茶叶干燥工序为六大类茶共有，普通工夫红茶加工过程中采用的高温干燥目的是终止酶活性停止发酵，该过程伴随着芳香物质的转化、生成与损失，氨基酸与糖类经过美拉德反应，产生大量的吡咯类、呋喃类、吡嗪类化合物等物质，从而形成烘干红茶的香气特征。真空冷冻干燥是将物料冻结到共晶温度以下，在真空条件下通过升华去除物料中水分的方法，能很大程度保留物料中的生物活性物质，且冻干后呈现多孔海绵状结构，入冷水后也能迅速恢复原形[1-2]。近年来，冷冻干燥技术在茶叶领域也逐渐兴起，主要应用于速溶茶粉、花茶、绿茶及乌龙茶的加工中，郭莹等[3]通过对比风味差异研究出了一种冻干鹧鸪茶粉，粉体无粘壁、起泡现象，复水后风味接近原茶；黄艳等[4]研究表明冷冻干燥可完整保留茶花的外形和香气(带青气)，相比较热处理方式，真空冷冻干燥是保持茶树花中表没食子基儿茶素没食子酸酯(epigallocatechin gallate，EGCG)等酯型儿茶素和表没食子儿茶素(epigallocatechin, EGC)等非酯型儿茶素的最有效方法；刘秋彬等[5]、许振松等[6]通过对比不同干燥方式的乌龙茶后发现，冻干乌龙茶香气馥郁清高，具备自然花果香，是一种独特的乌龙茶风格；胡绍德等[7]研究发现杀青后直接冻干的绿茶香气最佳，清香且鲜爽。
香气是评价茶叶品质的关键因子之一，研究中常以某种香气成分占总香气物质的含量(%)来作为判断风味的指标，但大量研究[8-10]表明每种香气成分的感官察觉阈值不一样，香气成分占比并不能直接表征风味贡献程度，所以依据气味活度值(odor activity value, OAV)法作为判断风味的标准更为科学。该方法在食品领域较为常见[10-15]，在茶叶评价中也有少量运用，张铭铭等[16]研究了3种典型栗香型绿茶的香气活度值，筛选出己醛、1-辛烯-3-酮、β-紫罗兰酮等12种关键香气组分，并通过香气重组实验验证了结果可靠；尹鹏等[17]研究表明信阳红茶气味活度值>10的香气成分为β-大马烯酮、β-紫罗酮、香叶醇、癸醛、苯乙醛、反-氧化芳樟醇和壬醛, 对红茶香气贡献较大。桂热2号茶树品种是从凌云群体种中通过系统选育法选育出的优良品种，大叶种，叶片肥壮且茶毫特多，适合制作红茶。冷冻干燥技术可有效保留红茶原始风味及营养物质，提高茶叶品质和贮存时间。基于此，本试验结合感官评价法和OAV，对南亚热带茶树大叶种桂热2号开展红茶冷冻干燥加工技术研究，找出桂热2号冷冻干燥红茶的最佳工艺条件，为其他冻干茶类的开发提供数据参考。
1 材料与方法
1.1 试验材料
试验材料取自广西南亚热带农业科学研究所无公害茶园的桂热2号茶树鲜叶(晴天采摘，取一芽一叶)。试验区地处南亚热带季风气候区，位于北回归线以南，北纬22 °左右，海拔100 m以上，全年平均温度21.0～22.2 ℃，年无霜期约350 d，土壤pH值5.5～6.5。制茶试验于2018年4月在广西南亚所茶叶加工研究中心进行，冷冻干燥试验于广西南亚所农产品检测中心进行，内含物检测送样中国农业科学院茶叶研究所实验室进行。
1.2 试验设备
6CWD-6型茶叶萎凋槽，南宁市创宇茶叶机械有限公司；6CR-25型揉捻机，浙江武义增荣食品机械有限公司；YX-6CFJ-10B型全自动红茶发酵机，福建安溪永兴茶叶机械厂；超低温冰箱，青岛海尔特种电器有限公司；ZDG-10真空冷冻干燥机，广东永利机械设备有限公司；6CTH型烘干机，浙江上洋机械有限公司；FK-10A茶叶水分测定仪，厦门市弗布斯检测设备有限公司；茶叶标准审评用具；固相微萃取(solid-phase microextration,SPME)手动进样手柄、DVB/CAR/PDMS(dibinylbenzene/carboxen/polydimethylsiloxane)固相微萃取头(50/30 μm)，美国Supelco公司；7890A-5975C型气相-质谱联用仪，美国Agilent公司；UITIMATE3000高效液相色谱仪，美国Thermo公司；CLEVERCHEM Anna全自动间断化学分析仪，德国DeChem-Tech公司。
1.3 试验方法
1.3.1 热风干燥处理
选择无病虫害桂热2号鲜叶一芽一叶，薄摊于萎凋槽内(温度设置30 ℃，空气湿度65%)萎凋10 h；采用空揉-轻揉-重揉-轻揉-空揉的顺序，揉捻时间各10 min，细胞破损率达70%～80%，以捏揉略有茶汁挤出且黏手，松手后茶叶不散为宜；将揉捻叶投入发酵机内(温度设置30 ℃，空气湿度90%)发酵4 h，中途翻动3次；常温理条温度25 ℃，理条20 min，达到条索竖直为宜；理条叶取出备用。
将理条叶平摊至烘干架上，摊叶厚度0.2～0.8 cm，放入烘干机内，温度65～75 ℃，烘干时间3 h，取出样品设为HD1；再取HD1放入提香机温度100 ℃，时间15 min，取出样品设为HD2。
1.3.2 冷冻干燥处理
将理条叶放入超低温冰箱预冷冻8 h冻实，取出放入真空冷冻干燥机，冻干处理见表1，冻干叶设为FL1-8，将冻干叶放入提香机中100 ℃提香15 min，取出样品设为FD1-8。
表1 冷冻干燥试验
Table 1 Freeze drying experiment
处理主冻干真空度/Pa主冻干时间/h后冻干真空度/Pa后冻干时间/hFL18010--FL2510--FL355--FL480753FL580357FL68010510FL7805--FL88020--
注：“-”代表不进行该阶段；冻干过程中真空度0.8 Pa对应冷井温度约-22 ℃，真空度5 Pa对应冷井温度约-38 ℃
1.3.3 内含物检测
制备茶叶样品和测定其干物质含量的方法参照GB/T 8303—2013《茶 磨碎试样的制备及其干物质含量测定》进行；水浸出物含量测定参照 GB/T 8305—2013《茶 水浸出物测定》进行；茶多酚总量、咖啡碱、儿茶素组分测定参照 ISO 14502—1/2-2005《绿茶和红茶的物质特性测定》进行；游离氨基酸总量检测参照GB/T 8314—2013《茶游离氨基酸总量的测定》进行。
1.3.4 SPME
采用SPME方法提取茶叶香气物质，根据GB/T 8303—2013《茶磨碎试样的制备及其干物质含量测定》中的紧压茶试样制备法，取出粉末茶样，混匀、磨碎，然后称取1 g茶样放入萃取瓶中，萃取温度120 ℃，保温20 min，吸附时间3 min。
1.3.5 GC-MS条件
色谱条件：Agilent色谱柱(60 m×250 μm×0.25 μm)；进样口温度270 ℃；升温程序：40 ℃(保持5 min)，以15 ℃/min升温至280 ℃(保持5 min)，以15 ℃/min升温至305 ℃(保持5 min)；分流比10∶1，流速2.0 mL/min。质谱条件：SCAN扫描范围：29～550 m/z。
1.4 数据获取
由GC-MS分析得到的质谱数据经计算机在NIST标准谱库的检索，筛选匹配度>80的化合物成分，并依据相关资料对各峰加以确认，排除柱流失等干扰化合物，鉴定样品中的挥发性香气成分，分析各组成分相对含量。感官审评参照GB/T 23776—2018《茶叶感官审评方法》，邀请5名具备专业资格的评茶员对茶样进行密码审评。
1.5 气味活度值评价
采用OAV[18]对各香气成分的风味贡献度进行评价，计算如公式(1)所示：
OAV=(C/T)/1 000
(1)
式中：C为香气成分的百分含量；T为感觉阈值，单位mg/kg。
当OAV>1时，定义为关键风味成分，该香气成分对总体风味有直接影响；当0.1
2 结果与分析
2.1 冷冻干燥条件对红茶品质的影响
茶样感官审评结果见表2。FD1-8八个处理中，FD1、FD3、FD7茶叶含水率>7%，未满足成品红茶的基本要求，说明桂热2号大叶红茶冻干过程需至少10 h，其原因是红茶理条叶未经杀青失水，含水量较大，所以冻干耗时会比绿茶、乌龙茶长。FD4、FD5、FD6在冻干组的茶样感官审评综合得分较高，且各项感官因子未见明显差别，其外形较鲜活显毫，汤色金黄明亮，香气纯正甜香稍带青味，滋味醇和回甘鲜爽，叶底肥嫩红明亮。FD4、FD5比FD6耗时短，FD4比FD5电力耗能少，综合评价冷冻干燥工艺FD4为最优。
表2 感官审评结果
Table 2 The result of sensory quality evaluation
样品外形(25分)汤色(10分)香气(25分)滋味(30分)叶底(10分)总分(100分)排名含水率/%FD1-------11FD2鲜活显毫22.3±0.6黄明亮8.8±0.1纯正,稍带青味21.0±0.6醇和回甘,鲜爽27.0±0.2柔软,红明亮9.0±0.288.1±1.574FD3-------15FD4鲜活显毫22.7±0.3金黄明亮9.1±0.1纯正甜香,稍带青味22.0±0.2醇和回甘,鲜爽27.5±0.3柔软,红明亮9.0±0.190.3±1.036FD5鲜活显毫22.8±0.3金黄明亮9.1±0.1纯正甜香,稍带青味22.0±0.4醇和回甘,鲜爽27.7±0.4柔软,红明亮9.1±0.190.6±1.224FD6鲜活显毫22.7±0.4金黄明亮9.1±0.1纯正甜香,稍带青味21.6±0.7醇和回甘,鲜爽27.1±0.5柔软,红明亮9.2±0.189.6±1.854FD7-------16FD8鲜活显毫22.5±0.6金黄明亮9.1±0.1纯甜,稍带青味21.2±0.4醇和回甘,鲜爽27.1±0.3柔软,红明亮9.0±0.188.9±1.565HD1紧结,显毫22.1±0.3橙红尚明亮9.0±0.1甜果香,带青味22.2±0.5醇厚甘甜27.8±0.5尚柔软8.7±0.389.7±1.646HD2紧结,显毫22.4±0.4橙红尚明亮9.1±0.1浓甜,果香22.8±0.2醇厚甘甜27.8±0.5尚柔软8.8±0.190.7±1.215
注：“-”表示未进行感官审评
比较冷冻干燥(FD4)与热风干燥(HD1、HD2)处理的感官评价。热风干燥的香气较冷冻干燥好，表现为浓甜的果香；FD4紧结程度较DH2低，但颜色更为鲜活。另外，FD4的叶形比HD1、HD2肥厚，手碾易成粉末状。对茶叶投入26 ℃常温水后的舒展时间进行了比较，FD4进入常温水后很快能舒展开，3 min内即可泡出茶汁，而HD1-2冲入常温水后需要接近8 min才能泡出明显茶汁，这是冷冻干燥使得红茶呈现多孔的海绵结构造成的。
2.2 干燥方式对香气成分的影响
选取4组处理样进行香气比较，FL4为冷冻干燥样，FD4为冷冻干燥+提香样，HD1为热风烘干样，HD2为热风烘干+提香样，除了干燥和提香方式不同，其他处理均相同。通过NIST标准谱库对GC-MS检测结果进行检索，用峰面积归一法对各组成分相对含量进行确定，对匹配度SI<80的成分进行剔除，结果见表3。茶样共鉴定出37种香气物质，可鉴定峰面积占比为89.67%(FL4)、96.20%(FD4)、92.75%(HD1)、87.80%(HD2)。其中醇类物质18种，占总峰面积的29.00%(FL4)、34.90%(FD4)、38.89%(HD1)、31.15%(HD2)，主要醇类物质(平均峰面积>1%)为：甲醇、苯甲醇、芳樟醇、苯乙醇、橙花叔醇等;醛类物质5种，占总峰面积的4.84%(FL4)、6.73%(FD4)、7.12%(HD1)、6.95%(HD2)，主要醛类物质为：2-甲基丁醛、苯乙醛;酮类物质2种;酯类物质2种，主要为水杨酸甲酯;酸类物质1种，冰醋酸;碳氢化合物5种，占总峰的0.86%(FL4)、0.16%(FD4)、0.41%(HD1)、0.35%(HD2);其他类4种，占总峰的59.40%(FL4)、41.93%(FD4)、37.93%(HD1)、38.54%(HD2)，主要为二甲基硫和咖啡因。
表3 红茶香气成分及相对含量
Table 3 Aroma compounds and relative content of black tea
编号物质阈值[20-21]/(mg·kg-1)FL4/%FD4/%HD1/%HD2/%醇类1甲醇400.93±0.25b3.41±0.39a4.91±1.16a4.53±0.57a2顺-2-戊烯醇0.150.23±0.04bc0.63±0.08a0.11±0.02c0.34±0.08b3反式-2-己烯-1-醇20.26±0.06bc0.49±0.20ab0c0.62±0.04a4顺-2-已烯-1-醇80a0.17±0.24a0.21±0.07a0.27±0.01a5叶醇0.20.07±0.10a0a0.07±0.10a0a62-庚醇0.60.25±0.06a0.10±0.06a0.12±0.17a0a7苯甲醇5.52.25±0.22c5.74±0.48a2.71±0.51c4.34±0.26b8顺-α,α-5-三甲基-5-乙烯基四氢化呋喃-2-甲醇-0.48±0.04b0.78±0.07a0.59±0.10b0c9芳樟醇0.001 59.30±0.53ab9.03±1.30ab9.14±1.87a5.73±0.01b10二氢芳樟醇-0a0a0.23±0.32a0a11苯乙醇0.0450.94±0.04b10.70±0.74a13.43±5.34a9.76±0.17a122,2,6-三甲基-6-乙烯基四氢-2H-呋喃-3-醇-0.17±0.14c1.01±0.02a0.09±0.03c0.54±0.03b13橙花醇0.50.06±0.09b0.37±0.21b0.19±0.06b3.89±0.88a14香叶醇0.007 51.59±0.14a0b1.90±0.53a0b15橙花叔醇102.51±0.15a1.48±0.21b1.28±0.17b0.67±0.18c16里哪醇40.81±1.15a0a0.49±0.69a0a17叶绿醇0.90.11±0.15c0.42±0.09b0.73±0.00a0.22±0.02bc18植物醇3700.58±0.17b0.57±0.08b2.69±0.27a0.24±0.06b醛类19异丁醛0.0010.79±0.10b0.54±0.07b1.40±0.37a0.39±0.04b20异戊醛0.25 0.89±0.07ab0.88±0.04ab0.98±0.10a0.77±0.07b212-甲基丁醛0.0021.88±0.32b1.13±0.15b3.37±0.82a0.88±0.03b22苯甲醛0.10.33±0.10b2.16±0.50a0.27±0.05b2.15±0.52a23苯乙醛0.0050.95±0.07c2.02±0.18b1.10±0.37c2.76±0.31a酮类24丙酮500b0b0.46±0.16a0b25茉莉酮0.70a0.06±0.09a0a0.06±0.08a酯类26水杨酸甲酯0.066.03±0.35b10.81±0.75a6.16±1.36b6.88±0.04b27棕榈酸甲酯4 0000b0b0.31±0.07a0b酸类28冰醋酸500b1.61±0.06ab1.47±2.07ab3.87±0.17a碳氢化合物29(E)-Β-罗勒烯0.0340a0a0a0.11±0.15a30正十九烷-0.33±0.03a0b0b0b312,6,10-三甲基十二烷-0.28±0.13a0a0.13±0.18a0.08±0.11a325-三甲基十四烷-0a0a0.10±0.15a0a332,6,11-三甲基十二烷-0.25±0.20a0.16±0.23a0.18±0.29a0.16±0.01a其他类34二甲基硫0.0121.64±0.11a2.23±0.12a1.65±0.79a2.01±0.50a352-乙酰基吡咯1000.09±0.12a0.65±0.17ab0.57±0.19bc0.88±0.09a362,3-二氢苯并呋喃-0b0.24±0.12b0b0.55±0.14a37咖啡因17757.67±2.80a38.81±0.48b35.71±1.93b35.10±0.17b
注：各成分相对含量以
表示，使用SPSS 19.0单因素ANOVA比较均值，同一行差异显著性以小写字母表示，显著性水平P<0.05(下同)；“-”代表该成分察觉阈值未有相关文献报道
2.3 OAV评价
香气成分对整体香味的贡献度主要取决于其含量和阈值，可由OAV进行表征。4个茶样香气成分在水中的OAV值如表4所示。4种茶样对整体风味有影响的组分(OAV>0.1)较为相似，以醇类和醛类为主，关键风味组分(OAV>1)中芳樟醇最为突出，芳樟醇具有浓青带甜的木青气息，构成了茶叶香气的骨架，FL4、FD4、HD1中芳樟醇的OAV值较高，分别达到6.20、6.02、6.09，这与感官审评中香气稍带有青味的特质相吻合，HD2经过了烘干+提香工艺，芳樟醇OAV值3.82为最低，表明长时间高温处理会使得芳樟醇气味活度值下降，青草气减退，总体香气表现较好。竹尾中一等[22]将我国的红茶按香气特征分为3类，一类是芳樟醇占主导，如滇红；一类是香叶醇占主导，如祁红；一类是中间型。本研究的试制品种桂热2号是从凌云群体种选育而来，亲源上与云南(滇)大叶种相近，这与桂热2号红茶以芳樟醇为关键风味产物的结果吻合。
表4 红茶气味活度值分析
Table 4 Analysis of odor activity value of black tea
风味物质OAVFL4FD4HD1HD2芳樟醇6.26.026.093.822-甲基丁醛0.940.571.690.44异丁醛0.790.541.40.39香叶醇0.2100.250苯乙醇0.210.240.30.22苯乙醛0.190.40.220.55二甲基硫0.140.190.140.17水杨酸甲酯0.10.180.10.11
4个茶样的修饰性风味产物(0.1
2.4 冷冻干燥对茶叶内含物的影响
3种干燥工艺的下的茶叶4种常规内含物具体含量见表5。FD4水浸出物(44.13%)显著高于HD1和DH2，因为经过冷冻干燥处理的红茶内外形成了海绵状的多孔结构，复水性强，通过冲泡易于将内含物融入茶汤。FD4茶多酚含量(18.7%)显著高于HD1和HD2，这证明了冷冻干燥工艺能最好地保留茶叶中的代谢产物，烘干处理虽然能通过高温钝化多酚氧化酶活性，但烘干处理的升温过程会促进部分茶多酚的氧化而使得茶多酚减少，而超低温冷冻却可以快速降低茶多酚的氧化速度，所以冷冻干燥处理的茶叶茶多酚含量显著高于烘干处理。HD2咖啡碱含量(4.73%)显著低于FD4和HD1，65 ℃烘干且100 ℃提香的综合处理使得咖啡碱有了明显的降低。3个干燥处理游离氨基酸总量无显著差异，但具体氨基酸组成的差异情况还需要进一步研究，如李赟等[24]研究表明，金萱红茶粉经冷冻干燥处理的γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid，GABA)含量损失率(10.00%)比喷雾干燥处理的GABA损失率(21.48%)低，因此指出，冷冻干燥技术为适合红茶粉的最佳干燥工艺。
表5 主要内含物含量 单位：%
Table 5 Contents of tea constitutes
干燥工艺水浸出物茶多酚咖啡碱游离氨基酸冷冻干燥+提香(FD4)44.13±2.18a18.70±1.32a5.20±0a3.37±1.12a烘干(HD1)40.23±1.18b16.00±0.70b5.17±0.06a3.33±1.15a烘干+提香(HD2)40.73±1.50b16.47±0.83b4.73±0.15b3.23±0.06a
4个红茶样品儿茶素及其代谢产物含量见表6。茶样所检出的5种儿茶素中最高为表儿茶素没食子酸酯，儿茶素总量FL4显著大于FD4、HD1、HD2，而茶红素HD1>HD2>FD4>FL4，没食子酸总量HD2>HD1>FD4>FL4，说明冷冻干燥可以保留红茶中的儿茶素，加温使得儿茶素总量减少，在儿茶素的分解过程中生成了茶红素及酚酸类化合产物没食子酸。冷冻干燥处理(FL4)的EGCG、表儿茶素、ECG都显著高于其他加热处理组(FD4、HD1、HD2)，说明EGCG、表儿茶素和表儿茶素没食子酸酯对热比较敏感，65 ℃以上即可大量分解转化。HD1的EGCG显著低于FD4和HD2，说明100 ℃ 的提香可以加速EGCG的分解与转化。综上所述，冷冻干燥处理很大程度保留红茶中的儿茶素，65 ℃加温可使EGCG、表儿茶素、表儿茶素没食子酸酯显著降低，100 ℃提香可以使EGCG显著降低，冷冻干燥是有效防止红茶中儿茶素降解、转化的途径之一。马梦君等[25]所在实验室研究表明，可通过真空冷冻干燥工艺提高工夫红茶的茶黄素含量和改善风味；而刘素强等[26]研究表明红茶在70 ℃ 烘焙100 ℃提香后茶黄素变化不显著、TR含量显著提升，与本研究的结果相似。
表6 儿茶素及其代谢产物含量 单位：%
Table 6 Contents of catechin and its metabolites
物质FL4FD4HD1HD2表没食子儿茶素0000儿茶素0.140.10.150.13表没食子基儿茶素没食子酸酯1.260.340.970.23表儿茶素0.210.120.120.16表儿茶素没食子酸酯2.091.130.970.88儿茶素总量3.701.691.481.4没食子酸0.150.220.280.32茶黄素0.40.50.50.4茶红素5.36.476.6
3 结论
本研究茶样共鉴定出37种香气成分，以醇类和其他类占比较高，通过OAV法计算结果表明冷冻干燥红茶的关键风味产物为芳樟醇(浓青带甜)，修饰性风味产物有2-甲基丁醛、异丁醛、香叶醇、苯乙醛、二甲基硫、水杨酸甲酯，而烘干红茶的关键风味产物为芳樟醇、2-甲基丁醛(似麦芽发酵香韵)、异丁醛(淡糖香)，修饰性风味产物有香叶醇、苯乙醛、二甲基硫、水杨酸甲酯，风味产物的差异造成了红茶香气感官的区别。由于冷冻干燥红茶未经高温处理，低沸点的挥发性物质无法被挥发或转化，感官上带有较浓的青草气息，而后期运用100 ℃提香可以在保留红茶外形和内含物的基础上有效降低青草气息，产生甜果香风味，香气品质有所提高，嗅觉上更接近于热风烘干红茶。研究表明冷冻干燥技术可有效保留红茶内的水浸出物、茶多酚及儿茶素，且茶叶外形美观，复水性强，容易冲泡出茶汁。综合评价桂热2号冷冻干燥红茶的最佳干燥参数为：主冻干7 h真空度80 Pa，后冻干3 h真空度5 Pa，提香15 min温度100 ℃。
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