有機酸的變化及代謝機制

有機酸是一種重要的酸性水溶性化合物，含有一個或多個羧基以及酮基和羥基等其他基團。作為食品的重要成分，有機酸對食品的香氣和滋味有很大影響。有機酸約占茶葉干物質(zhì)的3%，茶葉中的主要有機酸包括苯甲酸、水楊酸和肉桂酸等芳香酸，以及草酸、蘋果酸和檸檬酸等脂肪酸。有機酸對茶葉的健康功效和風(fēng)味具有重要作用。沒食子酸作為茶葉中一種重要有機酸，具有抗氧化、抗炎和抗癌等多種保健功效。因此，研究有機酸在茶葉加工過程中的變化和代謝具有重要的科學(xué)意義和商業(yè)價值。

2024年6月，云南下關(guān)沱茶（集團）股份有限公司與云南農(nóng)業(yè)大學(xué)在LWT上發(fā)表Changesandmetabolicmechanismsoforganicacidsinthefermentationofpu-erhtea—普洱茶發(fā)酵過程中有機酸的變化及代謝機制論文，系統(tǒng)地揭示了普洱茶微生物發(fā)酵過程中與特征成分尤其是有機酸變化相關(guān)的微生物功能基因。這些研究為普洱熟茶的發(fā)酵機制提供了新的見解。

團隊在公司董事長褚九云、首席科學(xué)家趙明教授的帶領(lǐng)下，收集了下關(guān)沱茶的發(fā)酵階段樣，通過感官評價、高效液相色譜法（HPLC）、高效陰離子交換色譜法（HPAEC）和超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法（UHPLC-MS/MS）研究了普洱茶的感官特征和化合物（尤其是有機酸）的變化。此外，還通過分析宏基因組數(shù)據(jù)，研究了參與有機酸代謝的功能微生物及其編碼酶的基因。這些結(jié)果有助于我們深入了解普洱茶的發(fā)酵代謝，尤其是有機酸的代謝。

本研究對普洱茶進行了工業(yè)發(fā)酵，并測定了包括26種有機酸在內(nèi)的74種成分的變化。研究結(jié)果表明，發(fā)酵后，20種成分的含量下降（VIP>1.0；P<0.05，F(xiàn)C<0.67），同時，13種化合物的含量上升（VIP>1，P<0.05，F(xiàn)C>1.5）。這些變化導(dǎo)致茶湯色澤紅褐、滋味醇厚、香氣陳香。推測曲霉、Pigmentiphaga、Agrobacterium和Rasamsonia的單寧酶、鞣酸酶和酪氨酸酶催化了茶多酚的水解和氧化，導(dǎo)致沒食子兒茶素減少，沒食子酸和茶褐素增加。有機酸代謝途徑由苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的生物合成（ko00400）、檸檬酸循環(huán)（ko00020）和C5-支鏈二元酸代謝（ko00660）組成，主要由Pantoea,Staphylococcus,andRasamsonia的26種酶催化。綜上所述，系統(tǒng)地揭示了普洱茶微生物發(fā)酵過程中與特征成分尤其是有機酸變化相關(guān)的微生物功能基因。這些研究為熟普洱茶的發(fā)酵機制提供了新的見解。

圖1.普洱茶發(fā)酵過程中茶樣感官特征的變化

圖2.發(fā)酵過程中茶葉中48種特征化合物的含量變化。*表示差異顯著（A），26種有機酸的含量變化。*表示差異顯著（P<0.05）（B）

圖3.發(fā)酵后化學(xué)成分變化的多元統(tǒng)計分析。化學(xué)成分的PCA（A）、所有33種有不同變化的代謝物的變化和分類（B）以及參與多酚代謝的微生物功能基因（C）

圖4.差異變化有機酸的KEGG通路分析。KEGG功能通路統(tǒng)計圖（A）和KEGG通路富集分析（B）

圖5.與普洱茶發(fā)酵過程中有機酸差異變化相關(guān)的功能微生物及其酶譜圖(A)和基于KEGG數(shù)據(jù)庫的與普洱茶中有機酸差異變化形成相關(guān)的微生物代謝網(wǎng)絡(luò)(B)。注：橫坐標代表所選微生物屬，縱坐標代表相應(yīng)的酶編號（EC編號）。氣泡的顏色表示不同的發(fā)酵時間，氣泡的大小與相關(guān)酶編碼基因的相對豐度相對應(yīng)。