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红茶菌中风味物质相关功能微生物的研究进展(二)

发布时间:2021-02-19 23:47 作者:陈丹
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1.4 红茶菌中微生物种类在不同茶叶种类中的差异

目前有关红茶菌的研究大多以红茶为发酵基底,少数使用绿茶,极少数研究利用普洱茶、路易波士茶等进行发酵。红茶、绿茶和普洱茶是我国常见品类,根据对红茶菌国内外相关文献的总结,及红茶菌优势菌群分析(图2),发现这3 种茶的红茶菌样品中均发现过酿酒酵母和欧洲驹形杆菌。红茶与绿茶发酵的红茶菌中分离的15 个菌种相同,分别为拜氏接合酵母、佛罗伦萨接合酵母、博伊丁假丝酵母、布鲁塞尔酒香酵母、莱迪亚驹形杆菌、中间驹形杆菌、木驹形杆菌、汉森驹形杆菌、过氧化醋酸杆菌、蒲桃醋酸杆菌、冲绳醋酸杆菌、热带醋酸杆菌、氧化葡糖杆菌、内氏乳杆菌和酒酒球菌。红茶与普洱茶红茶菌中都分离出过食糖驹形杆菌。因针对以绿茶和普洱茶发酵的红茶菌研究相对较少,图2中所体现的红茶特异性菌种较多可能是其他两种茶的样品量少所致。茶叶本身的发酵程度如何影响红茶菌的优势菌群仍有待进一步探究。


图2 不同茶底发酵红茶菌的优势菌种差异

2 红茶菌发酵产生的风味物质及其动态变化

红茶菌的风味物质来自于茶底物及其衍生物、加入的糖底物以及糖茶水在发酵过程中形成的代谢产物,受共生微生物驱动,可能会发生许多生物化学反应,主要包括醇、醛的形成,以及醇、醛向酸、酯的转化,其成分和含量随发酵过程改变。微生物所产生的次生代谢物是红茶菌中的主要风味成分。

目前分析红茶菌特异性风味物质的研究很少,其关键性风味成分尚未明确。风味物质的成因与微生物构成的对应关系研究屈指可数,如袁磊等的研究虽检测了红茶菌的风味物质,但未鉴定其所用的红茶菌菌种。已有的红茶菌风味物质研究中所用的发酵茶底、发酵时间等均存在差异,很少分析茶中原有物质差异所造成的风味影响。

Zhao Zhenjun[4]和袁磊等分别用普洱茶和红茶制备红茶菌,所检出的共有风味物质有3 种,为乙酸、苯乙醇和芳樟醇;乙酸和芳樟醇在发酵前后含量变化趋势一致,但苯乙醇含量变化呈现出相反趋势。为找到红茶菌中存在的风味物质与可能存在的功能微生物关系,图3总结了在红茶菌中检出的部分风味物质和在发酵食品研究中与这些风味物质相关且存在于红茶菌中的微生物种类。

从图3可发现,能促进产生花香、植物清香和果香的风味物质多为酵母,红茶菌中多数风味物质与酿酒酵母相关。发酵红茶菌时可考虑适当添加非酿酒酵母以增加其风味,但需避免一些可产生如丙酸等有不愉快气味的微生物。以丙酸为例,也可通过调整微生物组成或优化发酵工艺使丙酸进一步转化为具有较好风味的下游产物,如丙酸酯等。因酿酒酵母在发酵工业广泛使用,其研究相比其他非酿酒酵母更为深入,而有关非酿酒酵母的研究主要集中在葡萄酒酿造,且多与酿酒酵母共同使用。然而非酿酒酵母广泛存在于传统发酵食品中,对于其风味的形成及影响不容忽视,尤其红茶菌中非酿酒酵母种类繁多,其对于红茶菌的特异性风味的影响需进一步深入研究。


图3 红茶菌中存在的微生物与相关风味物质

针对红茶菌中风味物质动态变化的研究较少,所用于发酵的茶底分为普洱茶、红茶和绿茶等,检测的物质种类也存在一定差异。红茶菌发酵的生普洱茶在发酵14 d后挥发性芳香物质由21 种增至53 种。初期的挥发性风味物质来源于茶本身,发酵3 d时主要的风味物质是醇类和酸类,含量高的5 种风味物质是庚醛、苯乙醛、苯乙酸、甲基辛酮、芳樟醇。发酵中期醇类含量逐渐下降,酸类物质增多;到发酵中后期,醇类和醛类含量显著降低,酸类物质继续增多到22 种,占总挥发性风味物质的57.21%,最多的5 种是乙酸、丁酸、苯乙酸、柠檬酸和2-甲基琥珀酸;发酵后期茶汤中主要包含醋酸、柠檬酸、丁酸、琥珀酸和L-乳酸(图4A)。袁磊等[利用红茶菌发酵红茶,其发酵前后与普洱茶红茶菌相同,呈现出醛和酮相对含量减少、酸和酯相对含量增多的趋势,而红茶发酵后醇类相对含量总体升高(图4B),与普洱茶红茶菌相反。这可能是由于红茶发酵过程中醇类的减少量少于生成量,因此发酵后检测的醇相对含量仍高于发酵前。生普洱茶发酵的7~10 d风味物质种类最为丰富,红茶发酵后共新增了12 种风味物质,由此可见选择终止发酵的时间对控制最终红茶菌的风味十分重要。


图4 气相色谱-质谱测定的红茶菌风味物质含量随发酵时间的变化

2.1 醇类

对生普洱茶红茶菌发酵过程分析表明,醇类物质种类不同,其相对变化趋势各异。初始相对含量较高的醇,如芳樟醇和苯乙醇相对含量在发酵前3 d呈现快速降低趋势,随后缓慢降低;而2,6-二甲基-4-乙基-4-庚醇和2,7-二甲基-4-辛烯-2,7-二醇等初始相对含量较低的醇,其相对含量则呈现先增高后降低的趋势。在14 d的发酵过程中,共检测到16 种醇类,其中新生了7 种高级醇,到发酵14 d时,基本上所有醇类物质的相对含量都处于较低水平。醇类总量降低可能因微生物转化或发生酯化等生化反应。红茶发酵后,正己醇、芳樟醇、(E)-2-己烯-1-醇相对含量降低,而乙醇、异戊醇、正辛醇、苯乙醇、橙花叔醇的相对含量升高,乙醇相对含量的增幅最大;且发酵后新产生了5 种醇,测得的醇类总物质种类由3 种增至8 种,高级醇种类的增加对红茶菌风味有积极影响。

2.2 酸类

蒋立文等发现绿茶红茶菌中总酸含量先升高后降低,与Zhao Zhenjun等在普洱茶制备红茶菌的研究中测得的变化一致,在生普洱红茶菌中测出22 种有机酸,其中醋酸在14 d的发酵过程中,其相对含量呈持续上升趋势,且远远高于其他有机酸。袁磊等发现醋酸、正己酸、正辛酸和正癸酸在发酵10 d后相对含量均有一定增加,其中正辛酸和正癸酸的增幅较大。

Jayabalan等比较了以绿茶、红茶和废茶渣为茶底的红茶菌发酵18 d过程中醋酸、D-葡萄糖醛酸、乳酸和柠檬酸含量的动态变化。醋酸含量在第15天最高,随后有所降低,绿茶发酵液中醋酸含量高于其他2 种茶底发酵液,乳酸和柠檬酸在3 种茶底中含量极低。

2.3 其他挥发性风味物质

醛类和酮类物质在红茶菌发酵初期含量和种类较多,中后期逐渐减少,酯类物质种类增多。Zhao Zhenjun等研究发现,生普洱茶发酵14 d后,醛类由6 种减至1 种,酮类由3 种减至2 种,且相对含量均降低。酯类除十八醇乙酸酯的相对含量降低外,新产生了5 种高级酯类。同样,袁磊等发现红茶发酵10 d后,3 种醛类和1 种酮类均未检出,新产生5 种酯类,其中乙酸乙酯相对含量最高,而初期含有的辛酸甲酯和水杨酸甲酯相对含量降低;此外,红茶菌发酵过程还产生了芳烃、烯类等挥发性风味物质。

红茶菌中还含有影响感官品质的酚类物质和游离氨基酸。酚类物质是产生敛口涩味和苦味的主要因素。总多酚含量随发酵时间延长而增加,可能因为红茶菌微生物中的复杂酶将多酚降解成了更小的分子。在发酵过程中,随着时间延长,总儿茶素和咖啡因在发酵液中逐渐降解,酯型儿茶素含量逐渐减少,非酯型儿茶素含量略有增加。蒋立文和Zhao Zhenjun等分别用红茶菌发酵绿茶和普洱茶,咖啡因含量均呈现降低趋势,这可能是微生物利用咖啡因作为氮源导致的;红茶菌中总游离氨基酸含量随着发酵时间延长略有增加,这些游离氨基酸是最重要的芳香前体物质,如:亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸等支链氨基酸分解后转化为有麦芽香气的酯类物质、有果香和酒精味的醇类物质或呈现酸甜味、腐败味、水果味或黄油味的酸类物质。芳香族氨基酸(苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸)分解后会产生玫瑰香、花香、苦杏仁味或腐臭等异味。

酵母与细菌的共生菌落是红茶菌发酵过程中风味物质形成的最重要因素,了解红茶菌的微生物组成以及优势菌种在发酵食品中带来的感官变化对红茶菌风味改良非常重要。通过确定微生物对风味物质形成及变化的影响,选择能够促进高级醇类、萜烯类等风味物质生成的微生物,如酿酒酵母、假丝酵母等,从而增加茶汤中的果香花香等愉悦气味,避免产生腐臭味等物质的微生物,或通过不同微生物组合,使其产生的风味物质能通过生化反应进一步提升茶汤风味。了解风味物质在红茶菌发酵过程的变化,有助于确定合适的发酵时间,避免发酵时间过短或过长导致味道寡淡,或单种物质含量过高。选择发酵中期最适终点,能够保留一部分醇类、醛类和酮类并生成适量的酸类、萜烯类等,使茶汤风味更加丰富。

3 结 语

红茶菌作为一种近几年才开始工业化生产的发酵饮料,主要的研究集中在其功效评价、化学成分、菌种组成等方面。但各研究的菌种来源复杂,用于发酵红茶菌的茶叶种类多样,导致现有研究中红茶菌微生物组成及化学成分差异较大,难以形成衡量红茶菌品质的统一指标,其风味稳定性和食品安全性难以保障。

本文通过总结不同研究中分离自红茶菌的菌种及其在发酵食品中相关的风味物质,推测不同微生物可能对红茶菌风味的影响。对不同红茶菌样品中微生物种类与其发酵底物和采样地的对应关系进行初步分析,推测不同茶叶及其发酵程度能显著影响红茶菌微生物组成,且通过挖掘我国红茶菌中特有菌种,可开发具有我国特色的红茶菌产品。本文总结发现,非酿酒酵母可产生多种红茶菌中的风味物质。醋酸菌除影响酸度外,对其他挥发性芳香物质的产生也有促进作用。在红茶菌发酵过程中,复配使用多种非酿酒酵母可提高其风味的丰富程度。目前针对红茶菌中各菌种影响风味物质变化的研究还很欠缺,现有研究对红茶菌特色风味物质尚未有结论,各研究选取检测的风味物质种类存在较大差异。微生物组成对红茶菌风味的影响及机理仍有极大的研究空间。

本文对比了不同茶的红茶菌发酵过程中风味物质变化,发现总体变化趋势相近,醇类变化存在一定差异,或与茶底种类和发酵时间有关。红茶菌作为发酵茶饮料,需控制终产品的乙醇含量。根据本文总结的风味物质动态变化情况,可考虑在发酵中期乙醇含量降至限定值后停止发酵,从而保留一定的醇、醛和酮类,与产生的酯类、酸类共同形成红茶菌丰富的香味。相同红茶菌菌种发酵不同茶叶时风味物质的动态变化差异及其原因仍缺少系统性的研究分析,部分物质变化分析中未鉴定所用菌种。因不同茶叶所含初始风味物质及不同菌种代谢途径的区别,系统研究微生物与红茶菌中风味物质变化关系对调整优化红茶菌饮料配方非常重要。

相关链接:热带醋酸杆菌内氏乳杆菌风味物质乙酸酿酒酵母发酵醋酸菌微生物乙醇北纳生物

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