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项目文章 | 植物广泛靶向代谢组助力不同品种茶树的风味研究

花匠小妙招
2024-12-03 16:05

代谢组学和定量描述性分析揭示白化茶品种花中代谢物与味觉属性之间的关系

影响因子：6

期刊：LWT-Food Science and Technology

时间：2024年4月

单位：浙江大学

2024年4月，浙江大学于LWT-Food Science and Technology期刊发表题为“Metabolomics and quantitative descriptive analysis reveal the relationship betweenmetabolites and taste attributes of flowers in two types of albino tea cultivars”的研究论文。本研究采用定量分析、广泛靶向代谢组学和感官定量描述性分析等方法，分析了3个白化茶品种的花的味觉特征和代谢差异。结果表明三种茶品种的花都有一定的苦味、涩味和微味，但也有鲜味和甜味，整体风味较和谐，其中槲皮素苷是区分白叶1号（BY1H）与其他茶品种的花的特殊化合物。这些发现为白化茶品种的花的感官和代谢特性提供了一个全面的认识。迈维代谢提供了植物广泛靶向代谢组的检测分析服务。

研究背景

白化茶树品种是一类具有独特鲜味、低苦涩的变异品种。白化品种的开花产量远远超过绿叶品种。最近，人们对白化茶树品种的花越来越感兴趣，而对这些花的研究仍然远远少于对叶的研究。

样本细则：温度敏感品种白叶1号（BY1H）、光敏感品种黄金芽和郁金香（HJY和YJX），每组3个生物学重复用于代谢组检测分析。

技术路线

研究结果

1. 白化茶品种花的感官评价

3个白化茶品种的花的感官评价见表1，它们的味道有甜味、醇厚、鲜味、苦味和涩味的特点。总的来说，有一定的苦味和涩味，口感有点麻，然后以鲜味和甜味为主。BY1H比YJX和HJY更有苦味和涩味，HJY和YJX比BY1H更有花香或甜味。三个茶品种的花的茶汤颜色均为黄色或金色。结果表明，YJX和HJY的感觉官质量优于BY1H。此外，3个白化茶品种的花的香气比绿茶品种“yingshuang”的花更强烈。这说明由白化茶品种的鲜花制成的花茶在口感和香气方面具有独特的品质（图1A）。为了进一步细化YJX、HJY和BY1H的不同味觉属性之间的区别，作者使用QDA进行了评分（图1B）。与BY1H相比，HJY和YJX的苦味和涩味评分显著较低（p <0.05），甜度显著较高（p <0.05），鲜味评分更高，整体味道更好，这与传统传感器评价结果一致。

这表明，对光敏感的白化茶品种的花比对温度敏感的白化茶品种具有更低的苦味和涩味和更明显的鲜味和甜度。根据研究推测，茶树花的甜味可能是由于额外的枯萎过程，这可以促进可溶性糖的增加，使味道变甜。

表1 不同茶品种花的感官评价描述

图1 茶汤感官评价

2. 主要化学成分的鉴定

为了探讨3个白化品种茶树的主要味觉差异代谢产物，作者对茶树总茶多酚、总黄酮、总游离氨基酸、8种儿茶素和3种生物碱、17种游离氨基酸和12种类黄酮苷进行了定量分析。

YJX和HJY的氨基酸和总黄酮类化合物含量显著（p <0.05）高于BY1H，总多酚含量显著（p <0.05）低于BY1H。8种儿茶素中，EGCG和GCG在YJX种含量显著高于（p<0.05） HJY和BY1H，GC和C在HJY中的含量显著高于（p<0.05）BY1H和YJX，EGC和EC在BY1H中显著高于（p<0.05）其他两个样本。本研究中茶树花中的茶碱含量远低于咖啡因，且含有少量的可可碱。其中，BY1H的生物碱含量显著高于（p <0.05）YJX和HJY。然而，与半开放的花阶段相比，在全开放阶段时HJY中的可可碱含量明显低于（p <0.05）BY1H，推测生物碱代谢在不同的茶叶品种花的不同发育阶段有一定的差异。

氨基酸是茶中重要的味觉化合物和香气前体，研究结果表明，HJY的鲜味氨基酸含量均显著高于YJX和BY1H（p<0.05）。YJX和HJY中茶氨酸含量显著高于BY1H（p<0.05），这可能导致YJX和HJY的鲜味强于BY1H。此外，HJY和YJX中丙氨酸、苏氨酸和茶氨酸的甜度属性含量显著高于BY1H（p<0.05），因此甜度得分显著较高（p <0.05）。只有2个苦味氨基酸存在显著差异（p <0.05）。但这些氨基酸表现出较高的苦味阈值，因此它们对茶树苦味的可能贡献也不显著。

结果表明，BY1H（4.13±0.36 mg/g）中槲皮素苷（p <0.05）水平显著高于YJX（2.47±0.20 mg/g）和HJY（1.98±0.05 mg/g）（表2）。结合作者未发表的研究推测茶叶品种的不同可由槲皮素作为标志性物质区分BY1H与其他茶品种的花，这种类黄酮苷是BY1H潜在的关键苦涩味成分。

表2 不同茶品种花的主要成分含量

3. 白化茶品种花代谢组学的多变量分析

茶树花的风味取决于各种风味呈现物质的协同效应。该研究采用广泛的靶向代谢组学方法研究了三个白化茶品种的花的非挥发性代谢产物。共鉴定出897种代谢物，主要包括酚酸152种、脂类150种、黄酮类141种等。对3组样品的这些代谢物的PCA和OPLS-DA分析均显示出相似的趋势（图2A，B）。OPLS-DA中RX、RY、Q分别为0.806、0.999和0.991。R和Q的200个交叉检验模型分别为0.638和-0.716（图2C），表明该模型可靠，可用于后续差异代谢物的筛选和分析。利用S-plot图发现不同茶叶品种花的关键差异代谢产物（图2D)，采用VIP>1和p<0.05标准在BY1H、HJY和YJX多组分析中共筛选出344种差异代谢物，包括氨基酸及其衍生物、有机酸、酚酸、黄酮类、脂类、核苷酸及其衍生物、生物碱、木酚素和香豆素、萜类、单宁等，主要差异代谢物对茶树花有重要的风味和健康影响。

采用VIP > 1和FC≥2或FC≤0.5的标准对BY1H vs HJY、BY1H vs YJX、YJX vs HJY三个比较组的差异代谢物进行筛选（图2E、F和G）。BY1H vs HJY有331个差异代谢物（101个上调，230个下调），BY1H vs YJX中差异代谢物239个（100个上调，139个下调），YJX vs HJY比较组有267个（102个上调，165个下调）。根据筛选出的三组差异代谢物，进行组合韦恩图以显示不同对照组之间的共同和特有的差异代谢物（图2H）。与HJY和YJX相比，BY1H表现出更多种类的差异代谢物的上调。这表明，与对光敏感的白化茶品种相比，对温度敏感的白化茶品种的花具有明显的代谢积累模式。这些差异的代谢物导致了三个茶品种花的风味特征。

图2 HJY、YJX和BY1H的代谢组数据分析

4. 三个白化茶品种的花中代谢物功能分析

采用K-means分析了344种差异代谢物的10种聚类模式（图3A）。与YJX和HJY相比，BY1H 中151种代谢物的相对含量显著升高，此外，116代谢物YJX相对含量最高，而只有77代谢物HJY相对含量最高。KEGG途径富集分析显示（图B），3个白化茶品种花的主要差异代谢途径涉及类黄酮和类黄酮的生物合成、咖啡因代谢、类黄酮的生物合成。提示这些途径中的代谢物对其味觉质量的影响更大。

图3 差异代谢物的K-means和KEGG富集气泡图分析

另外热图显示了3个白化茶品种花中的344种差异代谢物（图4）。黄酮类化合物对味觉的形成有显著影响。在该研究中，BY1H中7种儿茶素及其衍生物的相对含量，如GC、EGC的含量显著高于YJX和HJY（图4A）。这些发现与HPLC分析的结果相一致（表1）。

同时，BY1H的苦味和涩味得分较高，说明儿茶素对苦味的贡献更大。在48种不同的黄酮醇和类黄酮苷（图4B）中，与YJX和HJY相比，BY1H中分别有25和28种化合物的水平更高，优势主要体现在槲皮素苷类中，这与类黄酮苷类的定量结果趋势一致（表3）。YJX和HJY中17种黄酮醇和类黄酮苷的相对含量，山奈酚、芹菜素和木酚素含量显著高于BY1H。此外，BY1H中的大部分花青素和查尔酮也显著高于YJX和HJY（图4B）。在28种不同的原花青素和单宁酸中，与BY1H相比，YJX和HJY分别有19种和20种物质显著升高。

图4C显示了茶树花中呈现鲜味和醇香味的主要差异代谢物包括17个游离氨基酸和24个核苷酸及其衍生物。YJX和HJY中11个游离氨基酸及其衍生物的相对含量高于BY1H，表明光敏型花的上调氨基酸种类高于温度敏感型白化茶品种。该研究中茶树的加工方法包括枯萎4-6小时，因此茶树的寡肽含量可能高于茶叶，结果表明差异氨基酸及其衍生物多为寡肽，其中N-乙酰氨基酸包括N-乙酰-L-酪氨酸和N-乙酰-L-苯丙氨酸可能导致三种茶树花口感醇厚。一些核苷酸及其衍生物是重要的功能和营养成分，也与茶的鲜味呈正相关。8个核苷酸及其衍生物的相对含量在BY1H明显高于YJX和HJY。同时，该研究包含了常见的核苷酸及其衍生物，包括腺苷、鸟苷、胞苷、尿苷、肌苷和次黄嘌呤，肌苷5’-单磷酸盐（IMP）和鸟苷5’-单磷酸盐（GMP）可以引起鲜味，而腺苷-5’-单磷酸盐（AMP）可以增强甜味。但是，IMP，GMP和AMP在该研究中不是差异物质，表明这些关键风味核苷酸可能在一定程度上提高茶叶花的鲜味和甜度，但不是区分三个白化茶品种的鲜味和甜味的关键物质。

酚酸是合成黄烷醇的主要前体，直接促进或协同提高茶汤的涩味。在3个样品中筛选出68种差异酚酸（图D），该研究中，BY1H中4-O-p-香豆素酰奎宁酸的相对含量分别是YJX和HJY的2.45倍和1.30倍。因此，BY1H中酚酸的上调可直接或协同提高涩味，使其比HJY和YJX具有更强的涩味。

有机酸通过调节酸度和香气影响茶独特的味道，其中，BY1H中分别有18种和16种有机酸的相对含量高于YJX和HJY（图4E）。BY1H中柠檬酸和奎宁酸均显著高于YJX和HJY，此外，与HJY和BY1H相比，YJX中积累了更多的糖和醇。

生物碱对苦味茶的质量有显著贡献。在该研究的19种差异生物碱中（图4F），BY1H中有15种和12种生物碱的相对含量分别显著高于YJX和HJY，这与生物碱的定量结果一致（表1）。

脂质可以促进醇厚和甜味，并维持茶树的结构。在鉴定的54种差异脂质代谢物中，与YJX相比，45种在BY1H中更丰富，与HJY相比，有47种在BY1H中更丰富（图4G），且BY1H中的甘油磷脂水解产物高于YJX和HJY，这可能是由于在枯萎和烘烤等非生物胁迫过程中脂质水解反应更强烈。

图4 不同品种茶树花差异代谢产物分类的热图

5. 茶树中主要风味贡献物质的筛选分析

为了明确主要的味觉代谢物和造成味觉差异的原因，作者对3种茶树比较分析得到的344种差异代谢物和QDA评分进行了斯皮尔曼相关分析（图5）。并结合剂量超阈值因子（Dot）值进一步分析（表3）。

共有124种代谢物与苦味、涩味、鲜味或甜味显著相关（相关>0.8）（图5）。部分氨基酸和核苷酸及其衍生物和有机酸与茶树的鲜味呈显著正相关，如L-亮氨酸-L苯丙氨酸，L-甘氨酸-L-异亮氨酸，L-亮氨酸-L苯丙氨酸和腺苷-5’-二磷酸，鸟苷，2-脱氧核酮糖-1-磷酸等。与BY1H相比，YJX和HJY中L-亮酰-L-苯丙氨酸、N-乙酰色氨酸、鸟苷、α-酮戊二酸的相对含量显著上调，与新鲜度和甜度显著正相关。这可能是YJX和HJY的新鲜度和甜度QDA得分高于BY1H的原因。

不同茶型中黄酮、儿茶素、咖啡因等物质的不同含量导致了苦味和涩性的多样性。实验表明，黄酮类化合物及其苷类（根绿素）、酚酸（1-O-铁酰奎宁酸和原儿茶酸甲酯等）和生物碱（咖啡因、N-阿魏酰胍丁胺等）与茶树的苦味或涩味呈显著正相关。BY1H（1-O-阿魏酰喹宁酸、咖啡因、N-阿魏酰胍丁胺等）的代谢产物显著上调。与YJX和HJY相比，BY1H与苦味和涩味呈显著正相关。BY1H的苦味和涩味QDA评分显著YJX和HJY。

相关性分析首先筛选出与各风味属性相关性较强的化合物。而味觉不仅与物质的浓度有关，还取决于其阈值有关。因此，作者进一步筛选了表3中的关键味觉物质（Dot > 1），谷氨酸和茶氨酸的Dot排序均为HJY > YJX > BY1H，说明这两种氨基酸是区分这三种花鲜味的关键氨基酸。丙氨酸是茶中重要的甜味来源（Dot：1.89-2.51），推测丙氨酸可能是茶叶味道中的关键甜味物质。茶中的苦味物质可以通过EGCG和ECG进行定量，而涩味可以通过考虑儿茶素、黄酮醇、咖啡因等物质进行定量。茶树苦味的可能主要因素咖啡因（Dot：50.48-97.12），儿茶素包括EGCG和ECG（EGCG的Dot值为88.73-340.00，ECG为159.09-237.36）、EGCG（Dot：102.74-393.68）、ECG（Dot：110.14-164.33）、Q-gr（Dot：960744.04-3689572.25）、Q-ga（Dot：1372.78-2828.57）和K-g（Dot：1272.12-3105.73）。

表3 不同品种茶树花主要成分的Dot值

图5 白化茶品种花中味觉品质与化合物的相关性分析

迈维小结

该研究引入定量描述分析，结合广靶代谢组学和HPLC-MS，研究了白叶1号、郁金香和黄金芽味觉呈现差异的原因。共有344种差异代谢产物导致了三种茶树花的味觉差异。与郁金香和黄金芽相比，白叶1号的ECG、EGCG、槲皮素3-O-α-L-鼠李糖基-（1→6）-β-D-吡喃葡糖苷、槲皮素3-O-β-D-吡喃半乳糖苷、杨梅素3-O-α-L-鼠李糖基-（1→6）-β-D-吡喃葡糖苷和杨梅素-3-O-β-D-吡喃葡糖苷、咖啡酸和对香豆酰基奎宁酸以及咖啡碱水平显著较高，导致其明显的苦味或涩味。另一方面，郁金香和黄金芽由于其茶氨酸、谷氨酸和丙氨酸含量较高，表现出较强的甜味和鲜味。N-乙酰基-L-酪氨酸和N-乙酰基-L-苯丙氨酸可能有助于三个茶树品种的花的醇香。此外作者发现槲皮素苷是将白叶1号与其他茶树品种的花区分开来的特定化合物。该研究为两类白化茶树品种的花的味道特征及其和非挥发性代谢产物的关系提供参考信息。

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