黃懷生基于主成分分析的保靖黃金茶加工過(guò)程中氨基酸動(dòng)態(tài)變化研究

1、基于主成分分析的保靖黃金茶加工過(guò)程中氨基酸動(dòng)態(tài)變化研究黃懷生，趙 熙，銀 霞，黃 靜，鄭紅發(fā)，肖 蕾，粟本文*(湖南省茶葉研究所，長(zhǎng)沙，410125)摘 要：以茶樹(shù)品種保靖黃金茶1號(hào)為材料，研究了品質(zhì)成分氨基酸總量及游離氨基酸組分在加工過(guò)程中的動(dòng)態(tài)變化。結(jié)果表明，氨基酸總量呈“M”形雙峰變化趨勢(shì)，但產(chǎn)品的含量要高于鮮葉；SPSS主成分分析表明，加工過(guò)程中氨基酸總量的變化與天冬氨酸（Asp）和亮氨酸（Leu）變化呈極顯著正相關(guān)，與茶氨酸（Theanine）呈顯著的正相關(guān)；與丙氨酸（Ala）、脯氨酸（Pro）呈顯著負(fù)相關(guān)。同時(shí)，18種游離氨基酸對(duì)氨基酸總量的變化影響可分為3個(gè)主成分，第一主成分為天

2、冬氨酸（Asp）、異亮氨酸（Ile）、茶氨酸（Theanine）、纈氨酸（Val）、蘇氨酸（Thr）、精氨酸（Arg）、苯丙氨酸（Phe）7種氨基酸；第二主成分為甲硫氨酸（Met）；第三主成分為谷氨酸（Glu）、絲氨酸（Ser）、亮氨酸（Leu）、半胱氨酸（Cys）和組氨酸（His）；三個(gè)主成分的累積方差達(dá)到99.46%，可以解釋加工過(guò)程中氨基酸的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程。關(guān)鍵詞：保靖黃金茶；氨基酸；動(dòng)態(tài)變化；加工過(guò)程Dynamic Changes of amino acids during Baojing Golden green tea processing with principal compon

3、ent analysisHuang Huaisheng Zhao Xi Yin Xia Huang Jing Zheng Hongfa Xiao Lei Su Benwen*(Hunan Tea Researching institute ，410125，ChangSha.PRC.)Abstract: Baojing Golden Tea No. 1 as research material, mainly studies the quality and composition of free amino acids and amino acids dynamic changes during

4、 the processing process, the monomer research shows that, the amino acid changed in a "M" shape, but the overall content is higher than that of fresh leaves of amino acid monomers; dynamic change using SPSS correlation analysis, found dynamic changes of amino acid, and aspartic acid in the

5、 process (Asp) and leucine (Leu) showed significant correlation with change, theanine (Theanine) showed significant correlation; with alanine (Ala), proline (Pro) had significant negative correlation. Principal component analysis showed that the effect of 18 kinds of amino acid, the change in total

6、amino acids is divided into 3 principal components, the first principal component to aspartic acid (Asp), isoleucine (Ile), tea ammonia acid (Theanine), valine (Val), threonine (Thr), arginine (Arg), benzene C ammonia acid (Phe) of 7 amino acids; the second principal component is methionine (Met); t

7、he third principal component is glutamic acid (Glu), serine (Ser), leucine (Leu), cysteine (Cys) and histidine (His); the cumulative variance of three principal components reached 99.46%, the dynamic changes of amino acid solutions can release process in the process of.Keywords: Baojing Huangjin tea

8、; amino acids; Dynamic change; processing.基金項(xiàng)目：湖南省自然科學(xué)基金省院聯(lián)合基金“基于糖苷類香氣前體分析的茶樹(shù)種質(zhì)資源鑒定與評(píng)價(jià)”; 湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)“茶葉資源高效利用關(guān)鍵技術(shù)研究”;湖南省科技重點(diǎn)項(xiàng)目“2011FJ2015”。作者簡(jiǎn)介：黃懷生（1976 ），男，湖南邵陽(yáng)人，副研究員，主要從事茶葉加工與利用研究。*通訊作者：保靖黃金茶是在湖南省保靖縣葫蘆鎮(zhèn)黃金村發(fā)現(xiàn)的一個(gè)古老而珍稀的地方種質(zhì)資源。保靖黃金茶1號(hào)是在保靖黃金茶群體資源中進(jìn)行單株選拔，育成的高氨基酸特異茶樹(shù)品種，其鮮葉加工的毛尖綠茶氨基酸含量高達(dá)7.47%1，具有“香、綠、爽、濃

9、”的品質(zhì)特征。近年來(lái)多位茶葉工作者13對(duì)保靖黃金茶的生物學(xué)性狀、香氣成分、品質(zhì)生化成分等進(jìn)行了分析，對(duì)其品質(zhì)的優(yōu)越性進(jìn)行詮釋。保靖黃金茶的獨(dú)特品質(zhì)主要在于其高氨基酸含量，但一直未見(jiàn)系統(tǒng)研究。本文針對(duì)保靖黃金茶綠茶加工過(guò)程中游離氨基酸的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行研究，以期明確保靖黃金茶加工過(guò)程氨基酸的變化規(guī)律，為制訂適宜保靖黃金茶的加工技術(shù)提供理論基礎(chǔ)。1 材料與方法1.1 材料和儀器材料：采自湖南省湘西自治州保靖縣葫蘆鎮(zhèn)黃金村，保靖黃金茶1號(hào)春茶一芽一葉，采摘時(shí)間為2011年4月19日。儀器設(shè)備：6CST-60型滾筒殺青機(jī)，6CR-35型揉捻機(jī)，五斗烘干機(jī)，茶葉提香機(jī)，Hitachi L-8800氨基酸自動(dòng)

10、分析儀。1.2 方法樣品制作加工工藝：鮮葉攤放（6h）殺青初揉（8min）初烘（五斗烘干機(jī)，110）復(fù)揉（10min）足干（茶葉提香機(jī)，80）。取樣：按照以上工藝跟蹤取樣，取樣采用十字交叉法，取樣后采用提香機(jī)(80)烘足干，重復(fù)三次；鮮葉樣采用蒸汽鍋殺青，攤涼后80提香機(jī)烘足干。1.2.2分析方法游離氨基酸總量測(cè)定參照GB/T 8314進(jìn)行；氨基酸組分采用衍生法氨基酸自動(dòng)分析儀測(cè)定。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析軟件采用SPSS 18，測(cè)定數(shù)據(jù)以三次取樣平均值進(jìn)行主成分分析，主成分提取采用協(xié)方差特征值大于1×平均特征值提取。2 結(jié)果與分析2.1 加工過(guò)程中氨基酸總量變化趨勢(shì)保靖黃金茶加工過(guò)程中氨基

11、酸總量呈“M” 形雙峰變化趨勢(shì)（圖1），鮮葉和成品的含量最低，分別為3.96%和3.97%，殺青樣和復(fù)揉樣含量最高，分別為4.47%和4.49%，初揉樣形成中間第二低點(diǎn)，含量為4.11%。這一變化趨勢(shì)與茶葉加工工藝及參數(shù)變化相吻合，第一個(gè)增長(zhǎng)階段是從鮮葉至殺青，氨基酸含量大幅度提高，提高了12.88%；接著為降低階段，從殺青至揉捻，這一階段茶葉中氨基酸含量開(kāi)始下降，下降了8.05%；緊接著初揉-初烘-復(fù)揉，這一過(guò)程茶葉中氨基酸總量又逐步回升，至復(fù)揉階段達(dá)到最高(4.49%)。最后復(fù)揉-足干階段游離氨基酸再一次降低至3.97%，可能是部分氨基酸與糖發(fā)生美拉德反應(yīng)，形成綠茶的烘烤風(fēng)味的原因。2.2

12、 氨基酸總量與各組分的相關(guān)性對(duì)檢測(cè)的氨基酸總量和18種游離氨基酸進(jìn)行相關(guān)性分析（見(jiàn)表1），其中與天冬氨酸（Asp）、組氨酸（His）、茶氨酸（Theanine）和亮氨酸（Leu）呈顯著的正相關(guān)，天冬氨酸和亮氨酸達(dá)極顯著水平。這4種氨基酸含量占總量的71.72%，其中茶氨酸（2.41%占鮮葉干物）占總量的60.86%；說(shuō)明含量較高的天冬氨酸(0.23%占鮮葉干物)、茶氨酸含量變化對(duì)總量的變化是關(guān)鍵的。而丙氨酸（Ala）、脯氨酸（Pro）、酪氨酸（Tyr）、纈氨酸（Val）和異亮氨酸（Ile）呈顯著的負(fù)相關(guān)。較高含量的谷氨酸（0.49%占鮮葉干物），在加工過(guò)程中變化趨勢(shì)與氨基酸總含量的趨勢(shì)不同步，

13、相關(guān)性分析不明顯。茶葉中特異氨基酸茶氨酸與各種氨基酸的相關(guān)性表明，茶氨酸與谷氨酸的變化無(wú)明顯的相關(guān)性，而與天冬氨酸、甲硫氨酸呈顯著的正相關(guān)。表1 加工過(guò)程中氨基酸單體及總量變化的相關(guān)分析Table 1 Correlation analysis the change of amino acid monomers and aggregates in the process 相關(guān)AspSerGluGlyHisArgThrAlaProTheanineCysTyrValMetLysIleLeuPhe總含量AspSerGluGlyHisArgThrAlaProTheanineCysTyrValMetLys

14、IleLeuPhe1.000.120.520-.036.704.449-.439-.805-.666.698*.117-.543-.541.357.540-.492.899-.444.987.1201.000.700.770.696-.078.696.138.411-.222.968.383.625-.621.652.768.428.753.084.520.7001.000.261.943-.190.309-.516-.200.025.622-.259.163-.253.415.308.705.233.497-.036.770.2611.000.370-.199.740.456.738.109

15、.765.781.770-.211.795.764.095.838-.106.704.696.943.3701.000-.012.254-.519-.203.292.612-.188.106-.107.616.211.854.204.686.449-.078-.190-.199-.0121.000-.575-.212-.454.141.003-.309-.605-.162.178-.517.470-.436.497-.439.696.309.740.254-.5751.000.632.850-.301.577.781.979-.423.248.953-.156.970-.443-.805.13

16、8-.516.456-.519-.212.6321.000.902-.393.106.891.720-.339-.097.621-.644.695-.780-.666.411-.200.738-.203-.454.850.9021.000-.263.368.974.927-.279.195.838-.508.897-.686.698*-.222.025.109.292.141-.301-.393-.2631.000-.253-.093-.312.834*.487-.465.431-.325.676.117.968.622.765.612.003.577.106.368-.2531.000.34

17、1.542-.629.698.715.371.682.054-.543.383-.259.781-.188-.309.781.891.974-.093.3411.000.858-.183.310.744-.413.848-.558-.541.625.163.770.106-.605.979.720.927-.312.542.8581.000-.375.246.960-.311.976-.565.357-.621-.253-.211-.107-.162-.423-.339-.279.834*-.629-.183-.3751.000.046-.575-.029-.497.326.540.652.4

18、15.795.616.178.248-.097.195.487.698.310.246.0461.000.286.539.367.455-.492.768.308.764.211-.517.953.621.838-.465.715.744.960-.575.2861.000-.209.975-.525.899.428.705.095.854.470-.156-.644-.508.431.371-.413-.311-.029.539-.2091.000-.166.921-.444.753.233.838.204-.436.970.695.897-.325.682.848.976-.497.367

19、.975-.1661.000-.464總含量.987*.084.497-.106.686*.497-.443-.780*-.686*.676*.054-.558*-.565*.326.455-.525*.921*-.4641.000注：*顯著性水平P=0.05，*顯著性水平P=0.01圖1 保靖黃金茶加工過(guò)程中氨基酸含量的變化Fig 1 The change of amino acid content in the process of Baojing Golden Tea2.3 主成分分析對(duì)加工工藝各工序取樣分析游離氨基酸組分，數(shù)據(jù)采用SPSS 18分析軟件，進(jìn)行主成分分析，采用協(xié)方差特征值

20、大于1×平均特征值提取，提取了3個(gè)主成分，方差分析結(jié)果見(jiàn)表2。第一主成分方差占53.86%，第二主成分方差占40.28%，累積占94.14%，第三主成分占5.49%，3個(gè)主成分累積方差達(dá)到99.63%，因此3個(gè)主成分能很好的解釋加工過(guò)程中氨基酸含量的變化。數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后得到成分矩陣（表3），第一主成分包含天冬氨酸（Asp）、茶氨酸（Theanine）、精氨酸（Arg）、異亮氨酸（Ile）、纈氨酸（Val）、蘇氨酸（Thr）、苯丙氨酸（Phe）；第二主成分僅包含甲硫氨酸（Met）；第三主成分包含谷氨酸（Glu）、組氨酸（His）、絲氨酸（Ser）、亮氨酸（Leu）、半胱氨酸（Cys）。結(jié)

21、合總量的變化趨勢(shì)，第一主成分主要是鮮葉至殺青階段的影響；第二成分主要是初揉階段的影響；第三成分主要是初揉至復(fù)揉階段的影響。茶氨酸和精氨酸，對(duì)第二主成分的貢獻(xiàn)較大，從三維圖可以看出（圖2），初揉階段對(duì)這兩個(gè)氨基酸的含量變化影響較大。表2 解釋總方差表Table 2 variance analysis 成分初始特征值提取平方和載入合計(jì)方差的%累積%合計(jì)方差的%累積%10.02153.85753.8570.02153.85753.85720.01640.28494.1410.01640.28494.14130.0025.48999.6300.0025.48999.63040.0000.35099.9

22、8057.91E-60.020100.00061.420E-183.951E-15100.00076.310E-201.596E-16100.00082.430E-206.146E-17100.000注：提取方法 主成分分析。圖2 各主成分因子三維空間分布圖Fig 2 The distribution map of the three-dimensional space of each principal component factor表3 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后主成分表Table 3 Data standardized principal component 原 始 成 份重新標(biāo)度成份123123A

23、sp.020.005.014.777.201.534Theanine.102.087-.005.761.647-.038Arg.102-.090.000.749-.663.002Ile-.001.000.001-.647.052.322Val-.001.000.000-.607.230.147Thr-.002.001.001-.577.219.298Phe-.001.000.000-.504.093.263Pro-.002.000-.001-.485.140-.188Tyr.000.000.000-.278.156-.226Met.007.012-.006.445.745-.402Glu-.0

24、02.004.020-.083.195.972His.008.010.038.210.259.941Ser-.002-.001.008-.185-.087.780Leu.000.000.000.616-.012.773Cys.000.000.001-.154-.175.716Lys.000.000.001.450.243.472Ala-.002-.001-.002-.420-.152-.457Gly.000.000.001-.056.240.3043 討論綠茶加工過(guò)程中對(duì)其品質(zhì)影響較大的工序主要有殺青、揉捻、初烘3道工序，這3道工序中原料含水量較高，且在高溫條件下進(jìn)行操作，高溫加速生化成分的化

25、學(xué)反應(yīng)，為茶葉品質(zhì)的形成提供良好作用環(huán)境。實(shí)驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)茶鮮葉中氨基酸總量在殺青時(shí)呈現(xiàn)一個(gè)含量波峰，初揉后含量降低，形成含量波谷，初烘再次上升形成波峰，并達(dá)到最高，復(fù)揉后回落，至足干減少，但要高于鮮葉，這有利于綠茶鮮爽醇和的品質(zhì)風(fēng)味形成，這一結(jié)果與朱宇4、倪德江等5,6和羅龍新等7的研究結(jié)果基本一致。這一變化趨勢(shì)與茶葉加工工藝及參數(shù)變化相吻合，第一個(gè)增長(zhǎng)階段是從鮮葉至殺青，氨基酸含量大幅度提高，提高了12.88%。從工藝來(lái)看，鮮葉經(jīng)過(guò)6h攤放，在進(jìn)行殺青過(guò)程中鮮葉體內(nèi)細(xì)胞未破碎，主要是蛋白質(zhì)的水解反應(yīng)，導(dǎo)致游離氨基酸含量的增加。第二階段為降低階段，從殺青到揉捻，這一階段鮮葉中游離氨基酸含量開(kāi)始下降，下降了8.05%，推測(cè)是在外力的作用下，部分鮮葉細(xì)胞破碎，可能部分蛋白質(zhì)與多酚發(fā)生沉降，蛋白質(zhì)水解減少；另外部分氨基酸參與生化反應(yīng)減少。第二個(gè)增長(zhǎng)階段，工藝包括初揉、初烘和復(fù)揉，茶葉中游離氨基酸又逐步回升，至復(fù)揉階段達(dá)到4.49%。這一階段生化反應(yīng)復(fù)雜，茶葉水分重新分配，有利于內(nèi)涵蛋白質(zhì)的水解；同時(shí)，在高溫作用下氨基酸與糖發(fā)生美拉德反應(yīng)，使部分氨基酸消耗。最后的足干階段游離氨基酸再一次降低，可能是部