《食品科学》：信阳农林学院郭桂义教授等：基于非靶向代谢组学的信阳毛尖茶加工过程非挥发物代谢轮廓分析

绿茶是我国六大茶类之一，因其滋味鲜爽和香气浓郁而广受消费者的喜爱。绿茶的基本工艺主要包括杀青、揉捻和干燥，加工技术是决定茶叶品质的关键。代谢组学是继基因组学、转录组学和蛋白质组学之后的一种新兴科学技术，一般来说，研究的对象是相对分子质量在1000以下的小分子化合物，研究手段涵盖了核磁共振技术、气相色谱-质谱（GC-MS）联用技术和液相色谱-质谱（LC-MS）联用技术。目前非靶向代谢组学被广泛应用到茶叶的研究中，为全面深入地了解茶叶提供了有力帮助。

信阳毛尖茶具有“细圆紧直多白毫，香高味浓汤色绿”的品质特征，属于名优炒青绿茶的代表产品，优越的地理位置、适宜生态环境以及优良的茶树品种和独特的加工技艺决定了其独特的风味和功效。信阳农林学院茶学院的孔亚帅、尹鹏*、郭桂义*等以信阳毛尖茶为对象，利用非靶向代谢组学技术结合多元统计分析对信阳毛尖茶加工过程中的非挥发性代谢物进行研究，以探明信阳毛尖茶加工过程中的关键代谢物，为进一步完善信阳毛尖茶品质形成机理及其调控提供理论参考。

1

信阳毛尖茶整体非挥发性代谢物轮廓分析

在正离子模式下共检测并比对数据库鉴定到1000 种代谢物，为更好地了解信阳毛尖茶在加工过程中代谢物的变化，基于Bray-Curtis算法对正离子模式下采集到的代谢物进行PCoA和HCA，如图2所示，每个节点代表一个样品，颜色由深到浅表示信阳毛尖茶加工工艺流程，节点的大小代表不同分组；信阳毛尖茶加工过程样品以杀青工艺为界限分为两组，一组为杀青前（Cluster-1，酶促反应阶段），包括茶鲜叶样品和摊放后样品；另一组为杀青后（Cluster-2，非酶促反应阶段），包括杀青后样品、揉捻后样品、排把后样品、理条后样品以及干燥后样品。根据无监督下分组结果，经R语言vegan包PERMANOVA验证（

R

2 ＝ 33.6 % ，

P

＜ 0.01 ），证明分组 结果合理，两组样品有显著性差异。

2

信阳毛尖茶加工过程中非挥发性代谢物变化规律

针对检测鉴定到的1 000 种代谢物，分析它们在信阳毛尖茶加工过程中的变化规律，得到代谢物的火山图（图3）。图中节点的大小代表了OPLS-DA结果变量重要性投影分析值（VIP）的大小，蓝色节点、红色节点和灰色节点分别代表杀青后相对含量显著上升（

P

＜ 0.05 且差异倍数（ foldchange ， FC ≥ 2 ））、显著下降（

P

＜ 0.05 且 FC ≤ 0.5 ）以及无显著变化的化合物。信阳毛尖茶加工过程中杀青工序导致 147 个化合物发生显著变化（ 101 个显著上升， 46 个显著下降）；摊放、揉捻、排把、理条、干燥工序分别导致 16 （ 4 个显著上升， 12 个显著下降）、 13 （均显著下降）、 16 （均显著上升）、 2 （均显著上升）、 8 个（ 2 个显著上升， 6 个显著下降）化合物发生显著变化；相较于信阳毛尖茶加工过程中的其他工序，非挥发性代谢物的变化主要发生在杀青工序中，这表明杀青对 于高品质绿茶的形成至关重要。

3

信阳毛尖茶杀青前后差异化合物分析

根据信阳毛尖茶加工过程整体化合物PCoA和HCA结合加工过程各工序间代谢物变化规律，将信阳毛尖茶加工过程样品分为两大组（Cluster-1和Cluster-2）。为 了更加准确地反映两组样品间非挥发性代谢物的差异，依据VIP＞1.5且

P

＜0.05，共筛选出53 种差异化合物（表1），这些差异化合物在信阳毛尖茶加工过程中相对含量的变化规律如图4所示，其中包括6 种氨基酸及其衍生物类化合物、6 种黄酮苷类化合物、5 种类黄酮化合物、10 种脂类化合物、3 种有机酸及其衍生物类化合物、8 种嘌呤核苷酸类化合物、4 种甾体及其衍生物类化合物、2 种萜类化合物、4 种杂环类化合物以及5 种其他类化合物。

3.1 氨基酸及其衍生物

从图4可以看出，

L

- 谷 氨酸（ ID ： 50 ）的相对含量在杀青后显著降低；

L

- 酪氨酸（ ID ： 212 ）和

L

- 苯丙氨酸（ ID ： 43 ）在杀青后其相对含量显著上升；另外还有 3 个氨基酸衍生物包括甜菜碱（ ID ： 7 ）、 β - 尿嘧啶 -3- 丙氨酸（ ID ： 353 ）和葡萄糖半乳糖苷羟基赖氨酸（ ID ： 45 ）的相对含量在在杀青后也显著上升。前期研究表明在杀青后

L

- 焦谷氨酸和一些氨基酸糖苷的含量显著上升，本研究中

L

- 谷氨酸相对含量的显著下降可能与此有关。茶叶中的苯丙氨酸可以通过氧化脱氨和脱羧转化为具有玫瑰花香味的香气成分苯乙醛和苯乙醇，杀青后

L

- 苯丙氨酸的积累可能为后续绿 茶香气的形成提供前体物质。

3.2 黄酮糖苷类化合物

如图5所示，本研究筛选出的6 个黄酮糖苷类差异化合物均为黄酮氧糖苷，包括3 个酰化黄酮糖苷、1 个山柰酚三糖苷、1 个槲皮素单糖苷以及1 个甲基化槲皮素糖醛酸苷。目前关于茶叶中的黄酮碳糖苷的数据不多，可能是黄酮碳糖苷比氧糖苷更稳定。结合图4可知，甲基化槲皮素糖醛酸苷（ID：866）和山柰酚三糖苷（ID：239）在杀青后其相对含量显著下降；而槲皮素没食子酰糖苷（ID：525）、杨梅素没食子酰糖苷（ID：449）和山柰酚咖啡酰糖苷（ID：1049）以及槲皮素单糖苷（ID：1127）的相对含量在杀青后有明显上升的趋势。本研究黄酮糖苷的变化规律与前人的研究的结果相对一致，可能是由于黄酮和黄酮醇苷在高温加工过程发生异构、水解和部分氧化聚合的结果。黄酮和黄酮醇苷有助于茶的涩味和茶汤颜色，其含量的变化会影响绿茶的品质。

3.3 类黄酮化合物

筛选出2 个黄烷-3-醇类，包括EGC（ID：110）和ECG（ID：173），二者的相对含量在杀青后都显著上升；表儿茶素-(4β-＞8)-表没食子儿茶素3-

O

- 没食子酸酯（ ID ： 1059 ）在杀青后相对含量也有明显增加；另外 1 个黄酮醇类化合物山柰酚（ ID ： 17 ）和 1 个简单茶黄素（ ID ： 314 ）的相对含量在杀青后却呈现显著下降的趋势。本实验研究结果与前期研究存在差异的原因可能是由于儿茶素类化合物在热处理过程中同时存在异构化反应，部分儿茶素的变化影响了信阳毛尖茶的苦涩口感。

3.4 脂类化合物

10 个脂类差异化合物中有1 个脂肪酰类（ID：806），其在绿茶杀青后相对含量呈显著上升的趋势；2 个甘油酯类分别是甘油二酯（ID：919）和单甘油酯（ID：970），二者相对含量在杀青后均显著下降；其他7 个为甘油磷脂类化合物，包括2 个溶血磷脂酰胆碱（ID：833和ID：879）、1 个溶血磷脂酰乙醇胺（ID：127）、1 个磷脂酰甘油（ID：1033），相对含量均在杀青后显著上升，另外1 个磷脂酸（ID：1028）、1 个溶血磷脂酸（ID：1032）、1 个磷脂酰胆碱（ID：783）的相对含量在杀青后显著下降。在绿茶加工过程中脂质类物质显著变化，特别是在杀青阶段，应该是与磷脂类化合物糖脂的降解有关，这可能有助于茶叶色泽和香气的形成。

3.5 嘌呤核苷酸类化合物

本研究中筛选出的8 个嘌呤核苷酸类化合物包括腺嘌呤核苷（ID：11）、磷酸腺苷（ID：65）、鸟嘌呤（ID：27）、鸟嘌呤核苷（ID：24）、环腺苷酸（ID：70）、环磷鸟苷（ID：117）以及2 个腺苷酸衍生物（ID：89和ID：638）。这些嘌呤核苷酸类化合物在信阳毛尖茶杀青后其相对含量均显著增加，可能对信阳毛尖茶抗肿瘤、抗病毒等生理活性有重要贡献。有研究表明呈味核苷酸虽然自身的鲜味微弱，但它们对鲜味及甜味有增效作用，对酸味、苦味、腥味和焦味等不良风味有消除或抑制作用，也参与了绿茶风味的形成。

3.6 有机酸及其衍生物

筛选出的3 个有机酸类差异化合物分别是VB5（ID：126）、咖啡酰苹果酸（ID：1125）和三羟基苯甲酸（ID：651），其中VB5在杀青后其相对含量显著上升，而咖啡酰苹果酸和三羟基苯甲酸变化趋势与之相反。VB5的相对含量随着绿茶加工过程的进行而升高，其抗炎和抗肿瘤等活性对绿茶的活性也有潜在贡献。

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差异化合物京都基因与基因组百科全书（KEGG）代谢通路分析

对信阳毛尖茶加工过程杀青前后样品差异化合物的KEGG注释结果进行KEGG通路富集分析。如图6所示，图中每一个点表示一个KEGG通路，点的大小代表该通路富集差异化合物的数量，点的颜色代表富集显著性，横坐标为富集因子，纵坐标轴为通路名称。20 条代谢通路分别为丙烷、哌啶和吡啶生物碱的生物合成，嘌呤代谢，磷脂酰肌醇信号系统，苯丙素的生物合成，苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成，苯丙氨酸代谢，泛酸盐和辅酶A生物合成，代谢途径，甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢，甘油磷脂代谢，甘油脂代谢，芥子油苷生物合成，类黄酮生物合成，黄酮和黄酮醇的生物合成，油菜素甾醇生物合成，莽草酸途径衍生生物碱的生物合成，鸟氨酸、赖氨酸和烟酸衍生生物碱的生物合成，β-丙氨酸代谢，氨酰基-tRNA生物合成，丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢。差异化合物数量较多的富集代谢途径是代谢途径（18 个，78.26%）、嘌呤代谢（5 个，21.74%）以及氨酰基-tRNA生物合成（3 个，13.04%）、甘油磷脂代谢（3 个，13.04%）、苯丙氨酸代谢（3 个，13.04%）。

5

杀青工艺被认为是绿茶品质形成的关键工序。研究表明，炒青绿茶的加工过程中相比较于揉捻和干燥工序，非挥发性代谢物的变化主要发生在杀青工序中，这与本研究的结果一致。杀青过程由于高温湿热作用，蛋白质大量水解，促进了部分氨基酸的积累，但同时氨基酸又会发生氧化和糖基化反应，导致一些氨基酸衍生物的生成，比如

L

-酪氨酸、

L

-苯丙氨酸和双糖羟基赖氨酸相对含量的增加。绿茶加工过程中黄酮糖苷总量会有所下降，但变化不显著，可能是由于高温杀青的原因。因此，结合本研究所得结果，黄酮多糖苷在高温杀青条件下可水解为黄酮二糖苷或者单糖苷，黄酮糖苷之间的相互转化处于动态平衡；而部分黄酮糖苷经高温杀青和一些酚酸类化合物发生酰化反应可能是绿茶加工过程黄酮糖苷总量轻微下降的主要原因。酰化黄酮糖苷可能是影响绿茶滋味或功效的潜在化合物，但目前对其研究较少。大部分溶血磷脂类化合物相对含量的上升以及磷脂类化合物相对含量的下降可能与杀青高温条件下的二者间的转化有关。另有研究表明，磷脂酰类化合物在加热下可降解，形成一些醛酮类的芳香物质，从而表明磷脂降解与绿茶香气的形成密切相关。本研究中，咖啡碱、可可碱以及茶叶碱等茶叶中主要的嘌呤生物碱的相对含量在杀青后并未发生显著变化，可能与它们的化学结构稳定性有关，在绿茶加工过程中变化不明显，而大量的嘌呤核苷类化合物在绿茶杀青后相对含量呈显著上升的趋势，表明杀青工艺是提高大多数核苷酸及其衍生物水平的关键。KEGG代谢通路富集分析发现，信阳毛尖茶加工过程中甘油磷脂、氨基酸以及嘌呤核苷酸类物质代谢水平具有显著差异（

P

＜0.05），说明与这些物质相关的代谢通路对信阳毛尖茶的滋味品质有着重要影响。

6

结论

本研究基于非靶向代谢组学的方法对信阳毛尖茶加工过程中非挥发性代谢物进行了系统的分析，在正离子模式下共检测并比对数据库鉴定到1 000 种化合物，这些化合物的变化主要发生在杀青步骤中，共有147 种代谢物发生显著变化，杀青对信阳毛尖茶加工过程非挥发性代谢物的影响大于其他工序。多元统计分析结果显示信阳毛尖茶整个加工过程可以分为两个阶段，即杀青前（酶促反应阶段）和杀青后（非酶促反应阶段），两组之间共筛选出53 个差异化合物，包括氨基酸、儿茶素、黄酮糖苷、脂质、嘌呤核苷、有机酸等；其中酰化黄酮糖苷、溶血磷脂酰类、嘌呤核苷类化合物在杀青后相对含量显著提升，可能是信阳毛尖茶加工过程中的标志化合物，这进一步挖掘了影响信阳毛尖茶品质和功效的主要代谢物。非靶向代谢组学分析技术更加全面细致地揭示了信阳毛尖茶加工过程中代谢物整体特征，进一步加深了对信阳毛尖茶品质和风味成分的了解，在将来的工作中有必要对代谢组学分析出的差异化合物进行更深一步的定量分析，探究其与品质和风味的相关性，为深刻揭示信阳毛尖茶风味和品质形成机制提供依据和参考。

作者简介

通信作者：

郭桂义，二级教授，河南省豫南茶树资源综合开发重点实验室主任，享受国务院特殊津贴，2018-2022年教育部高等学校植物生产类教学指导委员会园艺（含茶学）教学指导分委员会委员，教育部高等学校教学名师奖，河南省高层次人才特殊支持“中原千人计划”中原领军人才中原教学名师，全国技术能手（评茶师），河南省优秀专家，国家级技能大师（评茶员）工作室领办人，中国茶叶学会常务理事、茶叶感官审评与检验专业委员会副主任委员，河南省高等学校黄大年式教师团队负责人，河南省茶产业技术创新战略联盟秘书长和专家委员会主任委员，主持制定国家标准GB/T 22737-2008《地理标志产品 信阳毛尖茶》、河南省地方标准DB41/T 2548-2023《信阳毛尖茶手工炒制技术规程》、供销合作行业标准GH/T 1248-2009《信阳红茶》和GH/T 1445-2023《桐柏玉叶茶》，编著出版《信阳历史文化丛书·茶叶卷》，副主编《茶叶标准与法规》《中华茶史》，发表学术论文100多篇。

尹鹏，男，汉族，1988年5月生，河南虞城人，博士，副教授，中国茶叶学会科技普及工作委员会委员。曾先后荣获信阳市学术技术带头人、河南省优秀科技特派员、第十届信阳青年五四奖章等荣誉称号，入选信阳市高层次（D类）人才。主持或参与河南省科技攻关项目4 项，以第一作者或通讯作者发表学术论文20余篇，其中7 篇被Trends in Food science & Technology、Journal of the Science of Food and Agriculture、《食品科学》等SCI/EI期刊收录。参与制定国家供销合作行业标准《GH/T 1248-2019 信阳红茶》和河南省地方标准《DB41/T 2548-2023 信阳毛尖茶手工炒制技术规程》，获全国商业科技进步奖三等奖1 项。

第一作者：

孔亚帅，助教，信阳农林学院茶学院专任教师，中共党员，河南漯河人。毕业于安徽农业大学茶与食品科技学院茶学院专业，研究方向为茶叶加工与品质化学。以第一作者或共一发表 Journal of Agricultural and Food Chemistry 2 篇，参与发表多篇SCI和中文论文。

本文《基于非靶向代谢组学的信阳毛尖茶加工过程非挥发物代谢轮廓分析》来源于《食品科学》2024年45卷第5期102-110页，作者：孔亚帅, 陈凌芝, 成恩, 等。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20230824-188。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网。

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