论黑茶品质及风味形成机理

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时间:06-30 17:49认证作者:施兆鹏 刘仲华 黄建安 施龄
湖南省茶叶学会2007年学术年会论文集
 
论黑茶品质及风味形成机理
 
施兆鹏 刘仲华 黄建安 施龄
 
(湖南农业大学茶学系·长沙·410128)
 
  摘要:根据大量试验,揭示了黑茶初制中渥堆和品质形成的实质。在渥堆这一关键工序中,通过微生物的作用(包括自身的增殖与更替),提供了物质转化的动力分泌的胞外酶和释放的生物热及物质转化的条件——水分和酸性介质,促使茶叶中内含物质发生复杂的变化,并形成一些新的转化或代谢产物,构成了黑茶特有的品质风味。
 
  关键词:黑茶,渥堆,品质风味,微生物,胞外酶,湿热作用
  黑茶一词,始见于明嘉庆三年(1524年),距今已有400余年历史。黑茶制品有紧压茶和散装茶两种。紧压茶有茯砖、黑砖、花砖、青砖、康砖、金尖、方包等,散装茶有天尖、贡尖、生尖、六堡茶等。目前中国年产5万吨,主产湖南、湖北、四川、贵州、云南、广西等省,其中湖南产量最多,约占总产一半[1]。主销中国西北、西部边疆地区的,素称“边茶”,尚有部分出口苏联、蒙古等国,亦有少量侨销新、马、港、澳等地。黑茶是中国六大茶类之一,是国内少数民族日常生活必不可少的饮料,具有重要的政治经济意义。
 
  黑茶品质形成问题,一直为茶学界所关注,并曾作过许多研究[2-10],这些研究已为黑茶品质形成引入了理论范畴。
 
  本文在前人研究的基础上,通过对比试验,对主要含氮化合物(含氦基酸、嘌呤碱等),碳水化合物,茶多酚及儿茶素,色素物质(含叶绿素及其降解物酚、类胡罗卜素和茶多酚氧化产物),挥发性香气物质,以及相关酶类(含多酚氧化酶、过氧化物酶的同工酶、蛋白质酶、果胶酶和纤维素分解酶活性),微生物(包括数量及优势菌群)等在各工序的变化进行了分析,在此基础上,阐述黑茶品质风味的形成,探讨其形成机理,旨在对黑茶品质风味形成的实质获得进一步的认识,这对提高黑茶品质,澄清过去对渥堆实质的理论争议,不无裨益。
 
  1、关于黑茶品质及风味的形成
 
  黑茶有着与粗老绿茶同嫩度的原料,但黑毛茶香味醇和不青涩,汤色橙黄不绿,底黄褐不青。其品质既不同于绿茶,亦不同于黄茶,有其特殊的色、香、味,这种特有的品质及风味是怎样形成的?
 
  1.1色泽品质的形成
 
  色泽泛指干茶色泽,汤色及叶底色泽,是茶叶中脂溶性色素和水溶性色素的综合反映。色泽是衡量品质的首要直观因子。毛茶的色泽是由鲜叶的内含色素及色素源物质,经氧化、分解、转化、聚合而成(见图1)。
图1黑茶色泽品质形成示意图
 
  图1表明,鲜叶中含有多种色素物质,如叶绿素(Chlorophylls,缩写Chl)、叶黄素(Xanthophylls,缩写Xan)、胡罗卜素(Carotenoids,缩写Car)、黄酮类(Flavone,缩写Fla)、花青素(Anthocyanidin,缩写Ant),以及色素源物质如茶多酚、儿茶素、氨基酸、醣类等。经过杀青后,鲜叶中的酶活性全部被钝化,在高温高湿作用下,脂溶性色素损失近30%[11],绿色部分损失最多,深色降解产物积累也最多。脂溶性色素降解最甚的是渥堆工序,至渥堆结束,Chla只剩痕迹,Chlb只剩微量[11],致使整个色调中无绿色出现。而黄色色素(如β-胡萝卜素、叶黄素等)及橙黄色素(如被氧化的黄酮类物质等),尽管也有较大的损失,但其氧化产物只是黄色的加深,形成橙黄、橙红色泽,参与外形、叶底黄褐及汤色橙黄的组成。作为色素源的茶多酚,其中儿茶素在微生物胞外酶——多酚氧化酶(Polyphenoloxidase,缩写PPO)[11]的作用下,完成初级氧化生成淡黄色的双黄烷醇的中间产物,再经次级氧化聚合生成黄色的茶黄素(Theaflain,缩写TF)、红色的茶红素(Thearubigin,缩写TR)以及褐色的茶褐素(Theabrown,缩写TB)等物质[11],它们既组成汤色的黄、橙、棕等色泽,也参与外形黄褐色泽的组成。
 
  1.2香气品质的形成
图2黑茶香气形成示意图
 
  采用色-质联用,在通过传统渥堆制成的毛茶中,检出68种香气组分,无菌渥堆毛茶中,检出70种香气组分[12]。黑毛茶香气主要由萜烯类、芳环醇类、酮醛类、酚类、酸酯类及碳氢化合物、杂环化合物组成[12]。这些类别的组分,都是来自碳、氮化合物、萜烯类和色素物质。这些物质间的变化关系,如图2所示,分析表明,传统渥堆中,以芳樟醇、苯甲醇、α-苯乙酸、橙花叔醇等芳香物质为主[12]。
 
  这类物质可以来自单萜配糖体的水解,而这种水解作用,常常是由水解酶来完成,形成单萜烯醇化合物。水解酶则是来自微生物的代谢产物。无菌渥堆毛茶香气组分中酮醛类较高,如(E,E)-2,4-庚二烯醛、香叶醇、间苯三酚、1-戊烯-3-醇、二苯并呋喃、芳樟醇及其氧化物的含量均较高[12]。这些化合物多来自脂质的自动氧化降解,这与没有微生物参与的渥堆,即没有外源酶作用的湿热条件下的自动氧化环境相吻合。
 
  在黑茶制造过程中,一些特殊香气的产生,是渥堆的一个主要特征。渥堆适度,往往由有无酒糟气来判断。渥堆过度则会出现酸辣气乃至腐臭气味(见图3)这些特殊气味,在干燥过程中会被挥发,但有时亦有少量残留,也能构成黑茶的风味香。大生产的黑茶干燥,分层累加湿坯,松柴明火,时间长达3小时20至4分钟;焙簾中心温度高达120-150℃,干茶吸附松烟,能形成特有的松烟香味[3]。
图3渥堆期间特异香气的产生示意图
 
  总之,黑毛茶香气来自3个方面,其一是茶叶本身的芳香物质的转化、异构、降解、聚合形成黑茶的基本茶香;其二是来自微生物及其分泌的胞外酶,在渥堆中对各种底物作用而产生的一些风味香气;其三是烘焙中形成和吸附的一些特殊香气。
 
  1.3滋味品质的形成
 
  黑茶滋味仍然是以黄烷醇为主要组分的一种多味的综合体。有儿茶素的涩味,咖啡碱的苦味,也有氨基酸的鲜甜味。在这个综合体系中,各种呈味物之间,存在消杀、变调、相乘和阻碍等作用,使其味既不同于黄茶,更不同于绿茶,醇中有涩,苦中有甜,有浓度但无刺激性,无粗青感,无木质味。常简描为“醇和微涩”。
图4黑茶滋味形成示意图
 
  黑茶的这种特殊滋味,主要是堆工序中形成的。杀青和揉捻与粗老绿茶的制法相同。渥堆中,趁热揉捻的余热,成团堆垒,适当筑紧,温度在40℃左右,相对湿度为95%-100%,有氧供应却又通气不良,这时的茶多酚、色素物质在湿热作用及尔后的酶促作用下,发生了急剧的变化[11-13]。苦涩、浓烈型滋味成分被氧化降解,醇和或纯和型的呈味物质增加(见图4)。含量较多的茶氨酸(Theanine,缩写The)、谷氨(Glutamicacid,缩写Glu)、天门冬氨酸(Aspartoicacid,缩写Asp)逐渐减少,而人体必须的氨基酸为赖氨酸(Lysine,缩写Lys,甜味)、苯丙氨酸(Phenylalanine,缩写Phe)、蛋氨酸(Methianine,缩写Met)、缬氨酸(Valine,缩写Val)、异亮氨酸(Isoleucine,缩写Iso;以上均属苦味氨基酸)增加[14],在滋味类型上有所变调,但增加了黑茶的营养价值。苦味的嘌呤碱中咖啡碱(Caffeine,缩写Caf)占总量的90%以上,在渥堆中略有减少,但可可碱(Theobromine,缩写Thb)、茶碱(Theophylline,缩写Thp)则有所增加,渥堆后期及干燥期间,嘌呤碱有增加趋势[14]。嘌呤碱的这些变化,是由于曲霉分泌的胞外酶中,有一种铜酶——酪氨酸酶可以形成激素和生物碱[15],以及某些微生物的次级代谢中也含有生物碱[16];此外,还存在甲基转移作用[14]。这些苦味物质的微增与茶多酚中酯型儿茶素苦涩味的大量减少,在味感上消杀会感到苦味的减弱。这些成分的增减,却给黑茶的风味化学添增了新的内容;无疑对黑茶滋味的品质形成带来深刻的影响。
 
  2、关于渥堆的实质
 
  40年来,在黑茶渥堆的理论实质上有三种不同的学说:其一是酶的再生学说。该学说把渥堆中出现的酶活性,看成是鲜叶内源酶的简单的复活。但实验证实,内源酶经高温杀青已经钝化,不可能复活。其二是微生物学说,认为黑茶品质的形成,是微生物作用的结果,微生物是一切变化的动力。其三是湿热作用学说,认为黑茶初制各工序,始终处于高温高湿的环境中,品质的形成是各种成分自动氧化的结果。本文根据大量的材料,对渥堆实质归结如下:
 
  2.1微生物的作用
 
  原鲜叶上沾附的微生物,如酵母菌(Yeast)、霉菌(Mold)、和细菌(Bacteria)等经过杀青,几乎全被杀死。在以后的揉捻、渥堆(初期)过程中又重新沾染微生物。渥堆3小时,在培养基上微生物开始出现,尔后逐渐增多。渥堆中起主导作用的是假丝酵母菌(Candida),中后期霉菌有所上升,其中以黑曲霉(Aspergillusniger)为主,还有少量青霉(Penicillium)和芽枝霉(Blastocladia)。初期还有大量的细菌参与,主要是无芽孢细菌(Nonsporebacteria)及少量的芽孢细菌(Beaillus),还有金黄色的葡萄球菌(Staphylococcusaureus)[17]。这些化能营养型微生物,都是以渥堆叶为基质,获取其含碳、含氮化合物、矿质元素和水分,利用杀青的余热和本身释放的生物热作为能量,在体内酶系统的作用下,进行分解与合成代谢,开始自身的发育周期,同时分泌各种胞外酶。这些胞外酶的产生对茶叶中各种相应物质进行酶促作用,使大多数化学反应的速度、效率乃至作用的方向均发生较大的变化,分解速度加快,一些简单的分解产物又被微生物作为营养汲取,以加速其生长发育,而微生物呼吸作用产生的CO2和热能聚积,又使堆温升高,pH值降低[17],渥堆环境的不断变化,有些胞外酶受到激发,有些受到抑制,各种香味物质逐步形成。
 
  2.2酶与黑茶品质的关系
 
  鲜叶内源酶经杀青基本钝化,本研究设置的无菌渥堆处理中酶的活性测定[18]证实了这点。而对传统渥堆叶的PPO、POD(Peroxidase,过氧化物酶)的同工酶测定和对Cel(Cellulase,纤维素酶)、Pec(Pectase,果胶酶)、Pro(Proteinase,蛋白酶)的活性测定,发现渥堆6小时对上述各种酶的活性均不明显,12小时后有所增强,24小时和42小时形成两个活性高峰[18],这一趋势与微生物中真菌数量[17]多少完全一致。这期间优势菌种为黑曲霉。已有大量的报道,该霉的不同菌株以及在不同环境条件下,能产生多种胞外酶,诸如糖化酶、纤维素酶、果胶酶、蛋白酶,脂肪酶等[19-21]。把黑曲霉产生的胞外酶用于速溶茶制造中,能有效地切断没食子酸酯键,促进大分子茶乳酪解体,增进茶汤的澄清度[21]。
图5微生物在我对工序中的作用
 
  由于渥堆中胞外酶的介入,给业已复杂的化学变化注入了生物酶的机制,使难予进行的反应得以进行或加速,许多新的产物应运而生,构成了黑茶特有的品质风味。试验证实了POD是一种耐热性强的酶,鲜叶的POD同工酶谱有9条谱带,经杀青尚剩4条,又随揉捻、渥堆逐渐减弱,渥堆18小时仅剩2条,然后消失[18]。在渥堆的胞外酶中,未发现POD。已有报道,POD可以导致更复杂的TR形成[22],因此,在渥堆前期(18小时以前)POD可能产生一定作用。
 
  Cel、Pec活性有相似之处,Cel在渥堆结束时,其活性为6小时的265%,Pec为323%,这两种酶均属水解酶,它们作用的底物分别为纤维素和果胶。生产实践证明,在大生产中,黑毛茶常见“丝瓜络”的缺点茶,即渥堆时间过久,翻堆不及时,造成堆内局部茶团泥滑,一经复揉,叶肉脱落,留下脉络筋网,酷似“丝瓜络”一般。这种茶茶汤浑浊,滋味泛酸,叶底泥滑,即为Cel和Pec作用的结果。在一般情况下,Cel和Pec的作用可导致叶底柔软,水浸出物略有增加。
 
  3、黑茶渥堆的实质
 
  从黑茶色香味的形成,微生物、酶的消长以及在制茶中的变化可以看出,在初制的几个工序中,渥堆是品质形成的关键工序,也称品质工序,它与红茶的“发酵”、绿茶的“杀青”、黄茶的“闷黄”等工序一样,塑造了其品质特色,赋予了黑茶的品质风味。
 
  渥堆品质形成的作用已经清楚,但其作用动力来自何方,症结何在?图6所示,杀青前鲜叶需洒水灌浆,洒喷约占鲜叶重1/10的水分,以增加杀青时水蒸汽的穿透力、钝化鲜叶内源酶的活性,微生物也同时被杀死。趁热揉捻,温度有所下降,叶温一般保持在40℃左右。渥堆时茶从揉桶中成团取出,适当筑紧,一般仍有30-35℃。渥堆开始后,由于在揉捻和渥堆操作中沾染的微生物开始繁殖,呼吸以及分解物质所产生的大量热能在堆内积累,堆温逐渐升高,至渥堆中后期,堆温可达45-50℃。干燥工序更是处于高温高湿(前期)和高温干燥(后期)的条件下,湿热作用强度更大,可见高温高湿条件,伴随着黑茶初制的始终。
 
  然而,在无菌渥堆处理中,除渥堆工序外,其他工序湿热作用强度与传统渥堆处理基本相同。尽管所加工的黑毛茶无粗青气味,汤色黄亮,但缺乏黑茶特征性的品质风味。这一方面说明,湿热作用下发生的理化变化,为黑茶品质形成打下了一定的基础,另一方面说明传统与无菌处理中,渥堆期间在物质转化动力上的差异是决定品质风味的关键。首先,常规渥堆条件下,微生物大量繁殖,体内的物质代谢旺盛,同时分泌出各种胞外酶,作为有效的生化动力,作用于渥堆叶内的各种相应底物,使整个渥堆体系的物质代谢的速度和方向有别于无菌渥堆的纯热物理化学作用,如蛋白质、果胶的水解,纤维素的分解,儿茶素的酶促氧化,以及各种香气先质在酶系的作用下发生复杂的生化变化,形成特有的香气组分及配比,以及微生物代谢释放的有机酸等等,这些变化是形成黑茶特有色、香、味品质的关键,也正是无菌渥堆条件下所不具有的。因此,黑茶渥堆中,微生物胞外酶是黑茶品质风味形成的主要动力。其次,渥堆过程中,无菌处理,由于微生物数目甚少,呼吸代谢放热甚微,叶温几乎与室温一致;而常规渥堆因微生物代谢旺盛,堆温常高出室温15-20℃,这种温度又促使胞外酶作用效率的提高,加速了品质风味形成的速度。由此可见,黑茶渥堆的实质是以微生物的活动为中心,它通过生化动力——胞外酶、物化动力——微生物热以及微生物自身代谢的综合作用,塑造了黑茶色、香、味的品质风味。
图6黑茶初制各工序中的微生物、酶、湿热作用及其内部关系
 
  值得指出的是,黑茶品质形成的实质与黑茶渥堆的实质是有区分的,前者可以说是微生物参与下的酶促作用与湿热作用的综合结果,这里的热,包括杀青、揉捻、干燥的外源环境热和渥堆中微生物代谢释放的生物热,后者则应是以微生物分泌的胞外酶的酶促反应为主、微生物呼吸代谢热与茶坯水分相结合的湿热作用为辅,推动了一系列复杂的生化变化,形成黑化茶特有的风味品质。
 
  尽管渥堆在品质形成中占有十分重要的地位,而干燥亦在很大程度上影响着黑茶的品质,从这一意义出发,讨论黑茶品质形成的实质,似比专论渥堆实质更为重要。
 
  4、结论
 
  (1)黑茶初制中,在杀青、揉捻、干燥的高温高湿条件下,以及渥堆期间微生物胞外酶系与湿热条件的交互作用下,叶绿素几乎全部降解为Pya、Pyb及少量Poa、Pob,类胡萝卜素中的β-car、Xan、Neo、Vio等也有较多降解。渥堆期间茶多酚在微生物胞外酶PPO的作用下,部分氧化聚合形成了水溶性的有色产物TF、TR、TB。残余的叶绿素、类胡萝卜素及其降解产物、儿茶素的氧化产物等与未氧化的黄酮类及氨基酸和糖类的缩合产物综合作用,形成了黑茶黄褐的外形、叶底色泽和橙黄的汤色特征。
 
  (2)鲜叶中固有的挥发性香气成分及各种香气先质(如糖类、氨基酸、脂肪,类胡萝卜素、萜烯甙类、儿茶素及其氧化产物等),在强烈的湿热作用及渥堆中微生物分泌的各种胞外酶作用下,发生转化、异构、降解、聚合、偶联等反应,形成了以萜烯醇类和酚类为主体的香气组分配比,其中检出了11种一般绿茶尚未检出的对黑茶特征性香气有重要作用的香气成分。
 
  (3)以茶多酚、氨基酸、糖、嘌呤碱为主体的茶叶滋味物质,在黑茶初制中,以微生物分泌的胞外酶的酶促作用和湿热作用为主要动力,在微生物体内代谢的协同作用下,发生氧化、聚合、降解、分解、转化,使得儿茶素(尤其是酯型儿茶素)和氨基酸总量的减少及内部配比的改变(尤其是人体必需氨基酸增加),可溶性糖减少且单双糖配比改变,嘌呤碱内部相互转化,有机酸增加,这些鲜、甜、酸、涩、苦、醇味物质,通过消杀、变调、相乘、阻碍等作用,综合协调形成了黑茶醇和微涩的口感。
 
  (4)黑茶渥堆的实质是以微生物的活动为中心,通过生化动力——胞外酶、物化动力一一微生物热以及微生物自身物质代谢的协同作用,使茶叶内含物质发生极为复杂的变化,塑造了黑茶特征性的品质风味。
 
  致谢
 
  本文承蒙中国农业科学院茶叶研究所李名君、阮宇成、程启坤研究员提出许多宝贵的修改意见,谨致谢意!
 
  参考文献
 
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  注:文转自中国黑茶网,贵在分享,如涉及版权问题请联系删除
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