湄潭翠芽是以产于湄潭县境内及与湄潭县环境相似的周边地域的适制绿茶的中小叶茶树品种的鲜叶为原料按DB52/T1002规定加工而成，具有“嫩、鲜、香、浓、醇”品质特征的扁形绿茶(DB52/T 478—2018《湄潭翠芽茶》)，含有较高的茶多酚、咖啡碱、游离氨基酸等成分[1-2]，是我国扁形名优绿茶的典型代表，也是农业部地理标志保护农产品“贵州绿茶”的重要标志性产品之一。

游离氨基酸(free amino acid，FAA)可呈现酸、甜、苦、咸、鲜等多种味道，是影响食品风味的重要因素[3]，其含量和成分也是评价食品营养的关键指标[4-5]。游离氨基酸是茶叶重要的品质成分。不同茶类中游离氨基酸含量及构成差异较大。白茶游离氨基酸总量明显高于其他茶类[6]，茶氨酸(theanine，Thea)、天冬氨酸(aspartic acid，Asp)、天冬酰胺(asparagine，Asn)和谷氨酸(glutamic acid，Glu)被认为是其主要的鲜味贡献氨基酸[7]；黑茶的游离氨基酸含量较低[6,8]，且苦味氨基酸(bitter amino acid，BAA)的比例较高[9]；而红茶中甜味氨基酸(sweet amino acid，SAA)的含量较为突出[6,9]。蒙顶甘露[10]、南京雨花茶[11]、信阳毛尖[12]等绿茶茶汤鲜爽、香气高鲜的品质特征与其富含游离氨基酸，且Thea、Glu等鲜味氨基酸(umami amino acid，UAA)、甜味氨基酸及具有花香的氨基酸组分比例较高密不可分。湄潭翠芽富含游离氨基酸，其含量显著高于孝感龙剑茶、龙井茶、大方茶及竹叶青茶等其他扁形绿茶[2]。但目前还未见对湄潭翠芽中游离氨基酸组成的系统研究，对湄潭翠芽游离氨基酸的营养特性和呈味特点也不清楚，这影响了对湄潭翠芽品质的科学评价，不利于湄潭翠芽的标准化生产。

本研究通过检测不同湄潭翠芽中游离氨基酸组成和含量，并采用滋味活性值(taste activity value, TAV)、主成分分析和聚类分析对游离氨基酸指标进行综合评价，以期明确湄潭翠芽游离氨基酸的组成及含量差异，为揭示游离氨基酸对湄潭翠芽品质的贡献，稳定和提升湄潭翠芽品质提供理论依据；同时对量化“贵州绿茶”品质、促进贵州绿茶产业可持续发展也有积极作用。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

实验材料为来自不同企业的33份湄潭翠芽。生产企业为贵州省湄潭县境内获得地理保护标志产品“湄潭翠芽”授权使用单位，所取样品为企业2021年度春季生产的特级或一级产品(表1)。

H型氨基酸混合标准液，包含丙氨酸(Ala)、甘氨酸(Gly)、天冬氨酸(Asp)、精氨酸(Arg)、半胱氨酸(Cys)、谷氨酸(Glu)、组氨酸(His)、异亮氨酸(Ile)、赖氨酸(Lys)、亮氨酸(Leu)、甲硫氨酸(Met)、脯氨酸(Pro)、苯丙氨酸(Phe)、丝氨酸(Ser)、酪氨酸(Tyr)、苏氨酸(Thr)、缬氨酸(Val)17种氨基酸，日本和光试剂公司；茶氨酸标准品(Thea，≥99%)，上海源叶生物科技有限公司。

1.2 仪器与设备

Sykam S-433D全自动氨基酸分析仪、Sykam液相色谱仪系统S-504，德国赛卡姆公司；H1850R高速冷冻离心机，湖南湘仪仪器有限公司；Hitachi双光束分光光度计UH5300，日立(中国)有限公司；GV-30L超声振动仪，深圳市够威科技有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 样品制备方法

按照《GB/T 8303—2013茶 磨碎试样的制备及其干物质含量测定》将茶样磨碎后过40目筛后备用。

1.3.2 游离氨基酸总量的测定

采用《GB/T 8314—2013 茶 游离氨基酸总量的测定》的方法测定样品中游离氨基酸总量。

1.3.3 游离氨基酸组成和含量测定

准确称取1 g左右磨碎过筛茶样，加入50 mL 0.01 mol/L盐酸溶液超声浸提30 min；摇匀后过滤，准确吸取滤清于2 mL于离心管中，加入8%(体积分数)磺基水杨酸2 mL，混匀，静置15 min后于高速离心机10 000 r/min离心10 min；取上清液过0.22 μm滤膜于进样瓶后上氨基酸自动分析仪测试。

色谱条件：色谱柱LCA K07/Li，柱温38～74 ℃，梯度升温；流动相A：pH 2.9柠檬酸锂溶液，流动相B：pH 4.2柠檬酸锂溶液，流动相C：pH 8.0柠檬酸锂溶液；洗脱泵流速0.45 mL/min，衍生泵流速0.25 mL/min，进样体积50 μL，分离程序60 min。

1.3.4 茶氨酸含量测定

茶氨酸的测定参考《GB/T 23193—2017茶叶中茶氨酸的测定 高效液相色谱法》。

1.3.5 湄潭翠芽感官审评方法

组织9名具有高级评茶员资格的人员按照GB/T 23776—2018《茶叶感官审评方法》中绿茶审评方法进行湄潭翠芽感官审评，重点考察滋味指标，最终评分取平均值。

1.4 数据分析

1.4.1 数据统计

采用Excel 2019软件对数据进行统计整理。

1.4.2 游离氨基酸分类

按照《GB/T 32687—2016氨基酸分类导则》中氨基酸营养学分类标准将氨基酸分为必需氨基酸(essential amino acid, EAA)、半必需氨基酸(儿童必需氨基酸、child essential amino acid, CEAA)和非必需氨基酸(non essential amino acid, NEAA)。因Thea在结构上与Glu接近，本研究中将其归于NEAA；同时参考文献[13]进行呈味氨基酸分类。

1.4.3 TAV分析

TAV为呈味物质含量值与呈味物质滋味阈值的比值。其值越大，表示该物质对滋味贡献越大；TAV>1时，表明该呈味物质对呈味有贡献，TAV<1，代表该氨基酸对呈味贡献不大[4]。各游离氨基酸滋味阈值参考文献[14]。

1.4.4 游离氨基酸的综合评价

采用SPSS 23.0软件进行游离氨基酸相关性分析和主成分分析；利用SPSS 23.0中系统聚类法对33份湄潭翠芽进行基于各游离氨基酸组分含量的聚类。

2 结果与分析

2.1 湄潭翠芽游离氨基酸总量

表2显示不同湄潭翠芽中游离氨基酸总量在36.933～59.201 mg/g，平均值为45.923 mg/g，变异系数为10.129%，处于低变异水平，表明供试湄潭翠芽之间游离氨基酸总量差异变化不大。有27份湄潭翠芽游离氨基酸总量在40～50 mg/g，占总量的81.82%；CY13、CY21及CY11 3份茶样游离氨基酸总量低于40 mg/g；而CY29、CY30和CY26 3份茶样游离氨基酸总量高于50 mg/g，尤其是CY26，其含量达到了59.201 mg/g，为所有茶样中的最高值。

2.2 不同湄潭翠芽游离氨基酸的组成与含量

本研究共检测了湄潭翠芽中18种游离氨基酸，包括17种蛋白质氨基酸和1种非蛋白氨基酸——Thea(表3)。各种氨基酸的含量均值排序为：Thea>Glu>Arg>Asp>Ser>Lys>Ala>Phe>Thr>His>Leu>Val>Ile>Gly>Tyr>Met>Cys。Thea、Glu及Asp 3种氨基酸是湄潭翠芽中最主要的游离氨基酸，其含量分别占游离氨基酸总量的均值的56.07%、10.61%和4.36%。而Cys和Met是湄潭翠芽中含量最少的2种游离氨基酸。

不同湄潭翠芽中18种游离氨基酸含量的变异系数在15.45%～134.31%，均值为44.04%。其中Gly、Thea、Glu、Asp、Ser、Thr、His及Ala 8种氨基酸其变异系数在15.45%～29.23%，属于中度变异；而余下的10种氨基酸在不同茶样间的变异系数在41.20%～134.31%，属于高度变异，表明这10种氨基酸在不同湄潭翠芽之间的差异更加明显；尤其是Met，其变异系数达到了134.31%，为所有氨基酸中最大。

18种游离氨基酸中含Lys、Phe、Met、Thr、Val、Ile、Leu 7种EAA，His、Arg 2种CEAA及Asp、Ser、Glu、Gly、Ala、Cys、Tyr、Pro、Thea 9种NEAA。湄潭翠芽中的游离氨基酸以NEAA为主，其含量在20.949～40.351 mg/g，均值为27.789 mg/g，占游离氨基酸总量的均值为60.40%；其次为CEAA，含量在0.804～7.676 mg/g，均值为2.682 mg/g，占游离氨基酸总量均值为5.71%；而EAA含量最低，仅占游离氨基酸总量的4.93%。

2.3 不同湄潭翠芽呈味氨基酸分析

根据不同氨基酸的呈味特性，可将检测到的湄潭翠芽中18种游离氨基酸分为甜味氨基酸(包含Thr、Ser、Ala、Met、Cys、Pro及Gly 7种)、苦味氨基酸(含Ile、Leu、Val、His、Arg、Lys、Tyr及Phe 8种)、鲜味氨基酸(包括Asp、Glu、Thea 3种)(表4)。不同湄潭翠芽中，鲜味氨基酸含量在19.003～37.639 mg/g，占到呈味氨基酸总量的71.37%～85.46%，表明湄潭翠芽中呈味氨基酸以鲜味氨基酸为主，3种鲜味氨基酸均值大小为Thea>Glu>Asp。其次是苦味氨基酸，含量在2.398～9.771 mg/g，占呈味氨基酸总量的8.97%～20.07%。甜味氨基酸的含量最低，仅占到呈味氨基酸总量的5.32%～9.31%，其均值大小为Ser>Ala>Thr>Pro>Gly>Met>Cys。鲜味氨基酸在不同湄潭翠芽间的变异系数为14.72%，属于低变异，表明茶样间鲜味氨基酸差异不明显；而甜味氨基酸和苦味氨基酸的变异系数分别为18.08%和29.38%，均达到中等变异，说明这两类氨基酸在茶样间差异较明显。不同湄潭翠芽呈味氨基酸的组成模式相似(图1)。33份茶样中，CY26的呈味氨基酸含量明显高于其他茶样，而CY4呈味雷达图轮廓最靠近内侧，其呈味氨基酸含量最低。

2.4 不同湄潭翠芽游离氨基酸TAV分析

不同湄潭翠芽中18种呈味氨基酸的TAV存在较大差异(表5)。Thr、Ser、Pro、Gly、Ile、Leu、Val及Tyr 8种呈味氨基酸的TAV在所有茶样中均小于1，表明这些氨基酸对湄潭翠芽的滋味没有贡献。Met和Phe的TAV都分别只有1份材料大于1，即CY12和CY4；Ala的TAV除在CY12、CY17、CY24、CY26、CY30 5份茶样中大于1外，在其余茶样中均小于1；有10份茶样中Cys的TAV<1；Lys的TAV在14份茶样中大于1，在19份茶样中小于1。可见，即使同一种呈味氨基酸，在不同的茶样中对滋味的贡献也不尽相同。所有茶样中TAV均大于1的氨基酸有His、Arg、Asp、Glu和Thea 5种，表明这些呈味氨基酸对所有供试湄潭翠芽的滋味均有贡献。尤其鲜味氨基酸中的Thea，TAV均值为315.61，是湄潭翠芽滋味的主要影响因子。

2.5 不同湄潭翠芽游离氨基酸与感官滋味的相关分析

供试湄潭翠芽除少部分在滋味上带有“青”、“苦”、“高火”等异常外，其余在滋味上呈现出不同程度的“鲜”、“醇”(表6)。CY6、CY16、CY18、CY24、CY26、CY31、CY32等茶样“鲜醇、鲜爽”的滋味特征尤为突出，其中CY24滋味上还有“醇厚”感，滋味评分最高。湄潭翠芽感官滋味评分与游离氨基酸总量、鲜味氨基酸含量及His、Arg、Glu、Thea 4种呈味氨基酸的含量达到了显著正相关(表7)。表明丰富的游离氨基酸、尤其是鲜味氨基酸Glu、Thea是构成湄潭翠芽“鲜醇”滋味的重要成分。

2.6 不同湄潭翠芽游离氨基酸相关性分析

33份湄潭翠芽茶样中18种游离氨基酸之间表现出一定的相关性(图2)。Cys、Thr、Ile、Tyr、Phe、Pro、Val、Lys、Leu之间，Gly、Ser、His、Arg、Thea、Glu、Ala之间均有互为正相关的关系，且相关系数较高。Cys、Thr、Ile、Tyr、Phe、Pro、Val、Lys、Leu与Asp、Gly、Ser、His、Arg、Thea、Glu、Ala之间表现为负相关，尤其2种鲜味氨基酸(Glu、Thea)与5种苦味氨基酸(Tyr、Phe、Val、Lys、Leu)的相关性达到了显著或极显著水平。大多数氨基酸之间的相关系数绝对值大于0.3，表明相关性较强，可通过主成分分析对湄潭翠芽游离氨基酸进行综合评价。

2.7 不同湄潭翠芽游离氨基酸的主成分分析

对33份湄潭翠芽的18种游离氨基酸进行主成分分析，以特征值>1进行提取。前3个主成分的累计方差贡献率已达到80.428%(表8)，说明这3个主成分可代表不同湄潭翠芽游离氨基酸的大部分信息。18种游离氨基酸在3个主成分上的载荷值和影响方向不同(表9)。第一主成分的方差贡献率为46.853%，为3个主成分中最大值，表明第一主成分对湄潭翠芽的游离氨基酸品质影响最大。Phe、Thr、Val、Ile、Leu、Cys、Tyr、Pro、Lys、Glu、Ala、Thea 12种氨基酸在第一主成分上具有较高的载荷，包含了绝大多数非必需氨基酸、苦味氨基酸和甜味氨基酸的信息；除Glu、Ala、Thea 3种氨基酸外，其余9种氨基酸的载荷值为正值，表明第一主成分值越大时，这些氨基酸的含量越高。第二主成分的方差贡献率为23.364%，其中具较高载荷且为正相关的氨基酸主要为His、Arg 2种苦味氨基酸及Ser、Gly 2种甜味氨基酸。第三主成分的的方差贡献率为10.211%，主要反映的是Met和Asp 2种氨基酸的信息。

2.8 不同湄潭翠芽游离氨基酸的综合评价

以上述3个主成分对应方差的相对贡献率作为权重，对各主成分得分进行加权求和，由评价函数F=0.583F1+0.291F2+0.127F3计算出不同湄潭翠芽的游离氨基酸综合得分(表10)。综合得分为正值表示茶样的游离氨基酸综合质量高于均值，其中Phe、Thr、Val、Ile、Leu、Cys、Tyr、Pro、Lys、His、Arg、Ser、Gly及Met 14种正向氨基酸的含量高于平均值，而Glu、Ala、Thea和Asp 4种负向氨基酸的含量低于平均值，其数值越大，表明与均值差异越大。33份湄潭翠芽茶样的综合得分在-2.15～3.62，其中有13份茶样综合评分为正值，表明这13份材料的游离氨基酸综合质量高于平均。CY16的综合得分为3.62，为所有茶样中最高，其游离氨基酸综合质量最好；而CY17的游离氨基酸质量最差，综合评分最低，仅为-2.15。

2.9 不同湄潭翠芽的聚类分析

将湄潭翠芽18种游离氨基酸数据标准化后，采用Ward法、区间选择欧式距离进行聚类分析。结果显示在欧式距离8.0处可将33份茶样分类三类(图3)。第Ⅰ类包含CY2、CY3、CY5、CY7、CY8、CY11、CY17、CY18、CY20、CY22、CY24、CY25、CY27、CY28、CY29、CY30、CY31、CY32、CY33共19份，其游离氨基酸综合值为-0.36～-2.15，均低于平均值；第Ⅱ类为CY26，F值为-0.06；第Ⅲ类由CY1、CY4、CY6、CY9、CY10、CY12、CY13、CY14、CY15、CY16、CY19、CY21及CY23共13份茶样组成，游离氨基酸综合值F在0.17～3.62，均大于平均值。3个类别在游离氨基酸总量的均值上表现为第Ⅱ类>第Ⅰ类>第Ⅲ类；结合主成分分析结果可知第Ⅱ类茶样中游离氨基酸的含量贡献主要是来自处于次要地位的主成分2上的氨基酸，而第Ⅲ类茶样中游离氨基酸含量主要来自处于主成分1上的关键氨基酸。在游离氨基酸的营养价值上，第Ⅲ类茶样具有最高的EAA含量，而CEAA和NEAA的含量较低；第Ⅱ类茶样CEAA含量极显著高于其他两类。3个类别在呈味氨基酸的含量上表现也有差异。第Ⅱ类的苦味氨基酸和鲜味氨基酸含量是所有茶样中最高；其甜味氨基酸含量也高于第 Ⅰ 类茶样，仅低于第Ⅲ类茶样中的CY12。第 Ⅰ 类茶样甜味氨基酸和苦味氨基酸含量均最低。

3 讨论与结论

游离氨基酸是决定茶叶品质的重要因素，其含量和组成影响着茶叶滋味和香气[15]，对茶叶新鲜度和醇厚度也有贡献[16]。本研究中，湄潭翠芽游离氨基酸均值为45.923 mg/g，与桂安辉等[2]、郭建军等[17]所测湄潭翠芽游离氨基酸含量有差异，其原因可能是茶青原料及加工参数不同所致。据报道，贵州绿茶游离氨基酸平均含量为5.61%，有75.89%的茶样氨基酸含量在4%～6%[18]。本研究中有30份(占比90.91%)湄潭翠芽游离氨基酸总量大于40 mg/g，表明湄潭翠芽属于贵州绿茶中高氨基酸型茶叶产品[19]。

湄潭翠芽中NEAA含量最高，其次为CEAA，EAA含量最低。尽管Thea不属于EAA，但其具有保护神经细胞、提高认知能力，调节情绪、安神助眠等功能[20]，是一种重要的功能性氨基酸。湄潭翠芽中含量较高且同属NEAA的Glu是重要的神经传递物质[21]，Asp能减少血液中的氮和二氧化碳含量，消除疲劳[22]。可见湄潭翠芽除可为人体提供少量EAA外，其游离氨基酸的营养价值主要是通过以Thea、Glu、Asp等为代表的NEAA来实现。

本研究中检测到湄潭翠芽中18种游离氨基酸均为呈味氨基酸，且以鲜味氨基酸为主，占到总氨基酸含量的71.37%～85.46%，其次为苦味氨基酸，甜味氨基酸的含量最低，这与其他绿茶[6,10-12]中的研究结果相似。同时各氨基酸之间还表现出一定正相关或负相关，说明各呈味氨基酸除直接表现其滋味属性外，亦可通过氨基酸之间的相互协同或抵消来影响滋味。

绿茶茶汤中氨基酸含量与滋味的鲜、醇、甘爽等特征密切相关，尤其对鲜度的影响大[23]。谷氨酸被认为是茶滋味的主要贡献者[11,24]，其浓度与鲜味呈线性关系[25]。茶氨酸、琥珀酸、没食子酸通常是作为鲜味物质的增强剂[24]。按呈味氨基酸TAV>1的标准进行判断，湄潭翠芽中对滋味贡献最大的氨基酸主要来自于鲜味氨基酸中的Thea、Glu、Asp及苦味氨基酸中的His和Arg。突出的鲜味氨基酸为湄潭翠芽带来了极高的“鲜”度，而His、Arg等苦味氨基酸与咖啡碱、茶多酚等协同作用产生生津“爽”口的感觉，从而构成了湄潭翠芽鲜爽、鲜醇的滋味特征。本研究中感官审评结果也显示滋味评分与游离氨基酸总量、Thea、Glu、His、Arg等有显著正相关关系。

主成分分析通过降维，将相互关联的多个指标简化为少数几个综合指标(主成分)，能更好地反映原始变量的信息，被广泛运用于食品中游离氨基酸组分分析[4,6]。湄潭翠芽18个游离氨基酸指标中提取出了3个主成分，其中主成分1的方差贡献率最大，主要代表的是EAA和NEAA中的12种氨基酸。依据主成分分析获得的33份湄潭翠芽游离氨基酸综合品质高低为CY16>CY19>CY12>CY4>CY13>CY9>CY23>CY15>CY1>CY10>CY21>CY14>CY6>CY26>CY5>CY25>CY27>CY22>CY18>CY33>CY7>CY24>CY20>CY11>CY31>CY32>CY28>CY8>CY30>CY3>CY29>CY2>CY17。同时聚类分析将33份茶样聚为了三类，其中第Ⅰ类和第Ⅱ类游离氨基酸综合值均低于平均值，而第Ⅲ类高于均值，与主成分分析结果基本一致。

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Evaluation of free amino acid characteristics of Meitan cuiya based on principal component analysis and cluster analysis

PENG Qiongyao1,LIU Yuqian2,AO Fang1,YANG Qihong1,YANG Jiagan3, NIU Suzhen1,SONG Qinfei1*

1(College of Tea Science, Guizhou University, Guiyang 550025, China)2(Department of Modern Technical, Zunyi Vocational and Technical College，Zunyi 563000, China)3(Zunyi Ministry Bureau of Agriculture and Rural Affairs, Zunyi 563000, China)

ABSTRACT In this study, 33 samples of Meitan cuiya from different manufacturers were used as materials to clarify the composition, content, nutrition, and flavor characteristics of the free amino acid (FAA) in Meitan cuiya. The types and contents of free amino acids were determined by an automatic amino acid analyzer (AAAA) and high-performance liquid chromatography (HPLC). Then the flavor characteristics were evaluated by taste activity value (TAV). Principal component analysis (PCA) and cluster analysis (CA) were used for comprehensive evaluation. Results showed that the total free amino acids in Meitan cuiya ranged from 36.933 mg/g to 59.201 mg/g, with an average of 45.923 mg/g. The contents of 18 kinds of free amino acids were significantly different among tea samples and the variation level was above medium. Theanine (Thea), glutamic acid (Glu), and aspartic acid (Asp) were the three main free amino acids in Meitan cuiya. The content of non-essential amino acid (NEAA) was the highest, followed by semi-essential amino acid (CEAA), and the content of essential amino acid (EAA) was the lowest. The flavor characteristics of free amino acids in Meitan cuiya were umami amino acids > bitter amino acids > sweet amino acids. Thea was the most important flavor amino acid in Meitan cuiya, with a TAV mean value of 315.61. The content of Glu and Thea had a significant positive correlation with taste scores. Three principal components were extracted by principal component analysis and the cumulative variance contribution rate was 80.428%, which could represent the comprehensive information of FAA in Meitan cuiya. The top three tea samples in the comprehensive score of free amino acids were CY16, CY19, and CY12. Meitan cuiya were divided into three categories by cluster analysis. The comprehensive score of free amino acids was class III>class II>class I and it better reflected the difference in free amino acids among different Meitan cuiya.

Key words Meitan cuiya; free amino acids; taste activity value; principal component analysis; cluster analysis

DOI：10.13995/j.cnki.11-1802/ts.031976

引用格式：彭琼瑶，刘玉倩，敖芳，等.基于主成分分析和聚类分析的湄潭翠芽游离氨基酸特性评价[J].食品与发酵工业,2023,49(6):283-291.PENG Qiongyao,LIU Yuqian,AO Fang, et al.Evaluation of free amino acid characteristics of Meitan cuiya based on principal component analysis and cluster analysis[J].Food and Fermentation Industries,2023,49(6):283-291.

第一作者：本科生(宋勤飞讲师为通信作者，E-mail：song96@sina.com)

基金项目：贵州大学大学生创新创业训练计划项目(贵大(国)创字[2021]028)；贵州省科技厅计划项目(黔科合成果[2019]4273号)；贵州省林业厅计划项目(黔林科合[2019]09号)

收稿日期：2022-04-18，改回日期：2022-05-24