光照對茶葉萎凋的影響研究進展

黃 藩，劉 飛，唐曉波，羅 凡

（四川省農業科學院 茶葉研究所，四川 成都 610066）

萎凋是紅茶、白茶和烏龍茶等茶類制作加工的第一道工序，萎凋中的鮮葉作為離體活性組織，其呼吸作用和光合作用等生命活動仍在進行，同時細胞內部進行著復雜的代謝反應，對茶葉品質的形成具有決定性作用[1]。光照作為一種能源物質和信號分子，為鮮葉的物理反應、生物代謝和化學變化等方面的促進，提供了必要的環境條件和能量需求[3]。萎凋效果受環境因子影響較大[4]，我國烏龍茶加工有日光萎凋的傳統[5-6]，茶葉春季生產正值南方梅雨季節，時常遭遇陰雨潮濕天氣，無法進行日光曬青，鮮葉萎凋效果得不到保證，所以人工光照技術應運而生，近年來補光技術也逐漸應用到紅茶和白茶的萎凋工序中[7-8]。隨著茶葉加工技術的現代化發展，鏑燈、白熾燈、紅外燈和LED燈（發光二級管）等人工光源均有應用于光補償萎凋技術中，并取得了良好的效果，對不同茶類的萎凋效率、毛茶風味及特征品質成分的影響不同，已然成為近年來研究的熱點。本文綜述了光照（可見光、紅外及遠紅外光）對萎凋中鮮葉的生理、物理、化學特征和毛茶的感官品質、化學品質等方面的影響，以期對光萎凋技術的發展提供參考。

1 光照對萎凋葉生理特征的影響

光作為一種能源物質和信號分子，不但能夠調節植物體的生長發育，而且對于萎凋中茶鮮葉的細胞代謝產物和主要酶類也起到一定的調控作用，影響了茶鮮葉主要品質成分的積累[9]。

1.1 生理代謝

萎凋是鮮葉失水過程，鮮葉作為離體活性組織，其光合作用、蒸騰作用及呼吸作用仍在進行。萎凋葉的光能利用率有限，凈光合速率會在達到峰值后持續下降，直至消失，已經證實參與光子捕獲和電子運輸的差異表達蛋白質在萎凋過程中是下調的[10]。有研究發現，與無光相比，萎凋葉在人工光照5 min以內會發生光響應，凈光合速率會在10～20min達到峰值[11]，促進萎凋進程，且紅光和黃光的光響應速度快于藍光。

光照能提高葉溫，促進萎凋進程[12-13]，非可見光如遠紅外光能明顯提高葉溫，但可見光如LED作為冷光源對葉溫提升有限。羅紅玉等[14]通過葉綠素熒光技術測定不同光質萎凋中葉片光系統對光能的吸收、傳遞、耗散和分配等方面的情況，發現較之無光，藍光處理萎凋葉的NPQ（非光化學猝滅）和Y（NPQ）（調節性能量耗散的量子產量）最高，表示植物逆境耐受能力強；紅光和黃光處理萎凋葉的逆境耐受能力居中。

光照對萎凋葉的呼吸作用也有影響，可促使萎凋葉氣孔導度增大，促進大氣與葉肉細胞的氣體交換，葉內水分快速散失，縮短萎凋時間，但不同光質對氣孔導度無顯著影響[10]。但在萎凋葉失水的過程中，其呼吸速率卻有“下降—上升—平穩”的趨勢，并且藍光處理下的細胞呼吸速率高于紅光[17-18]，與黃瓜葉片的光合放氧速率規律一致[19]。因為光照可以提高葉溫、促進蒸騰作用和呼吸作用，所以萎凋葉的失水速率明顯加快，能提高萎凋效率。

1.2 主要酶活性

光照可以加強萎凋葉的細胞膜透性，誘導鮮葉中某些氧化酶和水解酶活性的提高，促使大分子蛋白質水解、多酚類化合物氧化，以及糖苷類等香氣前體物質酶促降解，這些變化直接影響了萎凋葉中代謝物質的變化，為后續生化反應提供物質基礎[20]。通過iTRAQ技術已經探明，與蛋白質降解有關的差異表達蛋白在光照萎凋中多是上調的，與氨基酸合成有關的差異表達蛋白則相反[9]。萎凋結束時谷氨酸和天冬氨酸含量增加，因為調控天冬氨酸合成的酶（草酰乙酸轉氨酶）和谷氨酸合成的酶（谷氨酸合成酶）上調表達，調控其分解轉化的精氨琥珀酸裂解酶、天冬氨酸氨基轉移酶、天冬氨酸氧化酶和谷氨酰胺合成酶等下調表達，導致萎凋結束時谷氨酸和天冬氨酸含量提高[21]。多酚氧化酶（PPO）是萎凋過程中的關鍵酶類，在自然萎凋條件下，PPO活性逐漸增強，而人工光照能夠較大幅度增強PPO活性[22-23]，直接影響了茶多酚組分的構成比例，但由于茶樹品種、光強、光照時間及酶活檢測方法的不同，不同光質對PPO活性提升的程度還有待進一步研究[24-25]。在其它與茶多酚氧化有關酶類的研究[26-27]發現，藍光和白光處理下的超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶 （GAT）和過氧化物酶 （POD）活性較高，紅光處理下則降低，與竹葉蘭[28]、遠志[29]和丹參[30]等植物的研究結果類似。光萎凋過程中，與萜類代謝和長鏈脂肪酸裂解有關的酶活性是增強的，相關基因表達均上調，這是萎凋中出現青氣揮發和花香顯露現象的物質基礎[31]。β-葡萄糖苷酶是一種對茶葉香氣的形成具有重要作用的水解酶類[32]，以鍵合態糖苷形式存在于萎凋葉中的香氣前體在與β-葡萄糖苷酶大量接觸后，使得具有花香和水果香的萜烯醇類和芳香醇類化合物等游離態揮發性物質得到大量的水解釋放，從而形成特征香氣。有研究表明，光照在前期促進萎凋葉香氣相關酶基因上調表達，在萎凋后期調控β-葡萄糖苷酶活性提高，進而改善香氣品質[33]。雖然紅光、藍光、黃光及紅藍混合光均能提高其活性，但紅光作用最明顯[34]。除了β-葡萄糖苷酶，E-烯醇合酶對橙花叔醇等香氣組分的形成有決定性作用，通過分子生物學手段已經證實烏龍茶的日光萎凋處理極大增強了E-烯醇合酶的活性[35]。有實驗發現光照萎凋后鮮葉中的橙花叔醇含量，呈現近紅外＞紅光＞藍光＞無光的規律[36]，可以猜測不同光波長對E-烯醇合酶的活化作用不同。

2 光照對萎凋葉主要代謝物質的影響

2.1 氨基酸

萎凋過程中，氨基酸總量隨大分子蛋白質水解的增加而不斷升高，相比無光萎凋，紅外光、紫外光、藍光、紅光以及白光萎凋處理離體茶鮮葉可以提高萎凋葉的氨基酸總量，且在一定光強范圍內鮮葉的氨基酸總量隨光強增大而上升，而藍紫光萎凋提高氨基酸含量的效果最明顯，與茶樹栽培上認為的藍光照射會降低茶樹鮮葉的碳氮比，促進蛋白質、氨基酸的合成是一致的[37-38]。熊天[39]推測是由于藍光照射提高了植物體內谷氨酸合成酶 （GOGAT）活性，促進了氮循環而提高了植物體內氨基酸的含量。但萎凋葉中20多種氨基酸組分的含量變化各異，茶葉中含量最高的氨基酸組分茶氨酸下降，而重要的呈味氨基酸谷氨酸和其他氨基酸組分升高[40]。不同光質對氨基酸各組分的影響不同，與自然萎凋相比，紅光萎凋前期的磷酸烯醇丙酮酸羧激酶、丙酮酸脫羧酶和蘋果酸脫氧酶的表達顯著低于自然萎凋，使萎凋后期L-天冬氨酸的含量極顯著低于自然萎凋；但紅光萎凋的谷氨酸含量顯著高于自然萎凋，雖然研究發現紅光萎凋的異檸檬酸脫氫酶表達顯著低于自然萎調，不利于谷氨酸積累，但在萎凋后期，紅光處理的谷氨酸分解或轉化速率低于自然處理，使得紅光處理的谷氨酸含量得到一定程度的積累[41]。與紅光相比，藍光萎凋使茶氨酸下降幅度小于紅光；異亮氨酸、亮氨酸、酪氨酸、賴氨酸、組氨酸、纈氨酸、脯氨酸、β-丙氨酸、色氨酸和天冬酰胺等含量增加小于紅光；而谷氨酸上升幅度卻大于紅光[29-42]。

2.2 茶多酚

光萎凋可以在一定程度上促進茶多酚氧化分解，降低茶葉中苦澀味物質的含量。有研究表明，遠紅外光和紅光能較大幅度降低萎凋葉中茶多酚的含量，尤其是黃酮和酯型兒茶素。茶葉萎凋中出現的短波段光（藍光）促進而長波段光（紅光）抑制黃酮積累的現象，在萵苣、苦蕎和葡萄等瓜果作物中也有發現[44]。黃藩[45]研究了不同光質萎凋下茶鮮葉的兒茶素組分動態變化，發現紅光處理的GC、EGC、EGCG、酯型兒茶素及兒茶素總量降低程度最大，相比無光萎凋，藍光萎凋也降低了酯型兒茶素的含量。而不同光質對鮮葉代謝機理的影響機理并不清晰，很有可能是紅光激發酶的能力強于藍光，使得兒茶素的分解反應加劇。郝亞利[46]研究也發現藍光萎凋中鮮葉的兒茶素總量與酯型兒茶素含量高于紅光照射。

2.3 其它生化物質

可溶性糖在整個萎凋過程中呈現先上升后下降的趨勢[47]。可溶性糖含量的動態變化是糖類分解和呼吸作用，以及光合作用的共同結果，若提高萎凋光照的強度，淀粉酶、纖維素酶和果膠酶等內源糖類水解酶[48]和呼吸相關酶類的活性越高[49]，水溶性總糖含量則會降低[50]。咖啡堿的化學性質較穩定，在茶葉初加工中含量變化較小。光照使萎凋后咖啡堿含量比鮮葉均略有增加，其中藍光處理的萎凋葉中咖啡堿含量較紅光較高[24,31]。乳酸、乙醇酸和磷酸丙酮酸等有機酸經光照萎凋后，在萎凋葉中的含量明顯提高，尤其是藍光照射后萎凋葉中的乙醇酸含量遠高于其它處理[29]。離體鮮葉受光萎凋后，葉綠素含量均有不同程度的降低，其中藍紫光、紅外光及紫外光處理下的萎凋葉的葉綠素降解較多，可能是由于光能氧化作用加速了葉綠素的破壞。所以感官審評結果中發現，光萎凋處理的烏龍茶葉底色澤較淺亮[36]。

3 光照萎凋對毛茶品質的影響

3.1 感官品質

茶葉的感官品質一般從外形、湯色、香氣、滋味和葉底五個方面進行判斷。不同光質萎凋對烏龍茶、紅茶和白茶的毛茶感官品質均有明顯促進作用。各大茶類產區均經常遇到雨水葉制成的茶葉香氣低滋味淡的難題，研究表明進行光萎凋和熱風配合萎凋，可以提高萎凋的效率和效果，提高成品茶的感官品質[51]。日光、遠紅外光、紅光、黃光、藍光及白光均可以極大提高福建烏龍茶的感官審評總分，且在香氣、滋味、湯色和葉底四個方面作用不同[52]。廣東烏龍茶用波長＞520 nm、光照強度為13725～16774 nm 的光波[53]進行光萎凋 30 min，毛茶品質最優。對鐵觀音而言，在第1次和第2次搖青前進行2次短時間補光萎凋，制成的鐵觀音品質最優[54]。白茶在數十小時萎凋后烘干即為毛茶，光照對毛茶感官品質的影響更明顯。黃光萎凋的白茶帶有愉悅的花香，且茶湯入口帶香；藍光萎凋的白茶香氣清鮮、淡雅；綠光萎凋的白茶滋味醇厚；紅光萎凋的白茶帶青香，由此可見不同光萎凋制作的白茶風格特征差別較大[18]。而光萎凋對紅茶感官品質的影響主要表現在香氣和滋味上，橙光、黃光、紅光和藍光補光萎凋處理的紅茶，感官品質優于無光和其他光質處理，甜香更加細膩持久，滋味更加甜醇鮮爽[39,55]。但紫外光和綠光萎凋對紅茶的香氣和滋味都有副作用，不建議用此單色光進行紅茶萎凋[56]。

3.2 主要生化品質

光萎凋可以改變毛茶中多種生化成分，但不同光質在不同茶類中的作用不一。相比無光萎凋，光照可顯著提高紅茶、烏龍茶和白茶的氨基酸總量，尤其是藍光作用最明顯。而在氨基酸組分變化的研究中發現，黃光可以顯著提高工夫紅茶中茶氨酸、谷氨酸和天冬氨酸等呈味氨基酸的含量[29,57]。同時，光萎凋能降低烏龍茶和工夫紅茶的茶多酚和咖啡堿的含量，有利于減低茶湯的苦澀味，且遠紅外光和紅光的效果最明顯。但對白茶而言，光照卻顯著提高咖啡堿的含量。而不同光質對茶多酚影響不同，黃光和藍光降低了茶多酚含量，而紅光、綠光、白光茶多酚含量升高。兒茶素是茶多酚中含量最高的組分，光照可以極顯著影響紅茶兒茶素總量水平，且黃光、橙光、藍光和紫外光提升效果最明顯，同時這四種光質處理下毛茶的EGCG和ECG含量顯著高于無光處理。光照可以顯著提高烏龍茶毛茶中可溶性糖的含量，其中紅光對可溶性糖含量的作用最明顯[58]。但對紅茶的可溶性糖的影響卻不同，黃光、紅光和白光可以顯著提高可溶性糖的含量，但藍光和綠光等效果不明顯。而對水浸出物研究較少，其中光照可以顯著提高烏龍茶水浸出物含量，改善茶湯滋味品質，且有研究認為相比單色光，混合光萎凋對水浸出物含量增加效果最明顯[59]。

3.3 香氣品質

雖然茶葉揮發性香氣組分的相對含量僅占干重的0.01%，但作為評價茶葉風味品質的重要次生代謝產物，直接決定和形成了茶葉品質和風味特征[46,60]。不同光質萎凋對毛茶的香氣總量、種類及組成比例有一定影響。黃光照射能提高橙花叔醇等產生花香香型的特征組分在總香氣含量中的比例，促進毛茶花香風味的形成，在烏龍茶、紅茶和白茶的光照實驗中已被多次證實[61-62]。除了橙花叔醇，吲哚作為另一種產生花香的特征組分，在鮮葉光萎凋過程中顯著增加，且紫外光對其促進作用最明顯，為毛茶良好風味的形成奠定物質基礎[63]。相比無光萎凋，光照能提高毛茶的香氣總含量，增加毛茶的香氣種類，促使毛茶香氣特征較無光萎凋有較大改善。王登良等[64]研究發現用一定強度的橙光萎凋廣東烏龍茶，毛茶中會增加β-紫羅酮和紫羅蘭酮兩種良好的香氣組分。

4 問題與展望

開展光照在茶葉萎凋中應用的研究，加強茶葉加工的全天候、自動控制及精細化調控管理，對于保證茶產業精準、智能、高效、優質和可持續發展具有重要意義。光萎凋可以提高某些關鍵酶活性，促進萎凋葉內物質轉換，極大改善茶葉的香氣和滋味。人工補光光源的廣泛應用，可以克服茶區雨季無法進行曬青的難題，提高萎凋效率和效果。但在光萎凋技術的機理深化、工藝系統化和設備智能化等方面還有待進一步研究。

4.1 機理研究深入化

光照技術在植物栽培、作物生產和組織培養等方面有普遍應用，有關光照對植物的生物學效應、生物化學機制以及生產應用等方面的研究發展迅猛[65-66]，但有關光照對離體植物的影響機制卻鮮有報道。因此，為了深入研究光照對茶樹離體鮮葉生理代謝影響及差異蛋白變化，必須引入代謝組學和差異蛋白質組學研究策略，將不同層面上獲取的信息聯系起來，從整體水平上研究離體茶鮮葉對光源照射的響應，闡明光照射脅迫下離體茶鮮葉的代謝調控途徑和關鍵調節位點，揭示光照處理離體鮮葉對提高茶葉品質的作用機制，為茶葉加工技術水平提升提供基礎理論依據。

4.2 工藝研發系統化

光試驗研究應綜合考慮3個要素：光強、光質和光周期，由于不同試驗中研究對象、處理方法、光質波長和環境條件等因素的不同，導致得到的試驗結果不盡相同，甚至相反，所以目前大多數試驗還是以探討某一光質或不同組合光對某一茶類加工的影響，且集中在單波長的單色光上，對多波長的研究較少。在實際生產中尚未形成針對某一茶類特色需求的光質、光強、光照周期的光補償萎凋工藝參數。除了光照因素，鮮葉質量、環境溫度、濕度、含氧量、萎凋時間等都是影響鮮葉萎凋效果和效率的重要因素，但目前光照因子同其它諸多萎凋影響因子交互作用缺乏系統研究。所以關于不同因子的相互耦合研究，工藝研發向系統化方向發展，必將是實現茶葉全天候智能加工最為迫切的技術要求。

4.3 設備研制智能化

光萎凋設備多為非標準設計，存在品質不穩定、工藝匹配性差、自動化程度低等共性技術問題，但加工機械設備的智能化發展勢在必行，將對光萎凋設備的研制提出更高的要求[67]。萎凋光源的研發不斷變革，從日光萎凋發展到人工光照萎凋，包括可見光光照萎凋、紅外線萎凋及紫外線萎凋等。新型光源LED是通過化學能轉換成光能的元件，屬于冷光源，其具有耗能低、無污染、波長穩定和低發熱等光電特性優點，但其廣泛應用受到高成本的嚴重限制。隨著LED光源制造成本的逐漸降低、技術的進步以及國家對節能工程的進一步重視，LED光源會廣泛應用在光萎凋設備上。除了光源，還需要提升萎凋關鍵裝備的結構、供熱方式、通風方式和控制算法，優化相關機械結構、傳動方式及運動學參數，形成茶葉專用，以適應自動化和智能化生產的硬件要求[68]。