第二节 多酚类物质与红茶品质形成.ppt

1、1,第二节 多酚类物质与红茶品质形成,一、多酚类物质在红茶制造中的变化 1）茶黄素形成； 2）茶红素形成； 3）茶褐素的形成； 4）其他酚类物质的转化 二、多酚类物质的变化与红茶品质的关系 1）未被氧化的多酚类物质; 2) 水溶性氧化产物; 3)水不溶性氧化产物 三、影响茶色素形成的因素 1）加工工艺； 2）加工工艺条件； 3）酶技术； 4）鲜叶中儿茶素组成比例,2,一、多酚类物质在红茶制造中的变化,早在二十世纪五十年代，Roborts E.A.H发现在红茶初制过程中，以儿茶素为主体的多酚类物质因受多酚类物质的专一性酶多酚氧化酶以及过氧化物酶的催化，生成有色氧化产物茶红素类(TRs, thea

2、rubigins)和茶黄素类(TFs, theaflavins)，并部分与蛋白质结合成不溶性化合物。,3,茶黄素的形成,G=没食子酰基,R R 茶黄素 OH OH (TF1 or TF) 茶黄素-3-单没食子酸酯 G OH (TF2 or TF-3-MG) 茶黄素-3-单没食子酸酯 OH G (TF3 or TF-3 -MG) 茶黄素-3,3-双没食子酸酯 G G (TF4 or TF-3,3 -DG),4,茶黄素形成示意图 PPO：多酚氧化酶,5,邻醌类物质多呈黄棕色或红色，非常不稳定。发酵中的邻醌可氧化其它物质而还原。特别是氧化还原电位较高的儿茶素（如EC，ECG)被酶促氧化成邻醌以后，这

3、种还原作用尤为强烈。 这种现象对于促进红茶品质特征的形成，具有十分重要的意义，如发酵中叶绿素的破坏和苦味物质的转化、大量香气物质的形成，甚至茶红素类的形成也被认为需要借助某些醌型儿茶素的还原作载体。,6,邻醌分子中的羰基（=C=0）可被蛋白质或谷胱甘肽的游离氨基、巯基（-SH）所还原，形成蛋白质-儿茶素或儿茶素-谷胱甘肽复合物。不溶于水，成为红茶红色叶底的构成部分。 邻醌还是一种强杀菌剂，能使揉捻开始以后叶子中的微生物大量降低。据资料报道，制茶中（1g干物）鲜叶细菌平均数为21万，萎凋后达34万，揉捻后降为8万，发酵后只剩下3万。,7,邻醌还极易产生聚合反应，形成中间产物联苯酚醌类。 联苯酚醌

4、类的形成既包括连苯三酚基没食子儿茶素邻醌，也包括邻苯二酚基的儿茶素的邻醌发生聚合或缩合反应；D-儿茶素的邻醌还可通过邻醌基与A环之间进行直线聚合。,8,联苯酚醌不稳定，会发生歧化作用，一部分还原成双黄烷醇，双黄烷醇无色，溶于水，具有一定的鲜味，含量约占茶叶干物重的1%-2%。是构成茶汤鲜度、强度和浓度的综合因子之一。,当R1=R2=H时，为双表没食子儿茶素 当R1=H,R2=没食子酰基时，为双表没食子儿茶素没食子酸酯 当R1=R2=没食子酰基时，为双表没食子儿茶素二没食子酸酯,9,当儿茶素邻醌与没食子儿茶素邻醌共存时，可配对进行骈环、缩合反应转化生成茶黄素。 迄今为止，已发现的具有苯骈卓酚酮结

5、构的茶黄素类物质已达23种。,10,11,2.茶红素的形成,1962年Roberts指出，在发酵过程中，由EGC和EGCG氧化聚合形成了茶黄素与双黄烷醇类，当有EC、C和ECG载体存在时，茶黄素和双黄烷醇可经偶联氧化形成茶红素 。 Brown等（1969）在不同的水解条件下水解从红茶中萃取分离的茶红素，发现某些花色素和没食子酸等参与茶红素的形成，还确定了茶红素的分子量为700-40,000。,12,Robertson(1983)年提出茶红素形在途径可能包括：1）简单儿茶素或酯型儿茶素的直接酶性氧化；2）茶黄素形成过程中中间产物的氧化；3）茶黄素本身的自动氧化或偶联氧化。,13,茶红素类的几种可

6、能结构式,14,3.茶褐素的形成,Millin等（1969）对红茶的水浸出褐色物质进行研究，提出茶褐素是一类非透析性高聚物，其主要组分是茶多酚类、多糖、蛋白质和核酸等。非透析性多酚类随茶汤受热而增加。,15,.其他多酚类物质的转化,黄酮醇及其苷类，占茶鲜叶干物质的3%-4%，黄酮醇类一般可受氧化酶所催化而氧化，但它们的糖苷由于配糖化作用，难于发生氧化。 Finger（1994）试验研究，在加入PPO时，黄酮醇苷水平几乎未降，只有杨梅苷下降了。如在反应体系中加入POD/H2O2，则杨梅苷几乎消失，其它黄酮苷水平也大大下降。 黄酮类物质色黄，氧化产物橙黄以至棕红。黄酮类物质及其氧化产物对红茶茶汤的

7、色泽与滋味都有一定的影响。,16,茶叶中的酚酸类化合物，因分子结构特点不同，对氧化酶的感应也不同，茶中氧化酶能氧化咖啡酸，而对没食子酸和茶没食子素等，氧化却十分缓慢，唯有氧化还原势足够高的儿茶素的邻醌（如ECQ、EGCQ），才能带动上述酚酸类物质进行偶联氧化，如没食子酸的氧化产物主要是红紫精酸 。,17,儿茶素自动氧化反应历程,18,二、多酚类物质的变化与红茶品质的关系,多酚类物质在红茶制造过程中复杂的变化（尤其是发酵工序），大致可分为如下三个部分： 1）未被氧化的多酚类物质，主要是残留儿茶素，并以酯型儿茶素为主； 2）水溶性氧化产物，主要是TF、TR和TB； 3）非水溶性转化产物。,19,1

8、.未被氧化的多酚类物质与红茶品质的关系,在红茶发酵中，仍保留一定数量的未被氧化的儿茶素，并以酯型儿茶素为主，这些物质成分进入茶汤，是茶汤浓度、强度不可缺少的部分，同时也是茶汤爽口和刺激性成分。 如发酵不足，茶多酚保留量过多，特别是涩味重的酯型儿茶素残留量过多，此时涩味的黄酮类和苦味的花青素类化合物的氧化也不足，使茶汤苦涩。,20,发酵过度则保留量过低，使茶汤收敛性减弱，汤味变淡。只有适度发酵，多酚类保留适当并与其它水溶性物质相协调，使茶汤爽口而不苦涩，浓强度和刺激性高。据报道，红茶在发酵过程中水溶性多酚的保留量一般在50%-55%。,21,2、多酚类物质的水溶性氧化产物与红茶品质的关系,多酚类

9、物质的水溶性氧化产物主要是茶黄素、茶红素和茶褐素。,22,（1）茶黄素,红茶中的重要成分，对红茶的色、香、味及品质起着决定性的作用。是红茶汤色“亮”的主要成分，也是汤味强度和鲜爽度的重要成分，同时还是形成茶汤“金圈”的最主要物质。 茶黄素与红茶汤色密切相关，其含量越低，汤色亮度越差，反之则越好，呈金黄色。在茶黄素的组分中，TF1和TF2都与汤色审评给分之间呈高度正相关，r分别高达0.89和0.91；TF3与红茶茶汤也呈正相关，r为0.60。,23,茶黄素具有辛辣和强烈收敛性，对红茶滋味有极为重要的作用，影响着红茶茶汤的浓度、强度和鲜爽度，尤其是强度和鲜爽度。 茶汤中TF1、TF2A、TF2B及

10、TF3具有不同的收敛性，其比例分别为1: 2.22 : 6.4 : 2.22；不同无性系品种具有不同的茶黄素总量和比例，即使当总茶黄素量相同，加工成的红茶的收敛性也有不同，而TF2和TF3当量与感官审评评价之间的相关性比总茶黄素更好。,24,（2）茶红素,是一类分子量差异极大的复杂的红褐色酚性化合物，包括儿茶素氧化物产物与多糖、蛋白质、核酸和原花色素的非酶促氧化反应的产物。茶红素是红茶中含量最多的多酚类氧化产物，约占红茶干物总量的5%-19%。 茶红素色泽棕红，是红茶汤色“红”的主要成分，也是汤味浓度和强度的重要物质，但其刺激性不如茶黄素，收敛性较强，滋味甜醇。,25,茶红素可分为三部分，即高

11、分子量的TR-1、中分子量的TR-2和低分子量的TR-3。其中TR-3占干物质的13%-18%，呈红褐色、微有收敛性，在460nm处有较强的吸收，对茶汤滋味与汤色浓度起极为重要的作用。而TR-1（占干物质的2%-6%）和TR-2（占干物质的1%-3%）呈褐色，无收敛性，在460nm处吸收率较低，能使汤色变暗，滋味变淡。 阮宇成（1981）则将茶红素分为SI和S两类，SI对红茶茶汤的红艳色泽有积极作用，而S则对茶汤有促使其发暗的作用，因此，对红茶品质起消极的作用。,26,（3）茶褐素,这是一类十分复杂的化合物，可分为透析性非透析性二部分，除含多酚类氧化聚合产物外，还含有氨基酸，糖类等结合物，其色

12、泽暗褐，滋味平淡，稍甜，量多，茶汤味淡发暗，是红茶汤“暗”的主因，其含量一般占红茶干物重的4%-9%。,27,TF、TR、TB三者比例对红茶品质的影响,红茶品质要求汤色红艳明亮，滋味浓、强、鲜爽，带“金圈”。 汤色优次则决定了于上述三大色素的含量及组成比例，TF、TR含量高，比例较大（一般TF0.7%，TR10%，TR/TF=10-15时），TB较少，汤品质优良；而TB多，红暗不亮，说明发酵过度。如TF少，汤亮度差；TR少，汤红浅，说明发酵不足。,28,29,茶汤中TFs多，TRs高，加入牛奶后乳色一般粉红色，反之则会使乳色黄中带灰。这主要是由于牛奶中含有大量蛋白质，它们能与TR结合形成TR-

13、蛋白质盐类，使红色转淡。如TF过低，便反映不出红茶鲜艳明亮的汤色。TF遇牛奶后，只有一般的稀释作用。 红茶滋味的浓度、强度则与TR、TF、残留多酚及TR、TF的协调关系有关，鲜爽度的决定性成分则是TF、残留儿茶素以及氨基酸、咖啡残等，所以TF、TR、儿茶素及氨基酸等是形成红茶茶汤品质极为重要的物质。,30,(4)冷后浑,茶多酚及其氧化产物TF、TR还能跟化学性质比较稳定而微带苦味的咖啡碱形成络合物。当在高温（接近100）时，各自呈游离状态，溶于热水，但随温度降低，它们通过羟基和酮基间的H键缔合形成络合物。随缔合反应的不断加大，其粒径达10-7-10-6cm，茶汤由清转浑，表现出胶体特性，粒径继

14、续增大，便会产生凝聚作用。红茶汤冷却后常有乳状物析出，使茶汤呈黄浆色浑浊，这就是红茶的“冷后浑”现象，与红茶汤的鲜爽度和浓强度有关。,31,冷后浑的形成主要是由于咖啡碱与茶多酚类的没食子基的H键缔合的结果，因此，pH值的升高、脱没食子基和脱咖啡碱均可使冷后浑的形成受阻。而这些成份正是茶汤品质的最主要物质，冷后浑的抑制将会对茶汤的口感造成不良的影响。 冷后浑的主要成分是TF、TR和咖啡碱，其比例为17:66:17。冷后浑络合物的组成分还包括可可碱、茶黄素没食子酸酯、表没食子儿茶素没食子酸酯、儿茶素没食子酸酯、三策啶、咖啡碱、没食子酸、鞣花酸、叶绿素、双黄烷醇、黄酮甙和矿物质等。,32,Naohi

15、ro Maruyama等（1991）经13C NMR分析测定了儿茶素类（L-ECG、L-EGCG）与咖啡碱形成的复合物，发现在儿茶素中，以L-EGCG和L-GCG与咖啡碱混合时，其8位上的氢与7位上的甲基氢的信号位移更大。,33,Powell等（1992）发现在茶乳酪形成过程中茶红素类约占76%，茶黄素类约占12%，而黄酮醇苷约占2%。在茶乳酪形成过程中，TFs和TRs之间有增效作用，咖啡碱利于酚性物质包括TRs的沉淀。 TFs、TRs与咖啡碱的络合物，与茶汤的鲜爽度和浓强度有关，因此，从冷后浑现象可间接判断茶汤品质。一般冷后浑较快，黄浆状明显，乳状物颜色较鲜明，汤质较好。 但对速溶茶生产，特

16、别是冷溶型速溶茶如冰茶的生产带来一些困难。,34,3、水不溶性氧化产物与红茶品质的关系,在发酵过程，部分多酚类及其氧化产物如邻醌、TF、TR、TB会与蛋白质结合形成不溶于水的化合物沉淀于叶底，如TF-Pro、TR-Pro、邻醌-Pro及儿茶素- Pro等，其形成过程包括红茶生产的萎凋、揉捻（切）、发酵和干燥工序。 适当的非水溶性红色产物是形成红茶叶底色泽的必要物质。如TF-Pro、TR-Pro含量偏低，通常叶绿素的破坏也不充分，而出现“花青”，是发酵不足的表现，但如发酵过度，则产生大量的TB-Pro，使叶底红暗，形成暗褐的叶底色泽。,35,三、影响茶色素形成的因素 1）加工工艺 2）加工工艺条

17、件 3）酶技术 4）鲜叶中儿茶素组成比例,36,三、影响茶色素形成的因素,多酚类的水溶性氧化产物含量，既与鲜叶品种、嫩度等有关，又与制茶工艺及技术条件密切相关。,37,1、加工工艺对茶色素含量的影响,红茶制造过程中色素主要是在揉切后的发酵过程形成的，但萎凋过程也影响制成红茶的TF和TR的含量。 不经萎凋的鲜叶制成的红茶，由于其鲜叶含水量高，PPO活性较强，加速了儿茶素的酶促氧化，增进了TF的积累，因而成茶中TF含量较高，TR较低，使茶汤明亮，茶味鲜爽。 重萎凋制成的红茶则因PPO活性降低较多，阻碍了TF形成，含量较少，TR含量却增加，致使茶汤较暗欠明亮。,38,适度轻萎凋，除了可以提高发酵中酶

18、的活性外，还可防止萎凋中多酚类的过多消耗，并保证发酵过程有较充足的水分作为物质反应的介质，因而可提高TF的含量。 一般萎凋叶含水量在68%-72%左右，制成红茶的TF较高，而TB含量则随萎凋叶的失水而增加。,39,揉切工艺与机具性能也影响茶叶品质，采用强烈快速的揉切方式，短时间内破碎叶组织，使多酚类的酶促氧化可在人工控制的温湿条件下进行，供氧充分，利于TF的形成和积累。 CTC和LTP机制出的红茶一般都比传统机具质量好，这主要是增加了TF的含量。Cloughley（1978）进行四种揉切机具的比较，成茶中TF含量分别为：传统盘式机为14.3mol/g，洛托凡机为13.7mol/g，CTC机为1

19、8.9mol/g，LTP机为18.0mol/g。 洛托凡（Rotovane）转子揉切机; CTC（Crushing压碎、Tearimg撕裂、Curling卷紧); LTP（Lawrie Tea processor）即劳瑞公司转子揉切机 ;,40,传统制法的红茶因制造中处于较高温度和较长的干燥时间，致使形成相对较多的TR-1和TR-2，CTC红茶其TR-3和TF的含量是传统红茶的3倍，而TR-1、TR-2都只有其2倍，所以CTC制法滋味较好，汤色红亮。 在传统揉捻机-CTC机的制茶工艺中揉捻30min后，已有15%的高分子量TR-1，50%TR-3和大部分的TF。TR-1大部分是在揉捻并经CTC

20、机揉切后形成的。,41,不同的发酵程度也会影响TF、TR、TB的含量，在极端试验的发酵过程中，TF和TR均出现一个高峰，其中TR-2在发酵初期迅速形成，后期开始减少，干燥过程减少较多，而TR-1则持续增加，这是由于茶黄素可转为茶红素，TR-3转化为TR-1的结果，而TB则不断增加。当茶多酚减少量达一半时，TF量开始下降，只有适度发酵，才能使TF、TR得到一定量并保持适当的比例。,42,干燥过程的水热作用会使TF、TR含量下降，而TB含量增加，合理的干燥方法应“分步控温，先高后低”。干燥前期烘温较高并充分排湿，既迅速破坏酶活性而终止发酵，又能大量蒸发水分，缩短TF、TR等在高含水量条件下的热转化

21、时间，保持其有效成分的高含量。干燥后期则烘温稍低，以减少各品质成分的热转化量。,43,2、工艺条件对茶色素形成的影响,各制茶工序中对茶色素形成影响最大的是揉切发酵工艺，尤其是采用CTC或LTP新机具的情况下，发酵就成了茶色素形成的主要工序。 发酵过程中温度、湿度和供氧量的控制情况如何直接影响着发酵叶中TF的积累量。,44,温度,发酵温度对红茶色素含量有明显影响。温度偏高（30），常有利于TRs的形成。低温下利于TF的积累，降低TF、TR形成后的转化速度，减少TB的形成。,在高温季节，采取降温措施，维持20左右发酵叶温对提高TF的积累量将是有利的。,45,陈以义（1993）则认为高温发酵有利于平

22、行反应中提高TF的生成量，但TF的消耗转化速度也加快，而不利于连串反应中TF的积累；认为低温发酵则有利于连串反应中TF的积累，但不利于平行反应中TF的形成，因为低温条件下生成TF的速度，远远大于TF转化为TR的速度。 由于平行反应在前，连串反应在后，因此，要获得较多的TF含量，发酵前期宜采用高温，中后期转为低温，即变温发酵利于TF的形成和积累。,46,pH,反应体系中pH值可影响酶的活性而影响茶色素的形成。 Komatsu等研究了pH对儿茶素反应动力学的影响，试验表明，pH6.0能促使EC的生化反应，pH5.0却有抑制作用。EC在微酸条件下主要是异构化反应而非氧化反应，在偏酸条件下(pH5.0

23、6.0)，发酵较快，TF、TR高。,47,供氧,红茶发酵过程主要生化反应是氧化作用，茶多酚的氧化，不论是酶促氧化还是非酶促氧化，是加氧氧化还是脱氢氧化，都是需要氧的。供氧量充足利于茶黄素类的形成，缺氧会影响L-EC的氧化速率并抑制茶黄素类的形成，且促使L-EGC的邻醌形成TRs，从而提高了TRs的形成量。真空条件下发酵作用不能进行。 据中国农科院茶叶所对发酵过程需氧量的测定表明，1kg成茶在发酵过程每小时耗4-5L氧气。,48,水份,水分不但是发酵过程中各种物质变化不可缺少的介质，且本身又是许多物质变化的直接参与者。 如水分亏缺，多酚物质的正常氧化变化途径及其它一些生化变化受影响。首先多酚类氧

24、化成醌类物质后，易于聚合成暗褐色化合物；其次，胶体状态的酶蛋白，易发生凝固而丧失催化能力；第三，由于发酵叶堆里外层叶水分蒸发程度不一，化学物质的物理状态和生化变化条件不同，氧化作用有差别，发生发酵不匀现象。即发酵叶需有足够的含水量，发酵环境需保持足够高的相对湿度，水溶性氧化产物才有较多的形成和保留。,49,3、利用酶技术提高茶色素含量,制茶中催化儿茶素氧化的主要酶是PPO和POD。Dix等（1981）证实POD在制茶中能催化茶黄素转化为茶红素。TF和TR来自相同底物，它们对底物有竞争性。由于POD的作用，削弱了PPO催化儿茶素形成TF的作用。 纯化的PPO只能催化儿茶素氧化形成TF和相对简单的

25、二聚物，而POD则可导致更复杂的TR的形成。在发酵初期茶叶pH为5.7，后期为5.1，所以，前期有利于PPO作用，但随发酵的进行逐渐变为有利于POD的作用。,50,茶黄素和茶红素对PPO和POD还有反馈抑制作用。但在较低浓度时并不产生抑制作用，只是随浓度增大到一定值时，才逐渐产生抑制作用。TF比TR对PPO活性有更大的抑制作用，而TR对POD活性的抑制作用大于对PPO的抑制作用。,POD,51,添加微生物产生的PPO的茶汤中TF和TR含量明显增加，品质提高。 茶幼果中PPO活性很高，在茶叶自然发酵pH5.4左右时，茶幼果PPO活性比鲜叶（一芽三叶）高75%左右，将其作为外源天然PPO载体应用于

26、红碎茶加工中，可明显提高TF含量，汤色、叶底明亮度增加。 刘仲华报道，在红茶发酵过程中添加一定量的（50ml/2kg发酵叶，80mg/Kg）胰蛋白酶可明显提高PPO活性（比对照高出一倍左右），增强在发酵过程中起着重要作用的PPO1、PPO3和PPO5的活性，可分别提高TF和TR的含量（约42%-48%和10%-11%），减少TB的生成。同时，胰蛋白酶还能加速发酵进程，缩短发酵时间。,52,在此基础上，王登良等（1998）利用外源酶处理揉捻叶。几种酶处理的发酵叶均能提高茶多酚、儿茶素的保留量，提高TF、TR的含量，减少TB的含量，效果依次为胰蛋白酶胃蛋白酶木瓜蛋白酶。,53,4、改善鲜叶中儿茶素

27、组成比例提高茶色素的含量,Hazarika等指出，不同品种的茶树新梢，因其化学成分不同，PPO和POD活力不同，致使制成红茶的色素组成和含量也不同。如无性系TV-1制成的红茶，TR-1和TR-3含量较高，而TF相当少，TR-2也少；阿萨姆无性系TV-2制成的红茶TF含量高，TR含量低，尤其是TR-1含量较低。,54,Hilton(1973) 发现，在鲜叶L-EGCG和L-ECG有一定含量的基础上，成茶中TF含量高的品种，其鲜叶中EGC含量及PPO活性一般也较高。通过统计分析，Hilton列出了TF与EGC的回归方程，表明二者之间具有显著的相关性，因此，认为茶鲜叶中EGC的含量可作为茶树育种过程

28、中预测TF的一个可靠指标。TF=0.013EGC+1.139（P0.005，标准差=0.0036）,55,Hilton的试验还表明，过多地施用氮肥，会显著地降低EGC的含量，也就降低了成茶的TF含量。 Hilton（1974）的遮荫试验也表明，采用塑料网遮荫（透光率为40%）处理2周后，鲜叶中的L-EGC和D-GC含量显著下降，成茶TF量也随之下降。全年遮荫后，不仅上述2种儿茶素含量下降，其它儿茶素的含量也有所降低。,56,我国云南大叶种鲜叶与肯尼亚种植的茶树品种鲜叶两者的儿茶素总量差异很小，主要差别在于肯尼亚的茶树品种鲜叶含有较多的L-EGC。 由此看来，在制茶中如能提高L-EGC等简单儿茶素含量将可使TF生成量增加，提高红茶品质。所以，选育L-EGC含量高的优良红茶品种也是提高红茶TF含量的重要途径之一。,57,此外，茶幼果中不但PPO活性高，且L-EGC含量也相当高，达33.68-40.18mg/g，占儿茶素总量的28%-47%，也可加一定量的蒸青幼果到鲜叶中制红茶，人为改善鲜叶中儿茶素的组成比例，可提高TF的含量。 此外，采摘嫩度无疑对TF含量有很大的影响，采摘较嫩者TF含量高，随着芽叶成熟老化，红茶的TF含量随之下降。,