基于UPLC-Q-Exactive_MS的不同烘焙处理岩茶化学成分差异分析.pdf
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1、268 2023,Vol.44,No.20 食品科学 成分分析基于UPLC-Q-Exactive/MS的不同烘焙 处理岩茶化学成分差异分析钟秋生1,彭佳堃2,戴伟东2,*,林 智2,吕海鹏2,陈泉宾1,李鑫磊1,陈常颂1,*(1.福建省农业科学院茶叶研究所,福建 福州 350012;2.中国农业科学院茶叶研究所,浙江 杭州 310008)摘 要:为探明不同烘焙处理条件对岩茶品质与化学成分的影响,以肉桂品种(Camellia sinensis(L.)O.Kuntze cv.Rougui)岩茶毛茶为研究对象,设置不同烘焙温度(低火:100、中火:120、高火:140)与烘焙时间(2、4、6、8、1
2、0 h),采用基于超高效液相色谱-四极杆-静电轨道阱质谱(ultra-high performance liquid chromatography-quadrupole orbitrap mass spectrometry,UPLC-Q-Exactive/MS)的代谢组学方法对其非挥发性化学成分进行系统研究并结合感官审评对其品质进行鉴定。本研究共鉴定出144 种化合物,包括生物碱类、儿茶素类、二聚儿茶素类、氨基酸类、酚酸类、N-乙基-2-吡咯烷酮取代的儿茶素(N-ethyl-2-pyrrolidinone-substituted flavan-3-ols,EPSF)类、香气糖苷类、黄酮糖苷类及
3、脂质类等11 类化合物。偏最小二乘法判别分析和热图分析结果表明,不同烘焙处理岩茶化学成分存在较大差异,共得到84 种具有组间显著性差异的化合物(P0.05),其中绝大部分为氨基酸类物质,以及大部分儿茶素类、二聚儿茶素类(茶黄素、聚酯型儿茶素)、生物碱类(5-甲硫腺苷、磷酸腺苷等)、酚酸类(异绿原酸、小木麻黄素、茶没食子素等)及大部分黄酮糖苷类等化合物在温度达到120(中火)后随着焙火时间的延长含量逐渐下降。而大部分脂质类(甘油单酯(18:3)、溶血磷脂酰胆碱(18:3)、棕榈酸等)、小部分黄酮糖苷类化合物(杨梅素、山柰苷、槲皮素等)、部分有机酸类物质(焦谷氨酸、5-羟甲基-2-糠醛)等呈相反的
4、变化趋势;绝大部分EPSF类化合物含量随着焙火温度升高和时间的延长而呈线性增加,但在温度达到140(高火)后随着烘焙时间的延长含量逐渐降低。感官审评鉴定表明,低温长时(100、810 h)或中温短时(120、24 h)烘焙有利于肉桂岩茶品质的提升。本研究采用UPLC-Q-Exactive/MS方法较为系统全面地阐明了肉桂岩茶在不同烘焙条件下样品化学物质的差异,为武夷岩茶品质研究及焙火工艺提供理论依据。关键词:武夷岩茶;烘焙;化学成分;超高效液相色谱-四极杆-静电轨道阱质谱联用;代谢组学;感官评价Analysis of Differences in Chemical Constituents o
5、f Rougui Rock Tea with Different Roasting Degrees by Ultra-high Performance Liquid Chromatography-Quadrupole Orbitrap Mass SpectrometryZHONG Qiusheng1,PENG Jiakun2,DAI Weidong2,*,LIN Zhi2,L Haipeng2,CHEN Quanbin1,LI Xinlei1,CHEN Changsong1,*(1.Tea Research Institute,Fujian Academy of Agricultural Sc
6、iences,Fuzhou 350012,China;2.Tea Research Institute,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Hangzhou 310008,China)Abstract:In order to investigate the influence of different roasting degrees on the quality and chemical composition of Rougui rock tea(Camellia sinensis(L.)O.Kuntze cv.Rougui),the non-
7、volatile chemical compositions of tea samples processed at different roasting temperatures(low fire:100,medium fire:120,high fire:140)and for different time periods(2,4,6,8 and 10 h)were systematically investigated by metabolomics based on ultra-high performance liquid chromatography-quadrupole orbi
8、trap mass spectrometry(UPLC-Q-Exactive/MS),and their quality was evaluated by sensory 收稿日期:2022-12-05基金项目:福建省公益科研院所专项(2021R1029006;2021R1029004);财政部和农业部:国家茶叶产业技术体系项目(CARS-19);农业高质量发展超越“5511”协同创新工程项目(XTCXGC2021004);国家自然科学基金面上项目(32172630);福建省农业科学院科技创新团队项目(CXTD2021006-1)第一作者简介:钟秋生(1983)(ORCID:0000-0002
9、-7719-067X),男,副研究员,硕士,研究方向为茶叶加工及品质、品种资源与利用。E-mail:*通信作者简介:戴伟东(1987)(ORCID:0000-0002-9593-138X),男,副研究员,博士,研究方向为茶叶加工品质化学。E-mail:陈常颂(1973)(ORCID:0000-0001-6999-673X),男,研究员,硕士,研究方向为茶树品种选育与资源利用。E-mail:成分分析 食品科学 2023,Vol.44,No.20 269evaluation.A total of 144 compounds were structurally identified,belongin
10、g to 11 chemical classes including catechins,dimeric catechins,flavonoid glycosides(flavonol-O-glycosides and flavone-C-glycosides),N-ethyl-2-pyrrolidinone-substituted flavan-3-ols(EPSFs),amino acids,phenolic acids,organic acids,alkaloids,and lipids.Partial least squares discriminant(PLSD)analysis a
11、nd heatmap analysis showed distinct differences in chemical components among rock tea samples with different baking treatments.A total of 84 compounds that significantly differed among treatment groups were identified(P 0.05).The contents of most amino acids,epicatechins,dimeric catechins(theaflavin
12、s and theasinensins),alkaloids(5-methionosine and adenosine phosphate),phenolic acids(isochlorogenic acid,strictinin and theogallin),and flavonoid glycosides were gradually decreased with roasting time at 120,while most lipids(MG(18:3),LysoPC(18:3),and palmitic acid),some flavonol aglycones(myriceti
13、n,kaempferol,and quercetin),and some organic acids(pyroglutamic acid and 5-hydroxymethyl-2-furfural)showed the opposite trend.The contents of most EPSF compounds were increased linearly with roasting temperature and time,but it was gradually decreased with baking time at 140.Sensory evaluation showe
14、d that low-temperature long-time(810 h at 100)and medium-temperature short-time(24 h at 120)were beneficial for the quality improvement of rock tea.This study provides a theoretical basis for the quality improvement of Wuyi rock tea.Keywords:Wuyi rock tea;roasting;chemical composition;ultra-high per
15、formance liquid chromatography-quadrupole orbitrap mass spectrometry;metabolomics;sensory evaluationDOI:10.7506/spkx1002-6630-20221205-052中图分类号:TS272 文献标志码:A 文章编号:1002-6630(2023)20-0268-15引文格式:钟秋生,彭佳堃,戴伟东,等.基于UPLC-Q-Exactive/MS的不同烘焙处理岩茶化学成分差异分析J.食品科学,2023,44(20):268-282.DOI:10.7506/spkx1002-6630-202
16、21205-052.http:/ZHONG Qiusheng,PENG Jiakun,DAI Weidong,et al.Analysis of differences in chemical constituents of Rougui rock tea with different roasting degrees by ultra-high performance liquid chromatography-quadrupole orbitrap mass spectrometryJ.Food Science,2023,44(20):268-282.(in Chinese with En
17、glish abstract)DOI:10.7506/spkx1002-6630-20221205-052.http:/乌龙茶是六大茶类之一,也是我国特有的茶类,具有天然花果的独特香气和品种的特殊香韵。武夷岩茶作为闽北乌龙茶的代表,以“岩骨花香”之岩韵深受消费者喜爱。其中肉桂品种(Camellia sinensis(L.)O.Kuntze cv.Rougui)制成的武夷岩茶更因其香气辛锐持久,具桂皮香,滋味醇厚、回甘等优异品质备受广大消费者的喜爱。在武夷岩茶加工过程中,焙火工艺及焙火程度对武夷岩茶特有的色、香、味、形发挥着重要作用。前期,学者针对武夷岩茶焙火方面做了许多研究,从不同角度探明焙火
18、对其品质及生化成分等方面的影响,如不同焙火程度1-7、不同焙火方式8-9、不同品种岩茶焙火10-13等。而前人研究大多采用常规生化检测方法,检测技术和手段较为有限,针对整体化学成分特征进行系统比较分析的研究较少。近年来,代谢组学以其高效、全面及准确的特点,广泛应用于植物14、医药15、微生物16、食品17等研究领域,并取得较大进展。目前,基于代谢组学的茶叶品质特征与化学成分相关性研究也成为茶叶研究热点之一。韩沙沙等18利用超高效液相色谱-四极杆-飞行时间质谱(ultra-high performance liquid chromatography quadrupole time-of-flig
19、ht mass spectrometry,UPLC-Q-TOF MS)对比肉桂和水仙化学成分的差异;Chen Si等19利用代谢组学方法结合超高效液相色谱-三重四极杆质谱等研究了14 个不同品种武夷岩茶的生化品质差异;Xu Kai等20利用液相色谱-质谱等代谢组学方法研究了3 个不同区域岩茶样品代谢组分的变化;Yang Ping等21利用气相色谱-嗅觉-质谱和全二维气相色谱-嗅闻-质谱联用的方法对不同烘焙温度肉桂岩茶挥发物进行分析检测;徐邢燕22利用市售的15 个厂家共计83 个肉桂岩茶样品,根据感官审评将焙火程度分2 组(低火、中火),利用UPLC-Q-TOF MS方法鉴定其差异成分,认为氨
20、基酸类、酚酸类、黄烷醇类、黄酮醇类、酯类、多环芳香族类和类萜苷类是主要差异物,其中黄烷醇和黄酮醇类物质占比较大;中火茶中茶氨酸异构体1,3,4,3-三-O-甲基鞣花酸、3-O-对香豆酰基奎宁酸、芳樟醇樱草苷异构体1和表儿茶素相对含量极显著低于轻火茶。目前,针对同一厂家的肉桂品种岩茶(毛茶)在不同烘焙程度下代谢组分差异变化研究鲜见报道。超高效液相色谱-四极杆-静电轨道阱质谱(ultra-high performance liquid chromatography-quadrupole orbitrap mass spectrometry,UPLC-Q-Exactive/MS)与其他代谢组学平台相
21、比优势明显,其灵敏度、分辨率及峰重现性更高,并允许同时对多种化合物进行快270 2023,Vol.44,No.20 食品科学 成分分析速定性或相对定量分析23。基于此,本研究采用UPLC-Q-Exactive/MS技术结合多变量统计学方法对不同烘焙处理肉桂品种岩茶样品的化合物进行全面系统地解析,从而为武夷岩茶品质研究、质量控制及焙火工艺优化等提供理论依据。1 材料与方法1.1 材料与试剂乌龙茶样品于2022年5月进行制作。肉桂品种鲜叶采摘后在武夷山永生茶厂进行加工,制作工艺流程:晒青晾青做青炒青揉捻初烘包揉毛火足火毛茶。毛茶制作完成后,经手工拣去茶梗、黄片、老叶后,进行焙火处理。焙火处理:以干
22、燥拣剔后的茶样为原料,采用6CXH-70型茶叶提香机进行焙火(每笼摊叶2.5 kg,摊叶厚度约为5 cm,重复3 次),设置不同焙火温度(低火:100;中火:120;高火:140)和焙火时间(0、2、4、6、8、10 h),其中以不焙火茶样作对照,则共有16 组处理(表1)。在焙火工艺结束时取样,需感官审评的茶叶样品置于5 冰箱中贮藏备用;其他茶叶样品在进行代谢组学分析前磨碎,后放入20 冰箱中保存备用。表 1 不同烘焙处理岩茶样品信息Table 1 Information about Wuyi rock tea samples with different roasting degrees处
23、理样品代号烘焙温度/烘焙时间/h毛茶(未焙火)R1低火RL-11002RL-21004RL-31006RL-41008RL-510010中火RM-11202RM-21204RM-31206RM-41208RM-512010高火RH-11402RH-21404RH-31406RH-41408RH-514010实验用水为Milli-Q超纯水;乙腈(色谱纯)、甲醇(液相色谱-质谱级)美国Merck公司;甲酸(99.0%)日本TCI公司;儿茶素(catechin,C)、表儿茶素(epicatechin,EC)、表儿茶素没食子酸酯(epicatechin gallate,ECG)、表没食子儿茶素(epi
24、gallocatechin,EGC)、表没食子儿茶素没食子酸酯(epigallocatechin gallate,EGCG)、没食子儿茶素(gallocatechin,GC)、茶氨酸、脯氨酸、谷氨酸、牡荆素、异牡荆素、槲皮素-3-葡萄糖苷、槲皮素-3-半乳糖苷、槲皮素-3-芸香苷、山柰酚-3-芸香苷、山柰酚-3-半乳糖苷、山柰酚-3-葡萄糖苷等标准品 美国Sigma 公司;聚酯型儿茶素A、聚酯型儿茶素F、原花青素B1、原花青素B2、茶黄素(theaflavin,TF)、茶黄素-3-没食子酸酯(theaflavin-3-gallate,TF-3-G)、茶黄素-3-没食子酸酯(theaflavin
25、-3-gallate,TF-3-G)、茶黄素-3-3-没食子酸酯(theaflavin-3,3-digallate,TF-DG)等标准品 武汉ChemFaces公司。1.2 仪器与设备6CXH-70型茶叶提香机 福建省安溪佳友机械有限公司;UPLC-Q-Exactive/MS仪 美国赛默飞世尔科技有限公司;T3色谱柱(100 mm2.1 mm,1.7 m)美国Waters公司;粉碎研磨机 德国IKA公司;SQP电子天平 赛多利斯科学仪器(北京)有限公司;DK-S11型电热恒温水浴锅 上海森信实验仪器有限公司;5810R型高速冷冻离心机 德国Eppendorf公司。1.3 方法1.3.1 样品前
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