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Food Chemistry丨绿茶品质与制茶过程中脂质变化密切相关

发布日期:2021.05.25


导读

脂质影响茶叶风味品质,然而我们对制茶过程中的脂质组成及其变化知之甚少。本研究采用非靶向脂质组学技术对绿茶制作过程中的脂质动态变化进行检测分析,共检测到20个亚类283种脂质。首次发现在绿茶制作特别是在固色(杀青)阶段,与叶绿素分解、磷脂酸(PAs)还原和糖脂降解有关的脂质组发生显著变化,这些变化可能影响茶的颜色和香气质量。该研究首次确定了绿茶制作过程中PAs含量下降最显著。本研究提供了对绿茶制作过程中脂质代谢的见解,确定了它们在绿茶感官质量中的作用。
应用案例
绿茶品质与制茶过程中脂质变化密切相关



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01 
研究背景

茶是世界上仅次于水的最受欢迎的调味饮料,它是由植物山茶的鲜芽或叶片在收获后再通过精心制茶工序而产生的。在各种茶产品中,绿茶在其“非发酵”加工和吸引人的感官品质方面是独一无二的。因生物活性成分如茶多酚对健康有益近年来绿茶变得越来越受欢迎,特别是在东亚国家。绿茶的制作过程通常包括固定内源性酶失活、揉捻和干燥完全脱水。其中固色,即去酶,被认为是最关键的步骤,在此过程中,多酚氧化酶和过氧化物酶等主要酶被热灭活,以防止酶氧化和褐变反应。对于绿茶制作过程中的生化成分及其动态变化的研究,以往重点主要放在众所周知的风味决定因素上,包括儿茶素、咖啡因、游离氨基酸、强效气味剂以及香气前体。然而脂质,即疏水代谢物及在绿茶制作过程中的变化,以及它们在绿茶质量形成中的潜在作用,在很大程度上还未被探索脂类是植物中必不可少的成分,在细胞膜结构和一系列生理活动中起着至关重要的作用。在茶叶风味质量方面,脂溶性叶绿素和类胡萝卜素是茶树的主要色素,有助于茶产品的颜色质量,特别是绿茶的颜色质量。此外,不饱和脂肪酸已被报道为茶香气前体,能通过氧化和降解产生许多挥发性化合物。

然而,到目前为止,以茶脂为中心的研究相对有限。在最近的研究中,使用高分辨率液相色谱-质谱联用(LC-MS)建立了一种茶脂组学方法,该方法能够广泛覆盖数百种茶脂。通过这种方法,对红茶制作过程中脂类的动态变化进行了表征,并提出了几种关键的代谢途径。我们猜测绿茶由于其独特的加工程序在某种程度上与红茶制作中存在差异,所以可能存在独特的脂质组学差异。本研究的范围是系统地阐明绿茶制作过程中的详细脂质组学组成及其代谢变化以及相关途径,方法是结合化学计量学工具应用非靶向脂质组学方法。


02 
材料和方法
茶叶样品采集后进行固色、揉捻、干燥和终干。所有茶叶样品采集后立即在液氮中进行快速冷冻。在分析之前,将它们冷冻干燥并储存在-80°C 条件下。为了实现对绿茶脂质组的无偏向、大规模表征,使用高分辨率LC-MS对绿茶样品进行了非靶向脂质组学分析。

03 
实验结果

绿茶的脂质组学分析

通过精确质量测量、MS / MS碎片和保留时间等综合信息,共鉴定了283种脂质分子,涵盖6个主要脂质类别,包括89种甘油磷脂,47种甘油糖脂,94种酰基甘油脂,22种鞘脂,18种固醇脂和13种孕烯醇酮脂(图1)。这些脂质化合物可进一步归类于20个亚类,即7种磷脂酸(PA),29种磷脂酰胆碱(PC),25种磷脂酰乙醇胺(PE),8种磷脂酰肌醇(PI),7种磷脂酰甘油(PG),5种磷脂酰丝氨酸(PS),8种溶血磷脂酰胆碱(LPC),15种单半乳糖基二酰基甘油(MGDG),17种双半乳糖基二酰基甘油(DGDG),15种硫代异鼠李糖甘油二酯(SQDG),13种二酰基甘油(DG),81种三酰基甘油,7种神经酰胺(Cer),15种葡萄糖基神经酰胺(GlcCer),1种酰化谷固醇,8种酰基Glc-谷甾醇,7种酰基Glc-豆甾醇,11种叶绿素及其衍生物,2种辅酶。这一鉴定结果揭示了绿茶中脂质在其化学结构、组成和极性方面的多样性和复杂性(图1)



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图1 脂质的主要类别和亚类以及它们相应的化学结构


与绿茶制作相关的脂质组学改变

为了探讨茶叶在制作过程中的脂质组学改变,采用非监督化学计量工具PCA,对代谢表型的变化进行全面而直观的显示。如 PCA 的分数散点图所示(图2A),在一系列制造时间点获得的茶叶样品显示出明显的分离和聚类趋势。新鲜茶叶在左半边,与其他茶叶明显分离,而所有其他固色和进一步加工处理后的茶叶都始终位于另一半,这表明绿茶脂质的明显改变可能发生在固色阶段。相应的动态代谢轨迹图(图2B)还揭示了脂质表型的显著逐步变化。因为制作步骤从鲜叶到固色,再到揉捻和进一步干燥处理,最显著的变化是由PC1方向的固色阶段触发的,进一步的变化发生在PC2方向的第二干燥和最终干燥阶段。相反,揉捻和第一干燥阶段的变化很小。PLS-DA模型的S图揭示了脂质分子对表型改变有很高的贡献。



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图2 绿茶制作过程中茶叶脂质组学变化的多元分析




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表1 在绿茶加工过程中46种主要的差异脂质


磷脂酸还原最显著
在本研究中,磷脂酸被确定为绿茶制作过程中降低最显著的脂质(与新鲜茶叶中的含量相比,下降5-10倍)。在图3A中,绘制了六种PAs亚类在处理步骤方面的时间变化。在固色阶段观察到6种PAs亚类的显著下降(所有FDR<0.001),而与进一步处理步骤相关的变化可以忽略不计(图3A),表明固色是PAs 分解代谢的首要步骤。为了进一步了解这些分子,对每个亚类进行了高分辨率MS/MS 分析,分析了其详细的脂肪酰基组成。随后,根据单个PAs亚类的相对丰度及其相应的酰基组成,定量评价了 PAs 亚类脂肪酰基残基的组成(图3C)。在鲜茶叶中,亚油酸(FA18:2)是 PAs 中最多的酯化脂肪酸,占41.8%,其次是亚麻酸(FA18:3)和 棕榈酸(FA16:0),分别占27.8%和27.6%。油酸(FA18:1)的比例较小,仅为2.7%。如图3C所示,这些酰基在固色后显著减少,表明响应于固色处理而迅速降解。磷脂元素基团PAs作为植物的结构膜脂和信号分子响应各种生物或非生物胁迫。植物中 PAs水平受其产生和降解的动态调节,由几种酶激活,包括磷脂酶和二酰甘油激酶。在固色阶段引起的环境变化中,PAs可能发生多种不同的反应,包括高热和脱水。脂类是脂氧合酶(LOX)辅助氧化形成茶叶香气的主要前体之一。在此,多不饱和脂肪酸18:2和18:3的酯化形式可能通过酶解从PAs中释放出来,并经历LOX介导的降解途径,产生醛和醇等气味,这些气味与绿茶的颜色和新鲜度有关。另一方面,热诱导应激对磷脂的非酶降解在食品加工中得到了广泛的认可,通过加热磷脂的水分散体,观察到磷脂的热诱导氧化和降解,这些分散体产生脂质衍生的挥发性羰基。此外,磷脂的加入可以通过热诱导的脂类降解,在食品加工过程中增强香气。这些结果可以推断,富含18:2脂肪酸的PAs经历了酶或热诱导降解,或两者兼而有之,导致急剧减少,这可能有助于绿茶香气的形成。


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图3

3.4绿茶和红茶生产过程中脂质变化的比较

绿茶制作过程中,在固色和干燥阶段,叶绿素和糖脂也显示出显著变化。但是,变化的程度有很大的不同。 例如,绿茶制作过程中糖脂的下降趋势远不如红茶制作过程中明显。 此外,特别值得注意的是,在绿茶制造过程中PAs降低最明显,但是在红茶制造过程中未观察到。 脂质的这些代谢差异很大程度上是由于在这两种茶在制作中采用了不同的制作方法所致。

04 
实验结论

本研究提出了绿茶制作过程中脂类及其代谢的综合表征。检测到283种脂质,观察到脂质显著变化与叶绿素分解、PAs还原和糖脂降解有关,这可能有利于茶的颜色和香气质量。具体而言,首次确定了绿茶制作过程中PAs含量下降最显著。这是第一个关于绿茶制作的脂质组学研究,深入阐明了绿茶制作不同阶段相关的脂质组学变化及其对绿茶风味质量的潜在贡献,有望为绿茶制作过程中的质量调控提供新的分子靶点。

✎ 文献出处

Li J , Hua J , Yuan H , et al. Investigation on green tea lipids and their metabolic variations during manufacturing by nontargeted lipidomics. Food Chemistry, 2021, 339:128114.


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