黄茶鲜叶中的化学组分分析

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茶叶色香味品质,是鲜叶含有的多种化学成分及其变化产物的综合反映。鲜叶中化学成分是形成茶叶品质的物质基础,其化学成分的种类及其配比直接影响茶叶的品质。制茶的任务只是促进鲜叶中的化学成分向有利于茶叶品质形成的方向发展。茶树鲜叶中一般水分含量75%,干物质含量25%。茶叶的化学成分由3.5%-7.0%的无机盐和93.0%~96.5%的有机物组成。构成茶叶有机物或以无机盐形式存在的基本元素有30余种,主要为碳、氢、氧、氨、磷、硫、钾、钙、镁、铁、铜、铝、锰、锌、钼、铅、氯、氟、硅、钠、钴、镉、铋、锡、钛、矾等。目前茶叶中已经分离、鉴定的已知化合物有700多种,其中包括初级代谢产物蛋白质、糖类、脂肪以及次级代谢产物多酚类、色素、茶氨酸、生物碱、芳香物质、皂素等。

茶叶品质的好坏主要取决于两个方面:一是鲜叶内含物质的组成;二是合理的制茶技术。

鲜叶是形成茶叶品质的物质因素,制茶技术则是形成茶叶品质的条件因素,合理的制茶技术能使有限的制茶原料获得较好的制茶品质,让鲜叶发挥较大的经济价值。

一、鲜叶中的化学元素

(一)元素组成

从鲜叶中发现的化学元素近30种,组成水的H和0元素在鲜叶中占有决定性的份额(75%左右),如构成水的0元素占鲜叶总量的66.67%,构成水的H元素也占鲜叶总量的8.33%。鲜叶除水以外的干物质25%左右,这些干物质中所含的化学元素可以分成以下三类:即基本元素、次量元素和微量元素。

1.基本元素

一般含量占干物质1%以上,对茶树生命活动非常必要,具有含量高,分布广等特点,基本元素及含量情况见表2-3

2次量元素

-般含量占干物质的0.5%~1%,这些元素对茶树的生命活动是必不可少的,含量具体情况见表2-4

注:表中前8个元素含量与一般植物较接近,后4个元素含量在一般植物中没有这样高。

3微量元素

般含量很微, 占干物质的0.005% ( 50ug/g)以下,它们与茶树生命活动有密切的关系,具体元素及含量情况见表2-5.

注: Zn元素在一般植物中含量较高,而在茶树中含量较少。

(二)化学元素含量与茶叶品质的关系

化学元素直接影响茶树的生命活动,与茶树体内物质的形成和转化关系密切。在鲜叶或茶叶中,不同元素含量的高低可以反映鲜叶的老嫩程度,因此,茶叶中的化学元素含量不仅可以作为鲜叶嫩度的生化指标,也可以作为茶叶品质的一个生化指标,茶树鲜叶中K、K及Ca含量与鲜叶嫩度递减关系见表2-6

表2-6鲜叶中三个化学元素含量(占干重百分比)与鲜叶嫩度的关系

注:引自王泽农主编《茶叶生化原理》。

从表2-6可以看出, K和P两种元素的含量是随鲜叶逐渐老化而含量逐渐减少,即“嫩多老少”的变化规律。据研究, N, NaNi、Mo等元素的含量变化规律与K、P的变化规律一样,也同样表现出“嫩多老少”的规律。而Ca,Al, Mn、F、Sn、Pb、Zn、Be, Fe. Si, Ba等则表现出随着鲜叶的逐渐老化含量逐渐增高的变化规律,即“嫩少老多”。

根据以上不同化学元素在不同嫩度的鲜叶中的变化规律,可以通过化学元素含量的测定来评定成品茶的品质(嫩度),嫩度较高的鲜叶中含有的有效成分较多,品质较好。

二、鲜叶中的主要化学成分

鲜叶的组成大体可分成水分和干物质两大部分,干物质又可分为有机化合物和无机化合物两部分,前者是干物质的主要组成部分,一般占干物质的93%~96.5%;后者含量较少,一般只占干物质的3.5%~7%,通常又将这些无机化合物称为“灰分”。

鲜叶中的有机化合物是茶叶有效成分的主体,数量多,组成复杂。目前已经从茶叶中分离、鉴定的有机化合物超过450种;这些有机物可以分为含氮化合物、非氮化合物及其他化合物三大类。三类物质其中含量较多,对茶叶品质影响较大的主要有多酚类、氨基酸、芳香物,生物碱等。这些物质在鲜叶细胞中的主要分布位置及其含量见表2-7。

注:引自王泽农主编《茶叶生化原理》。

(一)水分

水分是鲜叶的主要成分之一,其含量一般在75%左右,常因采摘的芽叶部位、采摘时间、气候条件、茶树品种、栽培管理、茶树长势等各种因素的差异而不同。

芽叶嫩度好,含水量高;反之,老叶含水量低。一般芽比第一叶高,第一叶比第二叶高,依次类推,但茎梗是疏导器官,含水量最高。

同一天内不同时间采摘的鲜叶,早上采摘的鲜叶含水量最高,傍晚最低;晴天采摘的鲜叶含水量低,雾天高,雨天采摘鲜叶含水量特别高;

茶树品种不同,鲜叶的含水量也不同,一般是大叶种含水量比中叶种高,小叶种含水量最低。

茶树新稍的不同部位含水量比较见表2-8表2-8茶树新梢的不同部位含水量比较

1水分存在的形态

鲜叶中的水分可分为自由水和束缚水,自由水含量约95%,束缚永含量约5%。自由水又叫游离水,主要存在于细胞液和细胞间隙中,呈游离态,可以自由流动,易通过气孔向大气扩散,调节体内水分平衡,茶叶中的可溶性物质通常都溶解在这种水里。它在茶叶加工中参与一系列反应,也是多种化学反应的主要介质,制茶中水分指标的变化及控制是对自由水而言。

束缚水又叫结合水,主要存在于细胞的原生质中。由于原生质胶粒表面带有负电荷,水分子具有偶极,故能发生水合反应。水分子与胶粒紧密结合,在胶体外围形成水膜,因此,它不能自由移动,也不能溶解其他物质,比自由水难蒸发,只有当原生质变性,亲水性能丧事时,结合水才能脱离原生质体,游离为自由水,而后被蒸发。它对鲜叶原生质生物活性起重要作用,但在制茶过程中对成茶品质的形成影响较小。

2.水分在制茶中的作用

水分是茶叶加工过程中一系列化学变化的介质。在制茶过程中,鲜叶中的化学成分只有以分子或离子状态分散在水中,才能通过有效碰撞发生化学反应。如黄茶“闷黄”不仅要茶叶含水量较高,而且空气相对湿度也要接近饱和。同时,水分也是某些反应的基质,如蛋白质、糖、叶绿素、多酚类的水解或某些氧化还原反应。

鲜叶的含水量以及其在制造中减少的速度,与茶叶品质形成具有相关性。因此,在茶叶初制过程中,将水分减少的速度和程度作为制茶工艺的重要技术指标。如黄茶初制各工序水分变化,假定鲜叶含水量为75%,摊放叶含水量为60%~65%,初烘叶含水量20%~

25%,足火后含水量为6%~7%。同时,水分也是成品茶质量检验的主要指标之一,黄茶一般要求含水量在7%以下。

(二)无机成分

茶叶中的无机成分是茶叶经过高温完全灼烧后残留下来总称为“灰分”的物质,占干物质的4%-7%。它主要由一些金属元素和非金属氧化物组成。除氧化物外,还含有碳酸盐等,统称为粗灰分。通常规定黄茶总灰分小于7.0%,但不同国家和不同茶类对灰分含量的要求不同。

茶叶中灰分一般含有铁、锰、铝、钾、钙、镁、磷、硫、氯等元素,其中以铁、锰、铝含量较高。因此,灰分通常呈棕黄色或灰绿色。

茶叶中灰分可分为水溶性灰分、酸溶性灰分和酸不溶性灰分三部分。水溶性灰分主要是钾、钠、磷、硫等氧化物和部分磷酸盐、硫酸盐等,一般占茶叶总灰分的50%-60%。除酸不溶性灰分硅酸盐、二氧化硅和杂质灰分外,绝大部分都溶于酸。

灰分的含量与茶叶品质有密切关系。水溶性灰分与茶叶品质呈正相关,鲜叶越幼嫩,含钾、磷较多,水溶性灰分含量越高,茶叶品质越好。随着新梢生长,叶片老化,钙、镁含量逐渐增加,水溶性灰分含量减少,茶叶品质下降。因此,水溶性灰分高低是区别鲜叶老嫩的标志之一。茶树新梢的不同部位灰分含量比较见表2-9。

表2-9茶树新梢的不同部位灰分含量比较(占干物质总量百分比)

茶叶总灰分含量不能完全表明茶叶的老嫩和品质的高低。因为鲜叶经过加工之后,往往总灰分含量增加,可溶性灰分含量有所下降。

出现这种现象的原因主要是由于是鲜叶在采制过程中沾有一些杂质,如灰尘、机械金属粉末以及吸附一些矿物质等。因此在茶叶的采制过程中,应注意环境卫生。在商品茶检测中,只将茶叶总灰分的含量作为茶叶卫生指标的一项量度。茶叶灰分的含量是茶叶出口检测的项目之一。在国际贸易上对总灰分含量、可溶性灰分含量、酸不溶性灰分含量,都要求符合一定的标准。

(三)多酚类化合物

鲜叶中多酚类化合物含量为15%~25%,占干物质的比重很大,其中80%以上是黄烷醇类(又称儿茶素),占鲜叶干物质总量的12%-24%。此外,黄烷酮类含量为干物质的2%~3%,黄酮醇类含量为干物质的3%-4%,还有酚酸类、花青素和花白素。

儿茶素不仅含量多,而且对制茶品质影响较大。

鲜叶嫩度不同,儿茶素含量差别很大。一般随着鲜叶老化,儿茶素含量逐渐降低。季节不同其含量也有差异,一般夏茶的儿茶素含量较高,春茶较少。儿茶素含量及其组成与制茶品质的关系密切,一般来说,儿茶素含量高,茶汤滋味强。简单儿茶素收敛性弱而不苦涩,酯型儿茶素苦涩味较强。

(四)蛋白质和氨基酸

鲜叶中蛋白质含量占干物质的25%~35%,一般是鲜叶较嫩,蛋白质含量较高。蛋白质主要由各种氨基酸组成,在一定的制茶条件下,蛋白质分解成氨基酸。有些氨基酸具有花香和鲜味,例如茶氨酸具有甜鲜滋味和焦糖香、苯丙氨酸具有玫瑰香味、丙氨酸具有花香味、谷氨酸具有鲜味;所以游离氨基酸是制茶品质中重要组成成分之一。

目前在茶树各组织中已发现的氨基酸20多种,鲜叶中游离氨基酸含量一般占干物质总量的1%~3%,其中以茶氨酸、谷氨酸、天冬氨酸等三种含量较多,占游离氨基酸含量的73%-88%。其中仅茶氨酸占总量的50%~

60%,谷氨酸占13%~15%,天冬氨酸占10%。不同季节,鲜叶氨基酸含量不同。

般来说,春茶比夏茶含量高。鲜叶嫩度不同,氨基酸含量不同,总体而言,嫩叶比老叶含量高。但值得注意的是,嫩梗氨基酸含量比芽、叶多,其中,嫩梗中茶氨酸含量比芽叶高13倍。绿茶品质中嫩梗的香高味醇,可能与氨基酸含量较多有关。

(五)芳香物质

芳香物质是挥发性成分的总称。鲜叶中芳香物质有近50种,含量为0.02%~0.05%。

鲜叶中低沸点(200℃以下)芳香物质占比例很大,如沸点156 ~157℃、具有强烈青草气的青叶醇,约占鲜叶芳香物质的60%。这些低沸点的香气成分在制茶过程中大部分挥发或转化,茶叶中仅剩微量。也有一些高沸点成分具有良好的香气,如苯甲醇具有苹果香,苯乙醇具有玫瑰香,芳樟醇具有特殊的花香,这些香气物质直接构成茶叶香气成分。

组成茶叶香气的物质种类很多,含量极微,但其组合比例多样,致使茶叶香气类型多样化,如红茶中的甜香、绿茶中的栗香及黄茶中的锅巴香等。这些差异性,一方面是由于鲜叶中化学成分组成不同,更重要的是制茶技术条件不同所造成。

(六)酶类

酶是植物细胞产生的具有催化功能的蛋白质。鲜叶中的酶类构成很复杂,有水解酶、磷酸化酶、裂解酶、氧化还原酶、移换酶、同分异构酶等,与茶叶生产加工关系密切的酶主要是水解酶和氧化还原酶。水解酶类中有淀粉酶、蛋白酶等,淀粉酶催化淀粉水解成糊精或麦芽糖、葡萄糖,蛋白酶催化蛋白质水解成氨基酸。氧化还原酶类有多酚氧化酶、过氧化物酶和抗坏血酸氧化酶等,多酚氧化酶能催化多酚类化合物氧化为邻醌,进一步氧化、聚合、缩合成有色产物。

制茶过程中首先要有效控制酶的活化,促进催化作用,或抑制催化作用,或限制催化作用在某一范围内,由此产生不同的化学反应产物,形成不同的茶叶品质。这些制茶技术主要是通过控制鲜叶组织机械损伤、叶温和叶中含水量,来控制酶的催化作用。

(七)维生素

鲜叶中维生素可分为脂溶性维生素和水溶性维生素两类。脂溶性维生素有维生素A(抗干眼病维生素)、维生素K(抗出血维生素);水溶性维生素有维生素B, (硫胺素,抗神经炎维生素)、维生素B2 (核黄素)、维生素C (抗坏血酸维生素)、维生素PP (抗癫皮病维生素)、维生素P(黄酮类衍生物)。鲜叶中维生素以维生素C含量最高,它随着鲜叶

的老化而增加;维生素C是还原性基质,很容易被氧化。

(八)生物碱

鲜叶中的生物碱,主要是咖啡碱、可可碱、茶叶碱,其中以咖啡碱含量最高,一般其含量在2%~5%,其他两种生物碱含量甚微。咖啡碱是一种无色针状结晶微带苦味的含氮化合物,直接对咖啡碱加热至50℃时成为无色结晶体,至120℃时开始升华,一般不溶于冷水而溶于热水呈弱碱性;它是构成茶汤滋味的主要物质之一。

咖啡碱在制茶过程中较稳定,变化很少,茶叶中咖啡碱含量主要由鲜叶中咖啡碱含量决定。鲜叶中咖啡碱含量随着新梢生长而降低(见表2-10)。梗的含量比叶子底,嫩叶比老叶含量高。咖啡碱含量除了与鲜叶嫩度相关外,不同品种、不同季节也不相同。一般是大叶种比小叶种含量高,夏茶比春茶含量高。

(九)糖类

糖类物质又称为碳水化合物,其在鲜叶中占干物质重的20%~30%,主要有单糖、双糖和多糖三种。单糖主要有葡萄糖、半乳糖、果糖、甘露糖等,双糖主要有麦芽糖、蔗糖乳糖等,单糖和双糖均溶于水,具有甜味,是构成茶汤滋味的重要成分,是形成茶叶板栗香、焦糖香、甜香等香气的前体物质。鲜叶中多糖是由多个单糖缩合而成的高分子化合物,主要有淀粉、纤维素、半纤维素以及果胶素、木质素等。多糖没有甜味,是非结晶的固体物质,大多数不溶于水。

淀粉是由许多a-葡萄糖分子缩合而成的,在制茶过程中可以水解为麦芽糖、葡萄糖,促使单糖增加,改善茶叶滋味;淀粉不容于茶汤,但在一定的制茶条件下,可转化为可溶性糖,能够增进茶汤的香味。

纤维素和半纤维素是由许多B-葡萄糖分子组成的链状高分子化合物,不溶于水,但可以吸水膨胀,是组成细胞壁的主要成分,主要起支持作用;其含量随着鲜叶老化而增加,因此含量高低是鲜叶老嫩的重要标志之一。

果胶质是糖类物质的衍生物,是具有黏稠性的胶体物质。果胶质与纤维素等结合在一起构成鲜叶的支持物质。果胶质可以将相邻细胞黏合在一起,对形成茶条紧结有一定作用,水溶性果胶具有黏性,有利于茶叶形状的形成。

水溶性果胶可以溶解于茶叶中,能增进茶汤浓度和甜醇滋味。

糖类物质是生物体生命活动的物质基础大部分伴随茶树新梢的成熟而增加,具体见表2-11

(十)色素

鲜叶中含有多种色素,其中对茶叶品质影响较大的有叶绿素、花黄素、叶黄素、胡萝卜素和花青素,约占总干物质重量的1%。叶绿素的含量一般为0.24%-0.85%。随着芽叶伸育,叶绿素含量逐渐增加(见表2-12)致使嫩叶呈黄绿色,老叶呈深绿色。此外,茶树品种不同,施肥、遮阴等栽培管理技术不同叶绿素含量也不同。

表2-12不同芽叶叶绿素含量

叶绿素可分为两种类型:一种是叶绿素a,呈墨绿色;另一种是叶绿素b,呈黄绿色。这两种叶绿色均属于脂溶性色素,不溶于水。

同鲜叶中叶绿素含量不同,鲜叶呈现深浅不同的绿色。叶绿素中的镁原子在酸性和湿热的条件下容易被氢取代,形成脱镁叶绿素(或称去镁叶绿素),从而使原来具有光泽的鲜绿色变成褐绿色。叶绿素受热分解为叶绿酸(溶于水的一种绿色色素)和叶绿醇(无色油状液体),由亲脂性变成具有一定的亲水性。

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