安溪乌龙茶六品种香气特征与茶多糖体外抗氧化活性的系统比较研究

《Foods》：Systematic Comparison of Aroma Profiles and Tea Polysaccharide In Vitro Antioxidant Activities Among Six Anxi Oolong Tea Cultivars

　　

乌龙茶因其花香香气和具有生物活性的茶多糖（tea polysaccharides，TPS）而备受珍视，然而，由于环境和加工因素的混杂效应，品种遗传背景对香气化学组成和TPS功能性的独立贡献仍不明确。本研究在相同茶园栽培、并采用一致清香型乌龙茶加工工艺的条件下，系统比较了六个安溪乌龙茶品种的挥发性有机化合物（volatile organic compound，VOC）轮廓及TPS的体外抗氧化活性。研究人员采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术，共鉴定出39种VOC。黄观音（Huangjingui）的总VOC含量最高（69.01 μg·g^?1），且相对气味活度值（relative odor activity value，rOAV）大于1的化合物数量最多。主成分分析和层次聚类分析显示品种间代谢组存在明显分离，其中大叶乌龙（Daye Wulong）的代谢组最为独特。偏最小二乘判别分析（PLS-DA）结合rOAV筛选鉴定出12种关键差异挥发物，构成花香风味的化学基础。初步的分子对接模拟预测橙花叔醇与嗅觉受体OR1A1的结合亲和力最强（?7.54 kcal/mol）。研究还表征了品种特异性的高rOAV挥发物，包括铁观音（Tieguanyin）中的(E)-2-辛烯醛和1-苯基-2-硝基乙烷，毛蟹（Maoxie）中的2-苯乙基-2-甲基丁酸酯和顺式-3-己烯基异戊酸酯，大叶乌龙中的α-罗勒烯和顺式-3-己烯基苯甲酸酯，以及梅占（Meizhan）中的(E,E,Z)-1,3,5,8-十一碳四烯，提示这些化合物可作为品种鉴定的化学标记物。粗TPS得率范围为2.76%至3.99%，其中铁观音得率最高，梅占最低。大叶乌龙的TPS表现出最强的DPPH和ABTS⁺·清除能力，IC50值分别为0.58和1.95 mg·mL^?1，表明其在所有受试样品中具有最高的体外抗氧化活性。上述结果表明，品种遗传背景可能是香气代谢物和TPS生物活性的首要决定因素，为乌龙茶生产中的品种选择和品质优化提供了理论依据。

安溪乌龙茶六品种香气轮廓与茶多糖体外抗氧化活性的系统比较：品种遗传背景对风味品质与功能特性的调控作用

一、研究背景与科学问题

乌龙茶以其复杂浓郁的花香果韵和功能性大分子——茶多糖（tea polysaccharides，TPS）而闻名，兼具感官品质与健康功效双重价值。挥发性有机化合物（volatile organic compounds，VOC）构成茶香气的物质基础，而TPS已被证实具有体外抗氧化、免疫调节和肠道菌群调控等潜在生物活性。然而，以往关于不同乌龙茶品种香气及功能性成分差异的研究，多采用不同产地、不同采收年份或不同加工工艺的样品，难以有效排除生境和加工条件等混杂变量的干扰，因此无法将观察到的香气和抗氧化活性差异明确归因于品种本身。福建安溪作为乌龙茶原产地，蕴藏丰富的茶树品种资源，其中“安溪六大名茶”——铁观音（TGY）、黄观音（HJG）、毛蟹（MX）、本山（BSS）、梅占（MZ）和大叶乌龙（DYL）——因各具鲜明香气特征而成为乌龙茶研究的经典材料。在严格一致的栽培环境和统一加工工艺条件下，系统比较六个核心品种的香气轮廓和TPS体外抗氧化活性，是该领域当前亟待填补的空白。

二、研究内容与主要结论

研究人员于2024年5月从福建省安溪县虎邱镇同一茶园采摘六个品种的鲜叶，由经验丰富的制茶师傅按照国家标准《乌龙茶加工技术规范》（GB/T 35863-2018）统一加工成清香型乌龙茶，从而严格消除了生境和加工条件的影响。采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用（HS-SPME-GC-MS）技术结合气味活度值（OAV）分析鉴定关键挥发物，并利用水提醇沉法结合Sevag试剂脱蛋白提取粗TPS，进而评价其DPPH和ABTS⁺·自由基清除能力。主要研究结论包括：六个品种共鉴定出39种VOC，黄观音总VOC含量最高（69.01 μg·g^?1）且rOAV>1的化合物数量最多；主成分分析和层次聚类分析显示品种间代谢组显著分离，大叶乌龙的代谢组最具独立性；结合PLS-DA和rOAV筛选出12种关键差异挥发物，构成花香风味的化学基础；初步分子对接预测橙花叔醇与嗅觉受体OR1A1结合力最强（?7.54 kcal/mol）；粗TPS得率介于2.76%–3.99%，铁观音得率最高而梅占最低；大叶乌龙TPS表现出最强的DPPH和ABTS⁺·清除能力（IC50分别为0.58和1.95 mg·mL^?1）。上述结果表明品种遗传背景可能是香气代谢物和TPS生物活性的重要决定因素，为乌龙茶品种选择和品质优化提供了理论依据。

三、主要关键技术方法

研究人员采用以下关键技术手段开展研究：其一，利用HS-SPME-GC-MS对六个品种的VOC进行非靶向分析，以NIST 20标准库结合保留指数定性，内标法定量，并计算rOAV评估各化合物对整体香气的贡献；其二，采用PLS-DA建立监督分类模型，以VIP>1筛选关键差异挥发物；其三，通过同源建模构建六种人类嗅觉受体的三维结构，使用AutoDock Vina 1.2.5进行分子对接以预测挥发物与受体的结合能力；其四，采用水提醇沉结合Sevag试剂脱蛋白提取粗TPS，并利用DPPH和ABTS⁺·两种化学体系评价其体外抗氧化活性，以IC50和抗坏血酸当量抗氧化能力（AEAC）标准化比较。

四、研究结果分述

（一）六个安溪乌龙茶品种挥发性化合物轮廓特征。采用HS-SPME-GC-MS共鉴定出39种VOC，其中30种至少在两个品种中检出，10种在全部六个品种中共同存在。共有化合物中，反式-橙花叔醇、吲哚和α-法尼烯峰面积较大；二氢芳樟醇在大叶乌龙中含量最高，是该品种的独特特征。黄观音总VOC含量最高（69.01 μg·g^?1），醇类占总挥发物比例最大。主成分分析得分图显示六个品种间呈明显分离趋势，层次聚类分析表明本山、黄观音和毛蟹的挥发物轮廓相对接近，铁观音与梅占聚为一类，大叶乌龙代谢组独立性最强。

（二）基于代谢组学的品种间差异挥发物鉴定。PLS-DA模型具有较高解释力（R2Y=0.979）和预测能力，以VIP>1筛选出14种候选差异挥发物。进一步结合rOAV分析，有28种化合物在至少一个品种中rOAV>1，其中黄观音含20种。综合VIP和rOAV最终筛出12种挥发物，包括反式-橙花叔醇、吲哚、芳樟醇、香叶醇和苯甲醛等。其中反式-橙花叔醇、苯乙醛、吲哚和α-法尼烯在全部品种中rOAV均较高，共同构成六个品种共有的花香特征骨架；其余7种在不同品种间含量和香气贡献差异显著，构成品种特异性风味的化学基础。

（三）差异挥发物与嗅觉受体的分子对接分析。12种差异挥发物与六种典型人类嗅觉受体的预测结合能范围为?7.54至?3.68 kcal/mol。反式-橙花叔醇与OR1A1的结合亲和力最强（?7.54 kcal/mol）。最优对接构象中预测形成九个分子间相互作用，包括八个疏水相互作用和一个氢键；平均每个对接复合物约形成2.7个氢键。热点残基分析提示OR1A1的PHE206、VAL203和VAL254为潜在高频疏水结合位点，可能共同形成疏水口袋以增强挥发物结合稳定性。

（四）品种特异性挥发物的精细表征。铁观音中独有检出(E)-2-辛烯醛和1-苯基-2-硝基乙烷，两者rOAV均超过100，可能与“音韵”特征相关；毛蟹中特异性检出2-苯乙基-2-甲基丁酸酯（rOAV>1）和顺式-3-己烯基异戊酸酯（rOAV=69）；大叶乌龙中α-罗勒烯和顺式-3-己烯基苯甲酸酯具有显著特异性并呈花香特征；梅占中独有(E,E,Z)-1,3,5,8-十一碳四烯。这些化合物可能作为品种鉴定的化学标记物。

（五）六个乌龙茶品种茶多糖含量比较。粗TPS得率范围为2.76%至3.99%，铁观音最高（3.99±0.09）%，梅占最低（2.76±0.05）%，铁观音为梅占的1.45倍。铁观音、大叶乌龙和黄观音的TPS含量与毛蟹、本山、梅占差异显著（p<0.01），而后三者之间差异不显著，提示这三个品种多糖代谢特征可能更为相似。

（六）茶多糖自由基清除能力比较。六个品种的TPS对DPPH和ABTS⁺·清除率均随浓度升高而增加。大叶乌龙TPS的DPPH IC50最低（0.58 mg·mL^?1），AEAC最高（362.1 mg VcE/g TPS），清除能力最强；梅占IC50最高（1.69 mg·mL^?1），AEAC最低（124.3 mg VcE/g TPS）。ABTS⁺·清除结果与DPPH一致，大叶乌龙IC50最低（1.95 mg·mL^?1），梅占最高（3.33 mg·mL^?1）。值得注意的是，铁观音多糖含量最高但其体外化学抗氧化活性低于大叶乌龙，提示除含量外，多糖结构特征如活性羟基比例、糖醛酸含量、结合蛋白等可能显著影响化学抗氧化活性。

五、讨论与结论总结

讨论部分指出，在严格一致的生境和加工条件下，六个品种的挥发物代谢谱仍呈现清晰分离，与先前基因组学发现的萜烯合酶基因家族在高香品种中的结构变异和特异高表达相一致，强有力地支持品种遗传背景是塑造香气差异的主导因素。12种关键差异代谢物中有6种为萜类化合物，进一步印证萜类对乌龙茶品种香气差异的重要贡献。初步分子对接预测氢键和疏水相互作用是挥发物与嗅觉受体结合的主要机制，与此前花香茶研究相符。就TPS而言，品种间粗多糖含量和化学自由基清除能力均存在显著差异，但含量与活性不完全平行。研究人员强调，本研究仅测量了多糖含量和体外化学自由基清除能力，未对分子量分布、单糖组成、糖醛酸含量、结合蛋白和多酚含量等结构参数进行系统表征，因此活性差异源于结构特征的解读仍属假设。研究结论可概括为：在统一清香型加工条件下，六个安溪乌龙茶品种的挥发物代谢谱和TPS活性仍呈现显著分化，符合品种遗传背景可能是决定茶叶品质特性的关键内在因素的判断；共鉴定出12种构成花香化学基础的关键差异挥发物；大叶乌龙粗TPS虽含量并非最高，却表现出最强的体外化学自由基清除能力，提示结构特征而非单纯含量可能是决定TPS清除能力的主导因素，但需直接结构表征加以确证。上述发现为乌龙茶生产的品种选择和品质优化提供了理论依据，未来研究应纳入单糖组成、糖醛酸和蛋白质定量分析，以进一步阐明TPS精细结构与其体外抗氧化活性之间的构效关系。