坭兴陶贮藏对六堡茶微生物群落特性、品质及挥发性成分的影响

《Microorganisms》：Effects of Nixing Pottery Storage on Microbial Community Characteristics, Quality, and Volatile Components of Liupao Tea

　　

六堡茶在贮藏过程中易出现微生物群落结构失衡，进而导致茶叶品质劣变，造成经济损失和潜在食品安全风险。坭兴陶（Nixing Pottery, NP）在茶叶贮藏保鲜方面表现出显著优势。以玻璃容器（glass containers, GC）为对照组，本研究考察了NP对六堡茶在24个月贮藏期间茶汤色泽、非挥发性内源成分、挥发性芳香成分及微生物群落结构的影响。结果表明，NP贮藏的六堡茶与GC贮藏的相比表现出显著差异。与GC贮藏的茶叶相比，经NP保鲜24个月的六堡茶外观呈红棕色且亮度更高，水浸出物、游离氨基酸和茶多酚等非挥发性物质的降解速率相对较慢。通过气相色谱-质谱联用（GC-MS）共检测到128种挥发性化合物，其中34种为差异挥发性化合物，这些化合物共同导致了NP和GC贮藏六堡茶之间的风味差异。高通量测序结果显示，厚壁菌门（Firmicutes）和变形菌门（Proteobacteria）在NP贮藏系统中长期维持稳定的优势地位。相关性分析表明，包括Firmicutes和散囊菌目（Eurotiales）在内的微生物与六堡茶主要化学成分的转化之间存在统计学关联。本研究为六堡茶的贮藏保鲜、NP的产业化推广以及开发新型天然矿物基发酵茶包装材料奠定了理论基础。

六堡茶是广西特色黑茶，属微生物发酵茶，其品质形成依赖冠突散囊菌、黑曲霉等微生物对多酚、多糖等大分子的降解转化，长期贮藏是其感官品质与化学组成优化的重要途径。然而，传统贮藏容器存在明显局限：透明玻璃瓶等光照环境会加速茶叶内含物质氧化劣变；塑料袋、铝箔袋等气密性过强易产生闷酸味且无法动态调节微环境；纸箱、木箱等虽透气性较好，但不同容器贮藏效果差异大，长期贮藏容器的选择仍缺乏依据。坭兴陶（Nixing Pottery, NP）是以广西钦州高铁红泥和富硅紫红泥为原料、在还原气氛下经1200 ℃以上烧制而成的微孔结构材料，具有透气不透水、自发极化效应、高远红外发射率及富含变价金属离子等特性，理论上适合发酵茶贮藏，但此前关于NP对六堡茶长期贮藏影响的系统研究尚属空白。为此，研究人员以玻璃容器（glass containers, GC）为对照，开展为期24个月的受控贮藏试验，系统解析NP对六堡茶贮藏品质、微生物群落及挥发性成分的影响。

研究采用破坏性取样设计，所有茶样取自广西梧州苍梧县地理标志核心产区标准化茶厂，为2023年春茶，按DBS45/057-2018加工并充分混匀为统一批次，每个处理设3个生物学重复，在0、6、12、18、24个月共5个时间点取样。主要关键技术方法包括：利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和能谱仪（EDS）表征容器材料结构与元素组成；通过色差计测定茶汤L*、a*、b*值；按国标方法测定水浸出物、游离氨基酸、茶多酚、儿茶素和咖啡碱含量，茶多糖采用苯酚-硫酸法测定；利用顶空固相微萃取结合气相色谱-质谱联用（HS-SPME-GC-MS）检测挥发性有机化合物（VOCs）；采用¹⁷O核磁共振（¹⁷O-NMR）测定水半峰宽（FWHM）以评估水簇大小；并用菌落计数法评估贮水抑菌效果；采用PacBio三代高通量测序对细菌16S rRNA和真菌ITS基因全长进行扩增测序，结合QIIME2等生物信息学工具分析微生物群落；利用主成分分析（PCA）、正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）、Pearson相关分析和Mantel检验进行多元统计与关联分析。

结果部分：

3.1 NP的结构分析：SEM显示烧成后的NP由均匀细小颗粒构成致密结构，形成闭合或半闭合微孔，而GC为无定形无孔结构；XRD表明NP以SiO₂为主，结晶度更高，可能与其自发极化晶体形成有关；FTIR显示残留有机物被消除，形成连续SiO₂骨架；EDS检测到NP含多种变价金属离子。这些结构特征为NP透气不透水及稳定化学性质提供了物证。

3.2 NP贮水对水质及半峰宽的影响：贮水试验中，NP内水样在7 d内无漂浮菌落且水质较好，GC内水样出现菌落并变绿浑浊；NP贮水的菌落数在1~24 h内保持0 CFU/mL，显著低于GC；同时NP贮水的FWHM（47.371~62.153 Hz）显著低于GC，表明NP可削弱水分子间氢键，形成小分子水团，并具有明显抑菌优势。

3.3 NP对茶样及茶汤色泽差异的影响：24个月后，NP贮藏的六堡茶呈深红色、表面无明显白色异物，而GC贮藏茶表面附着淡白色层，疑似异常菌落。NP容器内相对湿度（57%~58%）低于GC（65%~67%），温度略低但差异不显著。NP-24组茶汤L*值显著高于GC-24组，a*值逐渐转红，茶汤总体呈红棕色，可能与茶红素、茶褐素氧化聚合有关。

3.4 NP对主要化学成分的影响：两组中水浸出物（WE）和游离氨基酸（FAA）、茶多酚（TP）、儿茶素（CAT）均随贮藏时间下降，但GC组下降更显著；茶多糖（TPS）含量持续增加，NP组尤为明显；咖啡碱（CAF）仅轻微波动。结果表明NP能减缓非挥发性物质的降解，并促进多糖积累。

3.5 挥发性成分分析：

3.5.1 NP对挥发性化合物的影响：共鉴定出128种VOCs，以醇类、醛类、酮类为主。NP-6酯类含量显著高于GC-6，后期酯类分解为醇、醛等；GC-24中1-辛烯-3-醇异常升高至22.32%，可能导致陈腐味；NP-24中酮类优势成分4-(2,6,6-三甲基-2-环己烯-1-基)-2-丁酮占总酮的59.53%，显著高于GC-24，表明NP贮藏形成了独特的风味物质谱。

3.5.2 挥发性成分多变量统计分析：PCA显示NP和GC样品在不同贮藏阶段呈现分离聚类；OPLS-DA模型R²X=0.700、R²Y=0.945、Q²=0.631，200次置换检验Q²截距小于0，模型有效无过拟合；VIP>1的共有66种关键差异化合物。

3.5.3 差异挥发性成分分析：以p<0.05且VIP>1筛选出34种差异挥发性化合物，聚类热图显示NP-6和NP-12聚为一类，NP-24单独成簇；GC-24出现由苯乙酸、庚酸、辛酸和2,6-二甲氧基苯酚等高表达构成的独特区域，提示氧化劣变风险。

3.6 NP对六堡茶样品中微生物的影响：α多样性指数显示NP组细菌Chao1指数在0~12个月显著高于GC，但NP-24低于GC-24；真菌多样性在NP中随贮藏时间总体下降，在GC中上升，表明两种容器中微生物群落动态显著不同。PCoA分析显示细菌和真菌群落在NP与GC之间明显分离。

3.7 微生物群落结构和组成分析：细菌层面，NP组长期维持厚壁菌门（Firmicutes）、变形菌门（Proteobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidota）的较均衡分布；GC组在6~12个月时放线菌门（Actinobacteriota）占比超过90%，其中假诺卡氏菌科（Pseudonocardiaceae）相对丰度高达86.10%，可能产生土味素等异味物质并抑制其他菌门。真菌层面，子囊菌门（Ascomycota）在NP各阶段相对丰度均高于GC，NP-24中散囊菌目（Eurotiales）和曲霉属（Aspergillus）丰度较高；GC-18和GC-24则富集链格孢属、枝孢属等潜在风险菌属。NP的微孔结构营造了微氧和适度湿度环境，有利于维持有益微生物稳定。

3.8 优势微生物与化合物相关性分析：细菌中，酸杆菌门与多种挥发性成分显著正相关；拟杆菌门和Firmicutes与乙硫醇显著正相关；Firmicutes、乳杆菌属和鞘氨醇单胞菌属与儿茶素含量显著正相关。真菌中，伞菌目、球腔菌目和格孢菌目与水浸出物、游离氨基酸显著正相关；散囊菌目与儿茶素正相关并在NP中保持高丰度。这些关联揭示NP贮藏下核心微生物与茶叶成分转化具有统计学联系。

讨论与结论：NP通过微孔缓慢通气、矿物基质调湿以及表面自发极化电场等潜在机制调节茶贮藏环境，但具体机制仍需深入验证。研究人员同时指出，本研究仅使用单一来源、单一批次茶样，且未开展感官审评，结论外推需谨慎。研究结论为：与GC相比，NP显著降低贮水FWHM并抑制细菌增殖；在24个月贮藏期内，NP减缓了水浸出物、游离氨基酸和茶多酚的降解，塑造了独特的挥发性成分谱；NP维持了以Firmicutes、Bacteroidota和Ascomycota为主的较稳定微生物群落，这些核心微生物类群与茶叶化学成分转化密切相关。该研究为优质茶保鲜、后发酵技术优化及坭兴陶容器推广提供了理论依据，也为开发新型天然矿物基包装材料提供了新思路。