发酵中氧对红茶品质的影响及富氧发酵工艺优化.pdf

杨云飞，王玉婉，林家正，等.发酵中氧对红茶品质的影响及富氧发酵工艺优化 J.食品工业科技，2023，44（19）：199207.doi:10.13386/j.issn1002-0306.2022100312YANG Yunfei,WANG Yuwan,LIN Jiazheng,et al.Effect of Oxygen Concentration in Fermentation on Black Tea Quality andOptimization of Oxygen-enriched Fermentation ProcessJ.Science and Technology of Food Industry,2023,44(19):199207.(inChinese with English abstract).doi:10.13386/j.issn1002-0306.2022100312 工艺技术 发酵中氧对红茶品质的影响及富氧发酵中氧对红茶品质的影响及富氧发酵工艺优化发酵工艺优化杨云飞1,2，王玉婉1，林家正1，涂政1，蓝天梦1，陈琳1，叶阳1,*（1.中国农业科学院茶叶研究所，浙江杭州 310008；2.中国农业科学院研究生院，北京 100081）摘要：发酵是红茶品质形成的关键工序，氧是影响发酵的关键因素，解析氧对红茶品质及内含成分的影响具有重要意义。以一芽二叶的龙井 43品种为原料，进行低氧发酵（5%），自然发酵（21%）和富氧发酵（36%）处理，通过感官审评结合气相色谱-质谱技术（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）和超高效液相色谱-质谱技术（ultra-high performance liquid chromatography-mass spectrometry，UPLC-MS）分析了氧浓度对红茶感官品质、非挥发性代谢物和挥发性代谢物的影响，并通过单因素结合响应面试验优化了红茶富氧发酵工艺。结果表明：相比自然发酵，富氧发酵可以显著改善红茶滋味和香气品质（P0.05）；富氧发酵中关键滋味化合物儿茶素及没食子酸含量显著下降（P0.05），茶黄素总量及单体含量显著增加（P0.05）；不同氧浓度发酵中共 25 种挥发性化合物存在显著差异，包括 12 种醛类，2 种酮类，3 种醇类，3 种烯类，5 种酯类，大部分差异化合物含量随氧浓度升高而增加；红茶富氧发酵优化工艺为：氧气浓度 40%、通氧时间 1.5 h、发酵时间 4 h，优化工艺红茶的茶黄素总量、TF、TF3G、TF3G 和 TFDG 含量分别为 2.86%、0.25%、1.71%、0.24%和 0.68%。该研究结果为指导红茶加工和品质调控提供了重要依据。关键词：红茶，发酵，氧气，感官品质，代谢物本文网刊:中图分类号：TS272.5 文献标识码：B 文章编号：10020306（2023）19019909DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2022100312EffectofOxygenConcentrationinFermentationonBlackTeaQualityandOptimizationofOxygen-enrichedFermentationProcessYANGYunfei1,2，WANGYuwan1，LINJiazheng1，TUZheng1，LANTianmeng1，CHENLin1，YEYang1,*（1.Tea Research Institute,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Hangzhou 310008,China；2.Graduate School of Chinese Academy of Agriculture Sciences,Beijing 100081,China）Abstract：Fermentation is a critical process of black tea quality formation and oxygen is the key factor affecting thefermentation,so it is important to analyze the effect of oxygen in fermentation on the quality and metabolites of black tea.One bud and two leaves of Longjing 43 tea varieties were used as materials for low oxygen fermentation(5%),naturalfermentation (21%)and oxygen-enriched fermentation (36%)treatments,and the effects of oxygen concentration onsensory quality,non-volatile and volatile metabolites of black tea were analyzed by sensory evaluation combined with gaschromatography-mass spectrometry (GC-MS)and ultra-high performance liquid chromatography-mass spectrometry(UPLC-MS),and the parameters of oxygen-enriched fermentation of black tea were optimized by single factor combinedwith response surface analysis.Results showed that oxygen-enriched fermentation could significantly improve the taste and 收稿日期：20221102 基金项目：现代农业产业技术体系建设专项（CARS-19）；中国农业科学院科技创新工程项目（CAAS-ASTIP-2014-TRICAAS）。作者简介：杨云飞（1990），女，硕士，研究方向：茶叶加工，E-mail：。*通信作者：叶阳（1962），男，本科，研究员，研究方向：茶叶加工，E-mail：。第 44 卷 第 19 期食品工业科技Vol.44 No.192023 年 10 月Science and Technology of Food IndustryOct.2023 aroma quality of black tea compared with nature fermentation(P0.05).Compared with natural fermentation,the content ofkey taste compounds catechins and gallic acid (GA)decreased significantly (P0.05),total theaflavins (TFs)and itsmonomer increased significantly (P0.05)in oxygen-enrichedfermentation.A total of 25 volatile compounds differed significantly in three treatments,including 12 aldehydes,2 ketones,3 alcohols,3 alkenes,and 5 esters,and the content of most differing compounds increased with increasing oxygenconcentration.The optimized parameters of oxygen-enriched black tea were:Oxygen concentration of 40%,oxygenationtime of 1.5 h,fermentation time of 4 h.And the contents of TFs,TF,TF3G,TF3G and TFDG of black tea were 2.86%,0.25%,1.71%,0.24%and 0.68%,respectively.The results of this study would provide an important basis for guiding blacktea processing and quality control.Keywords：black tea；fermentation；oxygen；sensory quality；metabolites 红茶是世界上生产和消费量最大的茶叶，约占世界茶叶生产和消费总量的 80%，以其醇厚浓甜的滋味和高爽的香气特点深受消费者喜爱13。发酵是红茶加工的关键工序，对红茶汤色、香气和滋味品质形成起重要作用。红茶发酵的实质是内源氧化酶与多酚类化合物充分接触，在氧气的参与下，发生酶促氧化聚合、缩合等反应，形成茶黄素、茶红素等水溶性氧化产物，并伴随着芳香物质、氨基酸、糖类、蛋白质等品质成分的剧烈变化，最终形成红茶特有的色、香、味46。发酵工艺参数如温度、相对湿度、pH、供氧状况等均会影响红茶品质710。氧气作为氧化反应的底物对红茶品质特征形成必然存在较大影响，因此研究发酵过程中氧对红茶品质形成及代谢物变化的影响对指导红茶生产加工、品质调控具有重要意义。氧化反应是红茶发酵的主要反应。茶叶中的儿茶素在发酵过程中被多酚氧化酶（polyphenol oxida-se，PPO）和过氧化物酶（peroxidase，POD）氧化成各种氧化产物，如茶黄素（theaflavins，TFs）、聚酯型儿茶素（theasinesins，TSs）、茶红素（thearubigins，TRs）和茶褐素（thearubigins，TBs）等1113，TFs 和 TRs 通常被认为是红茶的特征成分。发酵过程中氨基酸含量呈现出先增加后减少的趋势，发酵前期因蛋白质分解导致氨基酸含量不断增加14，延长发酵时间，氨基酸除自身偶联氧化外，可通过脱氨及脱羧作用形成苯乙醇、苯乙醛等芳香物质1516。红茶发酵过程可形成醇类、醛类、酮类、酸类、酯类、内酯、酚酸类等400 余种芳香物质17。随着红茶发酵进行，醇类、醛类、酮类等含量上升，而酸类、酯类、酚类等含量逐渐减少，因此发酵叶青草气散失，并伴随浓郁的果甜花香产生1821。因此，解析氧气参与的氧化反应对茶多酚、茶色素、氨基酸以及挥发性物质含量的影响可分析发酵中氧对红茶品质的贡献。红茶加工一般采用自然发酵，主要是利用空气中自然存在的氧（21%）进行发酵，且当通风条件较差时，随着氧气的消耗，氧浓度会下降至 20%。一般当红茶发酵中氧浓度高于 21%时，可认为是富氧发酵。红茶发酵过程中采取间歇供氧方式制得的红茶叶底红亮，可提升香气品质22。发酵中通氧时间对挥发性化合物存在影响，成品茶中醇类、醛类、酮类均随着发酵中通氧时间延长而增加，酯类物质变化规律则与之相反，香气组分种类随通氧量的增加而增加但相对含量却有所降低23。通常富氧发酵多以恒定的氧气流速通入发酵箱内，而发酵中实际氧浓度并不明晰，因此不同氧浓度对内含成分和感官品质的影响尚缺乏研究。本文利用可以实现氧浓度控制的发酵平台，进行 3 个不同氧浓度的发酵实验（5%，21%和36%），分析氧对红茶品质和代谢物变化的影响机制，进而优化富氧发酵中氧浓度、通氧时间和发酵时间等工艺参数，为指导红茶生产加工提供理论依据。1材料与方法 1.1材料与仪器甲醇、乙腈、甲酸色谱纯，Sigma 公司；儿茶素标准品（表没食子儿茶素没食子酸酯（epigallo-catechin gallate，EGCG）、表儿茶素没食子酸酯（epicatechin gallate，ECG）、表没食子儿茶素（epigallo-catechin，EGC）、表儿茶素（epicatechin，EC）、没食子儿茶素没食子酸酯（gallocatechin gallate，GCG）、儿茶素没食子酸酯（catechin gallate，CG）、没食子儿茶素（gallocatechin，GC）、儿茶素（catechin，C）、茶黄素标准品（茶黄素（Theaflavin，TF）、茶黄素-3-没食子酸酯（Theaflavin-3-gallate，TF3G）、茶黄素-3-没食子酸酯（Theaflavin-3-gallate，TF3G）、茶黄素-3,3-双没食子酸酯（theaflavin-3,3-digallate，TFDG）Sigma 公司；咖啡碱（caffeine，CAF）标准品、没食子酸（gallic acid，GA）上海源叶生物科技有限公司。6CR-35 型揉捻机、6CQ-8 型茶鲜叶处理平台长沙湘丰智能装备股份有限公司；6CHM-901 型烘干机浙江春江茶叶机械有限公司；6CHT-16 型茶叶烘焙提香机浙江珠峰机械有限公司；MA-150C 型红外水分测定仪、RHXL3SD 型温湿度记录仪日本 Omron 公司；LGJ-50C 型四环冻干机北京四环科学仪器厂有限公司；Sartorius Quintix224-1CN 型分析天平赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；ES108-LCD 在线气体检测仪深圳市无眼界科技有限公司；UPLC-MS，H-CLASS/QDa超高效液相色谱质谱联用仪美国 Waters 公司；CAR/PDMS 萃取头（85 m，1 cm）美国宾夕法尼亚州 Supelco 公 200 食品工业科技2023 年 10 月司；GCGC-TOFMS 仪器美国明尼苏达州 LECO公司。1.2实验方法 1.2.1 样品制备茶鲜叶按照红茶标准工艺进行加工，其工序如图 1 所示，基本工序为：萎凋、揉捻、发酵、干燥。具体工艺参数及实验处理如下：采摘自中国农业科学院茶叶研究所嵊州基地的一芽二叶龙井43 鲜叶 40 kg，均匀摊放在可控温控湿的萎凋室中进行萎凋，设置萎凋温度 28，萎凋相对湿度 60%，萎凋时间 14 h，萎凋结束时鲜叶含水量约 60%；萎凋结束后，将萎凋叶混匀，在 35 型揉捻机中进行揉捻，转速 35 r/min，程序加压（空揉 10 min、轻揉 10 min、中揉 10 min、重揉 5 min），循环 1 次，揉捻时间为70 min；揉捻结束后，将揉捻叶混匀，均匀分成 3 等份，在 6CQ-8 型号的茶叶处理实验平台中进行发酵处理，设置发酵温度 30，相对湿度 90%，发酵时间 3 h。发酵处理分为 3 组，富氧组通过氧气罐向实验平台均匀输送氧气，通过 ES108-LCD 在线气体检测仪实时监测氧浓度并通过电磁阀门进行反馈调节，控制氧浓度在 36%左右；低氧组通过氮气罐向实验平台均匀输送氮气，通过 ES108-LCD 在线气体检测仪实时监测氧浓度并通过电磁阀门进行反馈调节，控制氧浓度在 5%左右；对照组（CK）采用自然发酵（氧浓度在 21%左右），通过 ES108-LCD 在线气体检测仪实监测氧浓度并记录。发酵结束后分别取 3 个实验处理样品采用毛火 120、15 min，足火 90、30 min 烘干，制得成品茶。所制成品茶进行感官评价，非挥发性及挥发性代谢物检测。1.2.2 感官审评茶叶样品的感官评估由 3 名专业机构培训和认证并专门从事茶叶感官审评五年以上的评茶员（2 名男性和 1 名女性）进行。茶叶样品的感官评估按照国家标准 GB/T 23776-2018 茶叶感官审评方法执行，评价红茶外形、汤色、香气、滋味、叶底 5 项，各审评因子的权数分别为 25%、10%、25%、30%、10%。对评茶员感官评审结果打分汇总计算均值，作为茶叶样品感官审评结果。1.2.3 非挥发性代谢物检测茶多酚总量测定：参考国标GB/T 8313-2018 茶叶中茶多酚和儿茶素类含量的检测方法中福林酚检测方法进行测定；游离氨基酸总量测定：参考国标GB/T 8314-2013 茶 游离氨基酸总量测定中茚三酮检测方法进行测定；TFs 测定：采用系统分析法进行测定，参考程启坤24的检测方法进行适当修改；可溶性糖总量：采用硫酸蒽酮比色法测定25，以葡萄糖为标准品绘制标准曲线，计算可溶性糖总量；标准曲线公式为：Y=1.5372X+0.22；其中 Y 表示吸光度，X 为葡萄糖浓度（mg/mL），R2值为 0.9961；儿茶素、茶黄素、咖啡碱和没食子酸单体检测：参考 Chen 等26检测方法，采用 UPLC-MS，色谱柱为 Waters BEH C18（1.7 m，2.1 mm100 mm），以标准品为对照进行定性定量。称取 0.2 g 冻干均匀磨碎样品于 10 mL 离心管中，加入 70 预热甲醇溶液 5 mL，70 水浴浸提 10 min，冷却至室温后3500 r/min 离心 10 min，上清液转移至 10 mL 容量瓶，残渣重复以上操作，合并提取液定容至 10 mL，摇匀，过膜待检。以 0.1%甲酸溶液为 A 相，纯乙腈溶液为 B 相。参数设置如下：柱温箱温度 30，样品管理器温度 15。流动相洗脱梯度条件如下：03 min，90%B 相；36 min，90%83%B 相；612 min，83%73%B 相；1215 min，73%50%B 相；1515.5 min，50%B 相；15.516 min，50%90%B 相；1620 min，90%B 相，流速 350 L/min，进样量 2 L。QDA 质谱检测则采用负离子模式进行，质量范围为m/z 50950，全扫描记录；去溶剂化温度设置为600，源温度设置为 120；采样锥孔电压设置为15 V，毛细管电压设置为 0.8 kV。1.2.4 挥发性代谢物检测称取 1.0 g 冻干均匀磨碎样品放入 20 mL 带盖玻璃瓶中，加入 5 mL 沸水，60 条件下恒温振荡 3 min 后，插入 CAR/PDMS 萃取头吸附 60 min。然后在 250 下解吸附 5 min。进样时先用甲醇稀释 1000 倍，进样量为 1 L。GC的主要参数：传输线温度为 250；载气为氦气（99.9%），流速为 1.0 mL/min；分流比 10:1；调制解调时间间隔为 5 s；一维气相柱的升温程序为：50 保持 2 min，8 C/min 上升到 265，保持 5 min；二维柱的升温程序为：55 保持 2 min，8 C/min 上升到 270，保持 5 min。MS 的主要参数：电离电压为 1390 V；扫描范围 33500 m/z；电子碰撞电离电压为70 eV；离子源温度为 220；界面温度为270。各挥发性代谢物分别用 NIST08 标准谱库进行检索匹配，碎片比对，并结合相关文献报道、各成分的相对保留时间等进行定性。依据峰面积数值变化结合统计分析进行不同处理差异挥发性代谢物 5%,21%,36%氧浓度鲜叶萎凋揉捻不同氧浓度发酵干燥成品茶图 1 红茶加工工序Fig.1 Process procedure of black tea 第 44 卷 第 19 期杨云飞，等：发酵中氧对红茶品质的影响及富氧发酵工艺优化 201 鉴定及变化分析。1.2.5 单因素实验在明确发酵中氧可以通过调控内含物质变化影响红茶品质的基础上，采用单因素分析氧浓度、通氧时间和发酵时间对红茶茶黄素含量和感官得分的影响，茶黄素含量采用上文中液相色谱法测定，感官审评方法如上所述。固定通氧时间 3 h，发酵时间 3 h，考察不同氧气浓度（5%、21%、36%、51%、66%）对茶黄素含量和感官得分的影响。固定通氧时间 3 h，氧气浓度 36%，考察不同发酵时间（0、1、2、3、4、5 h）对茶黄素含量和感官得分的影响。固定发酵时间 3 h，氧气浓度为 36%，考察不同通氧时间（0、1、2、3、4 h）对茶黄素含量和感官得分的影响。1.2.6 响应面试验在单因素实验的基础之上，以氧气浓度（A）、通氧时间（B）、发酵时间（C）为自变量，感官得分为响应指标进行响应面试验（responsesurface methodology,RSM）设计，RSM 因素水平见表 1。表 1 Box-Behnken 试验设计因素与水平Table 1 Factors and levels of Box-Behnken experiments design水平A氧气浓度（%）B通氧时间（h）C发酵时间（h）126130361.53.514624 1.3数据处理单因素方差分析采用 SPSS 软件（one-WayANOVA，LSD 多重检验）；柱形图、折线图、热图绘制采用 Origin 2022b 软件；挥发性成分的香型通过 TGSC（The Good Scents Company）网站（www.thegoodscentscompany）查询。2结果与分析 2.1发酵氧浓度对红茶感官品质的影响不同氧浓度发酵红茶感官审评结果如表 2 所示。由表可知，不同氧浓度发酵红茶感官品质存在较大差异，其中 36%氧浓度发酵红茶品质最优，其香气和滋味品质均显著高于（P0.05）21%和 5%氧浓度发酵红茶；5%氧浓度发酵红茶感官品质最差，滋味青涩，叶底多青张。结果表明，红茶发酵中提高氧浓度可以改善红茶滋味和香气品质。推测不同氧浓度发酵中内含成分的差异导致了红茶感官品质的变化，为解析发酵中提高氧浓度改善红茶滋味及香气品质的机制，本实验进一步对非挥发性及挥发性代谢物变化进行比较分析。2.2发酵氧浓度对非挥发性代谢物的影响如表 3 所示，不同氧浓度发酵红茶非挥发性代谢物存在较大差异。低氧、对照和富氧组多酚含量分别为 28.93%、23.19%和 19.94%；随氧浓度升高，茶多酚总量呈显著下降趋势（P0.05），相比对照组，低氧组多酚增加 24.76%，富氧组多酚含量下降13.98%。由表 3 可知，随氧浓度升高，儿茶素各单体含量呈显著下降趋势（P0.05）。相比对照组，富氧组的EGCG、ECG、EGC、EC 分别下降48.59%、26.59%、25.03%和 10.94%。EGCG 下降比例最大，ECG 和EGC 接近，EC 下降比例最小，表明氧浓度对不同结构的儿茶素影响存在差异。红茶发酵中，儿茶素在PPO 和 POD 的催化下与氧气反应生成邻醌，邻醌可进一步与儿茶素聚合形成 TFs、TSs 以及其他高聚物1113，因此提高发酵中氧气浓度可以显著提升儿茶素氧化速率促进其消耗，而不同儿茶素消耗量的差异可能与 PPO 和 POD 对不同结构儿茶素催化效率存在差异有关。由表 3 可知，随发酵中氧浓度升高，茶黄素总量及各单体含量呈显著上升趋势（P0.05）。相比对照组，低氧处理中 TFs 降低了 39.57%，其中 TF、TF3G、TF3G 和 TFDG 分别显著降低了 27.04%、37.98%、23.62%和 54.37%（P0.05）；相比对照组，富氧处理中 TFs 显著增加了 15.32%（P0.05），其中 TF、TF3G、TF3G 和 TFDG 分别显著增加了 11.94%、14.23%、10.84%和 21.13%（P0.05）。结果表明，发酵中氧浓度增加可以显著促进茶黄素的积累。茶黄素由儿茶素氧化聚合形成，因此提高发酵中氧气浓度在促进儿茶素消耗的同时可以促进茶黄素的积累，儿茶素消耗的差异也导致了茶黄素单体的增加比例存在较大差异。由表 3 可知，低氧、对照和富氧组 GA 含量存在显著差异（P0.05），分别为 0.54%，0.47%和 0.4%；相比对照组，富氧处理中 GA 含量下降 14.24%，低氧处理中含量增加 14.77%。由表 3 可知，红茶发酵中随氧浓度增加，游离氨基酸含量和可溶性糖含量呈轻微下降趋势。其中相比对照组，富氧处理中游离氨基 表 2 不同氧浓度发酵处理红茶成品茶感官审评结果Table 2 Sensory evaluation of black tea with different oxygen concentration fermentation实验处理外形（25%）汤色（10%）香气（25%）滋味（30%）叶底（10%）总分（分）评语得分（分）评语得分（分）评语得分（分）评语得分（分）评语得分（分）低氧紧结84.50.41a较红亮880.41ab青82.50.41c较浓，带生涩840.82c多青张780.82b83.550.53c对照紧结83.750.61a较红亮 87.50.82a有甜香，较高85.50.41b醇爽860.00b较红亮，带青张82.50.41a84.980.21b富氧紧结83.750.20a较红亮 88.50.41a甜香86.50.41a甜爽880.41a较红亮83.50.41a86.160.33a注：同列中不同小写字母表示在P1 的挥发性成分共 25 种，包括 12 种醛类、2 种酮类、3 种醇类、3 种烯类、5 种酯类，差异挥发性化合物的热图见图 2B。在差异挥发性化合物中，高氧组与对照组相比，5 种香气物质下调，其中 2-己烯醛、（E,E）-2,4-己二烯醛、庚醛、-紫罗酮和-蒎烯含量下降，其他香气物质含量均增加；对照与低氧组相比，6 种香气物质下调，18 种香气物质上调，1-十六烷醇无变化，其中香叶基丙酮、2-乙基-己醇、水芹烯、辛酸甲酯、乙酸苯乙酯和 Z,Z-3-己烯酸-3-己烯酯含量下降，其他香气物质含量均增加。10A505101520151050510150.3850.223Ellipse:PLS-DA modelR2Y=0.994,Q2=0.935123对照-3对照-2对照-1富氧-1低氧-1低氧-2低氧-3富氧-3富氧-22.62 2.06 1.50 0.94 0.38 0.180.741.301.86二氢猕猴桃内酯Z,Z-3-己烯酸-3-己烯酯乙酸苯乙酯辛酸甲酯己酸甲酯水芹烯苯乙烯1-十六烷醇2-乙基己醇CIS-4-庚烯醇十一醛反式-2,4-癸二烯醛2,6-二甲基苯甲醛(E)-2-庚烯醛(E,E)-2,4-己二烯醛庚醛2-己烯醛正己醛低氧-1低氧-2低氧-3对照-1对照-2对照-3富氧-1富氧-2富氧-3BR2X1=R2X2=-紫罗酮-亚乙基-苯乙醛Hotellings T2(95%)E,E-2,4-壬二烯醛香叶基丙酮-蒎烯图 2 不同发酵处理红茶挥发性成分含量 OPLS-DA 图（A）和差异化合物热图（B）Fig.2 OPLS-DA score plot(A)of volatile component contentsin tea with different fermentation treatments and heat map(B)ofdifferent contents 通过峰面积对比分析不同氧浓度处理的差异挥发性物质含量变化比例。与对照组相比，富氧组的正己醛（绿叶香）增加了 5.77%，（E）-2-庚烯醛（清香、绿 表 3 不同氧浓度发酵对红茶理化成分含量的影响Table 3 Influences of different oxygen concentration on thechanges of contents理化成分含量（%）低氧对照高氧茶多酚28.931.4a23.190.907b19.940.756cGA0.540.002a0.470.002b0.40.002cEGC2.680.346a2.890.305a2.170.233aEGCG5.20.111a2.690.229b1.390.075cECG20.037a1.480.039b1.090.019cC0.740.014a0.740.019a0.480.078bCAF2.80.05a3.030.16a2.820.039aTFs1.2760.067c2.1110.045b2.4340.033aTF0.1310.003c0.1790.019b0.20.011aTF3G0.7930.056c1.2780.019b1.460.033aTF3G0.1340.008c0.1760.002b0.1950.005aTFDG0.2180.004c0.4780.009b0.5790.006a可溶性糖15.490.242a14.810.361a14.440.338b游离氨基酸2.120.08a2.090.027a2.010.041a注：同行中不同小写字母表示在P0.05水平差异显著。第 44 卷 第 19 期杨云飞，等：发酵中氧对红茶品质的影响及富氧发酵工艺优化 203 叶香）增加了 27.06%，（E,E）-2,4-壬二烯醛（果香）增加了 75.57%，-亚乙基-苯乙醛（甜香、蜜香）增加了66.14%，反式-2,4-癸二烯醛（柑橘香、坚果香）增加了 125.66%，苯甲醛（甜香、樱桃香）增加了 18.34%，苯乙醛（蜜香、甜香）增加了 21.93%，十一醛（花香、柑橘香、清香）增加了 39.13%，香叶基丙酮（清香、果香）增加了 42.14%，苯乙烯（甜香）增加了 12.30%，水芹烯（木质香、花香）增加了 34.51%，己酸甲酯（香蕉香）增加了 18.79%，辛酸甲酯（甜香）增加了 31.65%，乙酸苯乙酯（蜜香、玫瑰香）增加了 264.90%，Z,Z-3-己烯酸-3-己烯酯（番茄叶香）增加了 60.06%，二氢猕猴桃内酯（坚果香）增加了 6.68%。与对照组相比，低氧组的正己醛下降了 42.64%，2-己烯醛下降了 71.19%，苯甲醛下降了 28.60%，苯乙醛下降了 35.31%，庚醛下降了 55.98%，（E）-2-庚烯醛下降了 59.85%，（E,E）-2,4-壬二烯醛下降了 7.97%，-亚乙基-苯乙醛下降了 62.18%，十一醛下降了 9.96%，-紫罗酮下降了9.23%，CIS-4-庚烯醇下降了 31.80%，苯乙烯下降了32.22%，-蒎烯下降了 97.40%，乙酸甲酯下降了19.84%，二氢猕猴桃内酯下降了 41.77%。结果表明，发酵中提高氧气浓度对挥发性物质含量具有显著影响，其中大部分差异化合物呈显著上调趋势，且显著增加的挥发性化合物大多具有果香、甜香、花香等对红茶香气有正向贡献的特征，这可能是富氧发酵显著改善香气品质的主要原因。茶叶中香气化合物的形成主要来源于加工过程中类胡萝卜素、脂肪酸、糖苷前体的次生代谢和美拉德反应29。本研究差异化合物中，2-己烯醛具果香，由脂肪酸降解途径形成，其含量增加 5.77%；香叶基丙酮具清香和果香，由胡萝卜素降解途径形成，含量增加 42.14%；二氢猕猴桃内酯具坚果香，由胡萝卜素降解途径形成，含量增加 6.68%。因此，富氧发酵中挥发性物质含量增加可能是氧气浓度提高促进了胡萝卜素的降解、脂肪酸氧化等香气形成途径导致的。2.4发酵工艺对红茶品质及茶黄素含量的影响氧气是氧化反应的底物，适宜的氧气浓度可以促进茶黄素的形成和积累。由图 3A 可知，5%、21%、36%、51%、66%氧浓度条件下，茶黄素总含量和感官得分均呈先增后降的变化趋势。这是因为随氧浓度增加，茶多酚可更多的氧化形成茶黄素，而氧浓度继续升高会使茶黄素进一步聚合形成茶红素和茶褐素，导致其含量下降1113，随氧浓度增加发酵程度由轻到重，进而影响其感官得分变化。氧浓度 36%时其茶黄素含量为 2.43%，显著高于其他处理（P0.05）；氧浓度 36%时，感官得分最高为 86.75，显著高于其他处理（P0.05）。因此确定红茶发酵中氧气浓度在响应面优化中的因素水平为 26%、36%、46%。由图 3B 可知，通氧时间 0、1、2、3、4 h 时茶黄素含量和感官得分均呈先增后降的变化趋势，这是因为随通氧时间延长，前期可以促进儿茶素等茶多酚氧化形成茶黄素，而后期则促进茶黄素和其他物质的进一步聚合，从而呈现茶黄素含量先高后低的变化趋势，内含成分的变化趋势导致了其感官得分的先增后降。其中通氧时间为 1 和 2 h 时茶黄素含量为 2.43%、2.47%，显著高于其他处理（P0.05）；通氧时间为 2 h时感官得分为 85.75，显著高于其他处理（P0.05）。因此确定红茶发酵中通氧时间在响应面优化中的因素水平为 1、1.5、2 h。发酵时间是影响红茶发酵程度的重要因素。由图 3C 可知，发酵时间为 0、1、2、3、4、5 h 时茶黄素含量和感官得分均呈先增后降的变化趋势。这是因为随着发酵时间延长，茶黄素进一步聚合转化导致其含量降低，重度发酵也导致香气和滋味品质下降。发酵时间为 4 h 时茶黄素为 2.31%，显著高于其他处理（P0.05）；发酵 3 h 得分为 86 分，显著高于其他处理（P0.05）。因此确定红茶发酵中发酵时间在响应面优化中的因素水平为 3、3.5、4 h。2.5A2.01.5茶黄素含量(%)感官得分(分)1.00.509088868482805213651氧气浓度(%)66ddbcaacbcc茶黄素含量感官得分2.5B2.03.01.5茶黄素含量(%)感官得分(分)1.00.5088868482800123通氧时间(h)4cdacaabbcc茶黄素含量感官得分3.02.5C2.01.5茶黄素含量(%)感官得分(分)1.00.5088868482800123发酵时间(h)4ddddccabab5bd茶黄素含量感官得分图 3 不同工艺参数对红茶茶黄素和感官得分的影响Fig.3 Effects of parameters on black tea theaflavins contentsand sensory scores注：图中不同小写字母表示差异显著 P0.05。204 食品工业科技2023 年 10 月 2.5富氧发酵工艺优化根据单因素结果，选择氧气浓度为 26%、36%、46%，通氧时间 1、1.5、2 h，发酵时间 3、3.5、4 h 进行响应面优化。响应面实验结果如表 4 所示，回归模型方差分析见表 5，回归模型中 F 值为 28.48，P通氧时间发酵时间。氧气浓度，通氧时间和发酵时间两两交互作用的响应面图如图 4 所示。在响应面图中，若图形趋于陡峭，则说明因素交互作用的影响越显著。由图 4 可见，响应面曲面图较为平缓，其中图A 等高线图接近圆形，这表明 3 个因素的交互作用均不显著，与方差分析结果一致。根据响应面结果提出最优工艺参数为：氧气浓度 40.45%、通氧时间1.42 h、发酵时间 4.00 h，依据实际操作需求将富氧发酵工艺参数调整为：氧气浓度 40%、通氧时间1.5 h、发酵时间 4.00 h。依据优化的富氧发酵工艺参数进行验证实验，以不通氧处理为对照，感官审评结果如表 6 所示，优化工艺感官审评总得分 89.45，明显高于对照工艺，且新工艺加工红茶香气和滋味品质均有明显提升；茶黄素含量检测结果如表 7 所示，优化工艺 TFs 为 2.86%，TF、TF3G、TF3G 和 TFDG含量分别为 0.25%、1.71%、0.24%和 0.68%，均显著高于对照组茶黄素含量（P0.05），结果表明，优化富氧发酵工艺参数可以改善红茶品质，提高茶黄素含量。90A8988878685842.01.81.61.41.21.02530354045感官得分(分)感官得分(分)感官得分(分)B:通氧时间(h)A:氧气浓度(%)90B8988878685844.03.83.63.43.23.02530354045C:发酵时间(h)A:氧气浓度(%)4.03.83.63.43.23.0C:发酵时间(h)90C8988878685841.01.21.41.62.01.8B:通氧时间(h)图 4 通氧时间、氧气浓度和发酵时间的交互作用的响应面图Fig.4 Response surface of the interaction between oxygentime,oxygen concentrati