福鼎白茶不同干燥方式的代謝組研究

張玉琴

（福鼎漢儀樓茶業有限公司，福建 福鼎 355200）

1 引言

1.1 白茶概述

白茶，由于制法特殊，所制成品茶外表滿披白毫，顏色顯白，故稱白茶。白茶的加工在六大茶類中是最簡單的，一般分為萎凋→干燥。它是一類不進行殺青或揉捻，僅經晾干或文火晾干后生產的優質茶葉，具有形態芽毫整齊，滿身披毫，毫香清鮮，湯色黃紅清亮，風味明凈回甘的質量特征。

干燥對白茶的品質穩定及提升起到不可替代的作用，越簡潔的加工工藝越考驗制茶過程中的技術。干燥方式一般有曬干、烘干、蒸干、陰干、陰曬結合、高溫烘焙、微波干燥等。茶葉萎凋后茶坯的含水量已經很低，葉溫表面接近干燥氣流溫度，以導致茶葉表面形成一層干硬的外殼，茶葉中的水分難蒸發出來，會影響白茶的品質和后續的貯藏。白茶通過全程萎凋后再直接烘烤的工藝方法形成了其內特有的代謝物積累模式，并由此產生了其特有的品味和健康特性。

1.2 白茶中的主要內含成分

茶葉作為全球認可的純天然健康飲料被更多的人所重視，以巨大的人力與物力致力于對茶的深入研究，在科研的過程中除逐步確認了茶葉的傳統養生作用之外，還發掘出了茶的抗氧化、抗衰老、抗病毒、抗炎消菌等作用。茶樹的內含化學物質十分豐富，到目前為止，在茶樹中經分離、確認的已知物質約有七百余種。茶鮮葉中富含約75%～80%的水分，干物質濃度約為20%～25%，干燥物質中含有了成百上千種物質，主要可分為蛋白質，茶多酚，生物堿，氨基酸，碳水化合物，礦物質，煙酸，細胞色素，脂肪類和芳香化合物等。白茶除去了其他茶葉類所固有的特點以外，黃酮萃取率與內含元素量都最高，具有很強烈的抗氧化效果，白茶的主要工藝程序黃酮濃度為的十六點二倍，是其他茶類工藝的14.2～21.4倍。其次，白茶內含元素中的氨基酸濃度也很高，主要為茶氨酸，茶氨酸能增強免疫、抗腫瘤、防止過度焦慮，增加學習效果，并增強對人體神經系統的敏銳度，提高注意力等功用。近年來，更多研究關注于白茶的代謝物積累，與其所形成的加工機理。

1.3 代謝組學概述

代謝物組學的定義首先源于代謝物組，代謝物組通常是指某一生物學或細菌在一特殊生理學時間內全部的低分子量新陳代謝產品，而代謝物組學則是對某一生物學或細菌在一特殊生理學時間內的全部低分子量新陳代謝產品，并且開展定性與量化分析研究的一個新學科。這是以組群指標分析方法為基礎，以高通量測定與信息處理技術為手段，以信息建模和系統集成為研究目標的系統生態學的一個分支。它產生于20世紀90年代末，被看作是"組學"體系的終點。這是除轉錄組學和蛋白質組學之外的三大最重要的生物學功能組，重點是通過結合分析技術和多元統計方法進行分析，對生物學樣品中代謝功能素的綜合分析方法。

虞昕磊等研究人員提出代謝組學是以整體系統的研究方式，對細胞組織中和由機體產生的低分子數目代謝物質進行定性或定量研究，以發現各種代謝網絡間的相互關系。蘇小琴等人證實組學技術在茶樹生理生化，茶葉加工，種質資源特性等方面都得到了廣泛應用，以質譜分析法和核磁共振為核心內容的代謝組學高新技術，具備高靈敏率，高精度高通量的技術特點，作為一個整體性的科技對策和科學研究方法，對中國茶樹生長規律與發展特點研究茶樹品種改良品種控制功能成分研究，及其產品在加工貯藏過程中的化學成分規律研究產生了巨大推動作用，其成果極大充實了茶學方面的理論知識，為生產優良茶樹產品，培育茶樹資源提供了大量科技數據，促進了中國茶學這門學科的蓬勃發展。

1.4 研究目的與意義

干燥方法對白茶的質量保持和提高都具有難以取代的重要意義，目前有研究成果指出，對不同的干燥方法所制作出的白茶質量和內含成份都有很明顯的影響，鄧仕彬教授等在制茶工序中對白茶質量的影響方面也做過深入研究，包括分析了萎凋方法對白茶質量的影響和風干工藝中生化成份改變及其對白茶質量的影響等，為在產品中提高白茶質量提出了參考，但并未有關于福鼎白茶的各種風干方法的非靶向代謝組學研究成果。因此本文中使用了代謝組學研究技術，探究不同干燥方式制成的福鼎白茶的代謝物組成結構，篩選差異代謝物，有利于系統比較不同干燥方式對福鼎白茶品質形成的影響，促進福鼎白茶加工工藝的改進，為福鼎白茶品質形成機理研究奠定科學基礎。

2 不同干燥方式工藝

2.1 材料與試劑

茶葉原料：本實驗材料采自福鼎省無量山茶園，等級為一芽二三葉的地方群種茶樹鮮葉。檢測設備：超高液相色譜（Ultra Performance Liquid Chromatography UPLC Shim-pack UFLC）（Shima-pack UFLC SHIMADZU CBM30A,）和串連質譜（Tandem mass spectrometry）（Applied Biosystems 4500 QTRAP）；研磨儀（MM 400，Retsch）；冷凍干燥機（Scientz-100F）。

2.2 茶葉加工

采用嫩度為一芽二三葉的地方群種茶樹鮮葉為原料，通過相同的方式進行萎凋，然后分為四份按不同的干燥方式（烘干、曬干、陰干、陰曬結合）進行干燥，后將制好的白茶樣品置于實驗室以供下一步檢測分析樣品中代謝物組成結構實驗操作需要。（如圖1所示）。

炭焙工藝：炭焙工具包括：焙籠、焙蒂、鐵鍋、蔑籮、軟籮、木炭、炭火、鍋鏟等。放置若干量的木炭于鐵鍋中，用干柴草生火將其燒紅備用。純木炭燒紅后觀察有無余煙，若有余煙冒出，則說明炭火尚未穩定，待炭火穩定后再進行下一步的操作。木炭在焙茶前要燃燒完全，否則容易在烘焙的過程中生成明煙。蓋灰的目的是控制炭火的溫度，還能守住熱量。鐵鍋擱放在穩定架上，鍋底裝大半鍋的炭灰，將燒紅的木炭均勻地放置在炭灰上，憑經驗觀察炭火狀況，感覺炭火穩定后再用炭灰均勻地覆蓋在炭火上，使其形成“暗火”。

再將焙籠圈罩在鐵鍋外面。把焙蒂放在操作臺上的蔑籮中，將茶葉輕攤在焙蒂上，其厚度可根據所焙茶葉的不同等級而靈活掌握，一般在6cm-10cm左右，中間可相應攤厚，周圍稍攤薄。攤好茶葉后，將焙蒂移到焙籠上開始烘焙。烘焙干度達到要求后即將焙蒂轉移至操作臺上，將茶葉倒在軟籮中，再雙手提卷軟籮將茶葉倒入茶箱中防潮袋內，待溫度稍降后進行過秤定量、封袋封箱，入庫備用。

機械烘焙工藝：經過高溫烘焙的白茶，會讓白茶帶來一些不好的表現，比如出現口干、上頭、鎖喉等不良身體反應。此外，高溫干燥會破壞白茶中的活性酶，從而影響白茶的后期轉化，這樣對白茶后期的轉化是非常不利的。

相對傳統炭焙工藝，現代的機械烘焙，操作上較易于摸索和掌握，自動化、智能化程度較高，節省人工，烘焙容量大、效率高。機械烘焙對火候的控制最為準確，溫差一般不會超出5℃，質量穩定。

機械烘焙主要是通過加熱空氣的溫度來干燥茶葉，熱量更集中于茶葉的表面；而炭焙通過木炭的燃燒形成的紅外線，對白茶進行由內到外的熱量輻射，自然會更加通透全面。機械烘焙的白茶帶有“火功香”，香味和滋味都比較單一，缺少炭焙白茶獨特的氣韻。不過，只要遵從白茶干燥工藝“文火慢燉”原則的機械烘焙，也能做出高品質的白茶，讓它在漫長的醞釀過程中保有生命力。

2.3 色譜與質譜檢測

將經不同干燥方法加工出的茶葉毛茶分裝在離心管中，離心管蓋上戳洞后進行冷凍干燥，凍干要求溫度為真空度：0.02mbar;-50℃。凍干后的山毛茶拋光研磨為大小相同的茶粉，稱取30mg，并加入1mL的乙酰丙胺。渦量混勻后在25℃超聲20min、離心10min后，轉移細胞并上清于離心管內，再放在-20℃的冰箱下進行儲存。使用之前將其稀釋50倍。各白茶不同干燥方式樣本均有3個生物學重復。

質譜采集條件：LIT和三重四極桿掃描是在三重四極桿線性離子阱質譜儀，AB6500 Q TRAP UPLC/ MS/ MS系統上獲得的，該系統配備了ESI Turbo離子噴霧接口，可由Analyst 1.6.3軟件控制運行正負兩種離子模式。在QQQ和LIT模式下分別用10和100μmol/ L聚丙二醇溶液進行儀器調諧和質量校準。QQQ掃描使用MRM模式，并將碰撞氣體（氮氣）設置為中等。通過進一步的DP和CE優化，完成了各個MRM離子對的DP和CE。根據每個時期內洗脫的代謝物，在每個時期監測一組特定的MRM離子對。

超高效液相色譜-四級桿飛行時間質譜原始數據利用 Waters MassLynx 采集，采集到的數據再導入 到Progenesis QI 2.1軟件中進行峰對齊、峰識別、歸一化等數據前處理。差異化合物篩選條件：VIP＞1、Fold Change＞2或＜0.5，再利用 SIMCA 13.0對篩選后的物質進行主成分分析以及載荷圖繪制。

3 不同干燥方式代謝物分析

3.1 代謝物概況

基于UPLC-MS/MS檢測平臺和自建數據庫，從四種干燥方式制成的福鼎白茶樣中共檢測到977個化合物，主要分為89個氨基酸類、17個苯丙素類、41個苯的衍生物類、108個酚酸類、51個核苷酸及其衍生物類、244個黃酮類、68個生物堿類、69個糖苷類、63個糖類、17個維生素類，89個有機酸類、38個脂肪酸類、66個脂質、11個其他、6個其他類。

樣本主成分分析（PCA）得分圖如下（其中AD表示陰干 BD表示烘干 SD表示曬干 SAD表示陰曬結合）。由圖可知，四種不同干燥方式的白茶代謝物結構差異是顯著的。從圖中可以看出曬干組內距離最近，說明曬干干燥方式的白茶平行樣本重復性高，代謝物結構最相似。陰干和烘干距離最遠，說明陰干和烘干干燥方式的白茶內 涵的代謝物差異最大。

3.2 陰干組與烘干組的比較分析

按照不同新陳代謝物的遴選準則:可變重要性投影（Variable Importance in Projection,VIP）VIP＞1，fold change＞2或者差異倍數值（fold change）FC＜0.5，相比于陰干，烘干中篩選出不同新陳代謝物四十五種，包括氨基酸及其產生物類（4個）、酚酸類（8個）、黃酮類（8個）、核苷酸極其產生物類（1個）、脂肪酸類（10個）、生物堿類（3個）、糖甙類（3個）、糖類（2個）、有機質類（4個）、脂質類（1個）、其他類（1個）。明顯升高的中間代謝物主要有咯肼、溶血磷脂酰膽堿20:5、櫻黃素-4'-O-葡萄糖刺激苷，3,5-二氫氧基-3-甲基戊酸、根皮素等約二十種，顯著明顯降低的中間代謝物則有一，2,3,6-四-O-沒食子酰-D-葡萄糖刺激、二倍酰基-六羥基二苯甲酰基-葡萄糖、E,E,Z-1,3,12-十九碳三烯-5,14-二醇、2α-羥基熊果酸等25種。

3.3 陰干組與曬干組的比較分析

根據不同代謝物的遴選準則:變量重要性投影（VariabLE ImportancE in Projection,VIP）VIP＞1，fold change＞2或者差異倍數值（fold change）FC＜0.5相比于在陰干，或曬干中遴選出不同代謝物十九種，其中顯著明顯升高的代謝物主要有有咯肼、溶血性磷脂酰膽堿20:5、9-氧代壬酸、短葉蘇木酚酸甲酯、l-甲硫氨酸等九種，顯著明顯降低的代謝物主要有e,e,Z-1,3,12-十九碳三烯-5,14-二醇、二十碳二烯酸、2,4,6-三羥基苯甲酸甲酯、2-阿魏酰-sn-甘油、咖啡酸苯乙酯、油酰單乙醇胺等10種。

3.4 曬干組與烘干組的比較分析

按照不同新陳代謝物檢測準則:可變重要性投影（VariabLe ImpOrtaNce in PrOjection,VIP）VIP＞1，foLD change＞2或者差異倍數值（fold change）FC＜0.5，相比于曬干，烘干中篩選出不同新陳代謝物二十九種，其中顯著上調的新陳代謝物有根皮素、二氫查爾酮-4'-o-葡萄糖苷、l-吡咯烷酮-5-羧酸鈉、3,5-二羥基-3-甲基戊酸、n-(3-吲哚乙酰基)-l-丙氨酸等二十三種，顯著明顯降低的新陳代謝物則有一，2,3,6-四-o-沒食子酰-d-標準葡萄糖、二倍酰基-六羥基二苯甲酰基-標準葡萄糖、槲皮素-7-O-蕓香糖苷-4'-O-葡萄糖苷等6種。

3.5 陰干組與陰曬結合組的比較分析

按照不同新陳代謝物檢測準則:可變重要性投影（VariablE ImpOrtancE in Projection,VIP）VIP＞1，fold change＞2或者差異倍數值（fold change）FC＜0.5，相比于陰干，陰曬結合中篩選出不同新陳代謝物十五種，其中顯著上調的新陳代謝物有咯肼、溶血磷脂酰膽堿20:5、2,4,6-三羥基苯甲酸甲酯、5-羥基-3,7,4'-三甲氧基黃酮、(-)-表兒茶素-3-(3''-o-甲基)沒食子酸酯等十種，顯著明顯降低的新陳代謝物則有e,e,Z-1,3,12-十九碳三烯-5,14-二醇、2-阿魏酰-sn-甘油、二十碳二烯酸、槲皮素-3-O-阿拉伯糖苷（番石榴苷）等5種。

3.6 烘干組與陰曬結合組的比較分析

根據不同代謝物檢測標準：變量重要性投影（VariabLe ImpOrtance in PrOjectiOn,VIP）VIP＞1，folD change＞2或者差異倍數值（fold change）FC＜0.5，相比在烘干，陰曬等結合過程中篩出不同代謝物三十種，其中顯著明顯升高的代謝物主要有櫻黃素-4'-o-葡萄糖苷、根皮素、l-吡咯烷酮-5-羧酸鈉、二氫查爾酮-4'-o-葡萄糖甙等十九種，顯著明顯降低的代謝物主要有二,4,6-三羥基苯甲酸甲酯、1,2,3,6-四-o-沒食子酰-d-葡萄糖、二倍酰基-六羥基二苯甲酰基-葡萄糖、2-羥基苯并噻唑、1-O-沒食子酰-鼠李糖等11種。

3.7 曬干組與陰曬結合組的比較分析

按照以下不同代謝物檢測標準：變量重要性投影值（Variable Importance in Projection,VIP）VIP＞1，fold change＞2或者差異倍數值（fold change）FC＜0.5，相比于曬干，在陰曬結合中篩出了不同代謝物五種，其中顯著上調的代謝物有二,4,6-三羥基苯甲酸甲酯、溶血磷脂酰膽堿20:5、3,5,7,2'-四羥基黃酮；橡精、(-)-表兒茶素-3-(3''-O-甲基)沒食子酸酯、5-羥基3,7,4'-三甲氧基黃酮，沒有顯著下降的代謝物。白茶樣中代謝物N-乙酰-L-蛋氨酸和櫻黃素-4'-O-葡萄糖苷在烘干白茶樣中含量最高，其次為曬干白茶樣，陰曬結合白茶樣，在陰干白茶樣中的含量最低。

3.8 總結

相比于焙火、曬干和陰曬結合三種干燥方法，陰干白茶樣中的2-羥基十六烷酸、10-十七碳烯酸、2R-羥基十八烷酸、9-氫氧基-10,12-十八碳二烯酸乙腈、雀巢咖啡酸苯乙腈、黃油酰單乙醇胺、2-阿魏酰-sn-甘油生產、20多碳二烯酸、E,E,Z-1,3,12-十九碳三烯-5,14-二醇等共9種代謝物含量顯著更高，而咯肼、溶血磷脂酰膽堿20:5、N-乙酰-L-蛋氨酸、L-甲硫氨酸則顯著低于其他三種干燥方式樣。

咖啡酸苯乙酯是蜂膠中最主要的有效成分，并由于它有抗氧化、抗炎、抑瘤、抗菌、自身免疫力等諸多藥理作用而倍受人們重視。雀巢咖啡酸苯乙腈分子結構中具有兒茶酚結構，是一類強力抗氧化劑，還因為強烈的抗炎和抗氧化活性而能夠發揮抗腫瘤的功效，在中醫藥上有著很廣泛的使用前景。N-乙酰-L-蛋氨酸主要用作營養增補劑。

相比于陰干白茶樣，烘干白茶樣中檢測出櫻黃素-4'-O-葡萄糖苷、根皮素等20種代謝物顯著上調，1,2,3,6-四O-沒食子酰-D-葡萄糖、2α-羥基熊果酸等25種顯著下調;曬干中檢測出短葉蘇木酚酸甲酯、L-甲硫氨酸等等9種代謝物顯著上調，十九碳三烯-5,14-二醇、二十碳二烯酸等10種代謝物顯著下調;陰曬結合中檢測出2,4,6-三羥基苯甲酸甲酯、5-羥基-3,7,4'-三甲氧基黃酮等10種代謝物顯著上調，二十碳二烯酸、槲皮素-3-O-阿拉伯糖苷等5種代謝物顯著下調。

相比于焙火樣，在曬干樣中檢查出的根皮素、二氫查爾酮-4'-O-葡萄糖苷等二十三種代謝物明顯升高，1,2,3,6-四-O-沒食子酰-D-葡萄糖、二倍酰基-六羥基二苯甲酰基-葡萄糖等六種顯著降低；陰曬后結合試驗中測定出，櫻黃素-4'-O-葡萄糖苷、根皮素等十九種代謝物明顯升高，2,4,6-三羥基苯甲酸甲酯、1,2,3,6-四-O-沒食子酰-D-葡萄糖刺激等十一種顯著降低。

相比于曬干樣，陰曬結合樣中檢測出2,4,6-三羥基苯甲酸甲酯、溶血磷脂酰膽堿 20:5等5種代謝物顯著上調，沒有顯著下調的代謝物。

4 結論

通過采用代謝組學技術，分析了福鼎地方群種經陰干、烘干、曬干和陰曬結合四種不同干燥方式制成的白茶中的非揮發性化學成分的差異情況，共檢測得到977種非揮發性化合物。研究結果表明，咖啡酸苯乙酯、二十碳二烯酸、L-甲硫氨酸、櫻黃素-4'-O-葡萄糖苷、N-乙酰-L-蛋氨酸等14種 代謝物是白茶四種不同干燥方式白茶樣中共有的代謝物。這些研究結果可為后續深入研究白茶品質化學提供一些參考依據。