金获取、概念设计。Tingting Ouyang：实验研究、数据整理。Anran Liu：实验研究、定量分析
未引用参考文献
Aron和Shellhammer，2010；Avau和Depoortere，2016；Bayram和Kaya，2018；Chen等人，2026；Kamila和Agnieszka，2021；VanLong和WooSik，2021；Zhao等人，2026；Zhao等人，2024。
利益冲突声明
我们声明不存在任何利益冲突，包括与其他个人或组织之间的任何财务、个人或其他方面的关系。
利益冲突声明
我们声明不存在任何利益冲突，包括与其他个人或组织之间的任何财务、个人或其他方面的关系。
致谢
我们衷心感谢湖南省教育厅基金（编号：22C0477）的资助，以及中央引导地方科技发展基金湖南省项目（编号：2024ZYC029）的支持。同时也要感谢辽宁石化大学在密度泛函理论计算方面给予的帮助。
Tingting Ouyang|Anran Liu|Yuepan Tao|Guipeng Jia|Ximing Huang
中国湖南省邵阳市邵阳学院食品与化学工程学院，邮编422000
