茶（
Camellia sinensis）是一种重要的经济作物，香气是茶叶的灵魂，是茶叶品质优劣的重要考量因子。茶叶香气的形成是一个复杂的过程，其中糖苷水解、脂类氧化降解、类胡萝卜素类降解和美拉德反应被认为是茶叶香气形成的主要途径。美拉德反应是食物中重要的一类由还原糖与氨基酸类物质参与的羰氨反应，反应过程中产生大量具烘烤香或焦糖样香气的吡嗪、吡咯、吡啶等杂环类化合物。茶叶加工过程中具有发生美拉德反应的天然条件。茶叶本身含有约6%（
m/m）的糖类和4%（
m/m）的氨基酸，能够分别作为羰基和氨基的来源为美拉德反应提供物质基础。
茶叶多糖的单糖组成因茶叶种类不同而有所差异，但以葡萄糖、阿拉伯糖、半乳糖等单糖为主。茶氨酸作为茶叶中含量最多（茶叶干质量的1%～4%）的非蛋白氨基酸，占茶叶氨基酸总量的50%以上，且天然存在的茶氨酸均为
L-构型。
L-茶氨酸（Thea）不仅是茶汤鲜爽感、生津润甜的主要物质来源，还能够抑制茶汤的苦、涩感，并具有多种重要的健康功效。在茶叶加工过程中，Thea具有作为氨基来源，经热反应生成茶叶香气的潜在能力。
信阳师范大学茶学与食品学院郭向阳，安徽农业大学宛晓春旨在通过体外模拟反应，研究茶叶中不同单糖与Thea在加热条件下的反应特性，并结合气相色谱-质谱（GC-MS）联用技术对生成的挥发性成分进行解析，以揭示Thea与茶叶单糖的热反应产香机理。研究结果有望为茶叶加工及品质控制提供参考依据和理论基础。
一 单糖热模拟反应挥发性成分分析
4 种单糖热模拟反应中共检出挥发性成分19 个，鉴定出其中的12 个（表1），多为烷烃类化合物、酮类、酯类及少量的杂环类和醛类成分（图2）。Gal在加热条件下产生挥发性成分最多，有15 个（鉴定出11 个），包含具果香的乙酸乙酯和丙酸乙酯、气味具强烈刺激性的反式-2-丁烯醛、有类似丙酮气味的3-甲基-2-丁酮、具辛辣刺激风味的3-糠醛，以及5 种烷烃类成分。其余3 种单糖的热模拟反应分别鉴定出挥发性成分8（Glc）、7 个（Arab）和7 个（Xyl），乙酸乙酯、3-甲基-2-丁酮及4 种烷烃类成分是其挥发性成分的共性成分，而3-糠醛只在Arab热模拟反应中检出。
二 Thea热模拟反应挥发性成分分析
Thea在加热条件下能够产生挥发性成分，120 ℃加热模拟条件下检出挥发性成分28 个（Thea单独加热模拟反应数据取自文献），有19 个得到鉴定。Thea热模拟反应的挥发性成分多为含胺结构的化合物，其中包括与Kim等模拟反应中相同的化合物N-乙基甲酰胺，以及N,N-二甲基乙酰胺等成分，相对含量均较低。茶叶加工过程中茶氨酸通过热降解及脱氨反应生成N,N-二甲基乙酰胺，其可能的生成机理如图3A所示。模拟反应中首次鉴定到具甜花香的苯甲醇，相对含量较低。苯甲醇多以其香气糖苷的形式存在于茶叶中，在绿茶、乌龙茶及红茶香气中普遍存在，也是陈年乌龙茶香气的重要组成成分。Thea加热模拟反应中鉴定出苯甲醇，表明Thea可以作为香气前体在加热条件下生成苯甲醇，但生成机理有待深入研究。
三 Thea与单糖混合热模拟反应挥发性成分分析
Thea与Glc（Thea-Glc）、Thea与Arab（Thea-Arab）、Thea与Gal（Thea-Gal）以及Thea与Xyl（Thea-Xyl）的混合成分热模拟反应相较于Thea及各自单糖的模拟反应新产生挥发性成分分别为37、14、24 个及9 个。新生成挥发性成分主要由含氮的杂环类化合物组成，另外还含少量的芳香族类、酸类及烷烃类化合物。
3.1 Thea与Glc
Thea与Glc模拟热反应中新生成的挥发性成分数量最多，鉴定出32 种（Thea与Glc加热模拟反应数据取自文献），多为含有呋喃、吡咯及吡嗪结构的杂环类化合物。含氮的杂环化合物有17 个，其中，3-(二甲基氨基)苯酚、N-环己基亚氨基甲胺、2,3-二甲基-1H-吡咯的相对含量较高。具有烘焙、坚果或焦糖风味的2-乙酰基吡咯、3-糠醛、2,5-二甲基吡嗪的相对含量也较高，三者均可以在茶叶加工过程中以氨基酸和糖为底物经美拉德反应产生。2,5-二甲基吡嗪具有典型的烤花生香气，被证实可以以Thea为香气前体生成并贡献乌龙茶香气。N-乙基琥珀酰胺的相对含量较高，在陈年乌龙茶香气中得到鉴定，同时，与2-乙酰基吡咯均是茶氨酸与葡萄糖在更高温度（150 ℃）热模拟反应的产物。N-乙基甲酰胺含量相对较低，被证实是Thea热降解的产物，也可能在热处理过程中以Glc和Thea为底物反应生成（图3C）。甲基吡嗪具有坚果风味和烘烤香，是咖啡、可可的关键香气成分，在模拟反应中含量相对较低，其可能以Glc和Thea为底物，通过热反应途径生成（图3B）。
值得注意的是，Thea-Glc热模拟反应的挥发性成分中鉴定到2,5-二甲基-4-羟基-3(2H)-呋喃酮。2,5-二甲基-4-羟基-3(2H)-呋喃酮具有典型的焦糖香及菠萝样香气，在茶叶中以其糖苷的形式存在，但在茶叶加工过程中，其是否能以Thea为香气前体生成并贡献真实茶叶香气有待深入研究。除此之外，在Thea与Glc的模拟反应中鉴定到具有烘焙风味的2-乙基-4-甲基-1H-吡咯、5-甲基-2-呋喃甲醇、5-甲基糠醛、1-乙基-1H-吡咯-2,5-二酮、2-乙酰基-1-甲基吡咯及1-乙酰基吡咯烷，但相对含量均较低。
3.2 Thea与Arab
Thea与Arab模拟热反应中新生成的挥发性成分较少，鉴定出其中的6 种，均为杂环类化合物，分别为3-甲基呋喃、2-甲基二氢-3(2H)-呋喃酮、2,3-二甲基-1H-吡咯、2-呋喃甲醇、5-甲氧基-3,3-二甲基吡咯烷-2-酮及α-亚甲基呋喃-α-呋喃甲胺。其中，含氮的杂环化合物有3 种，2,3-二甲基-1H-吡咯的相对含量较高，具有烘烤香，一般在食物加工过程中通过美拉德反应产生，其余两种化合物的相对含量较低。3-甲基呋喃具有坚果和烘烤的气味，相对含量较高，2-甲基二氢-3(2H)-呋喃酮具有焦糖和烘烤香气，呋喃甲醇具有辛辣刺激风味，后两者在模拟反应中相对含量较低。
3.3 Thea与Gal
Thea与Gal热模拟反应中共鉴定出21 种挥发性成分，其中，2,3-二甲基-1H-吡咯、4(1H)吡啶酮、3-二甲氨基苯酚及5-甲氧基-3,3-二甲基吡咯烷-2-酮的相对含量较高，其余化合物的相对含量均较低。鉴定的挥发性成分主要为杂环类化合物，含氮的化合物有12 个。具烘焙及烤花生香气的2,5-二甲基吡嗪，有烘烤香气的4-乙基-2-甲基吡咯、4-乙基-2,3-二甲基-1H-吡咯、2-乙酰基吡咯、N-乙基琥珀酰胺均可检出，表明除了Glc外，Gal也可以作为2,5-二甲基吡嗪、2-乙酰基吡咯及N-乙基琥珀酰胺的反应底物。2-乙酰基吡咯及N-乙基琥珀酰胺可能生成机理如图3A、D所示，Glc或Gal通过热降解及脱氨反应生成吡咯，而后与N,N-二甲基乙酰胺反应生成2-乙酰基吡咯。1-乙基-2-甲酰基吡咯（茶吡咯）具有类似绿茶的香气，相对含量较低。
Thea-Gal热模拟反应中鉴定出较多的含呋喃结构的杂环类化合物。如3-甲基呋喃（烘烤香气）、2-乙烯基呋喃（咖啡香气）、2-甲基二氢-3(2H)-呋喃酮与5-甲基-2(3H)-呋喃酮（焦糖香气）、2-呋喃甲醇（辛辣刺激气味），以及5-甲基-2-呋喃甲醇、5-甲基糠醛和2,2′-亚甲基双-5-甲基呋喃均在模拟反应的挥发性成分中得到鉴定，但相对含量均较低。
Thea-Gal模拟反应中鉴定出与Thea-Glc模拟反应相同挥发性成分14 个，但相对含量有所不同，除了2,3-二甲基-1H-吡咯、4(1H)-吡啶酮、5-甲基-2-糠醛及2,2′-亚甲基双-5-甲基呋喃的相对含量在Thea-Gal模拟反应中显著性地高之外，其余化合物的相对含量均显著性地低于Thea-Glc模拟反应中的含量。热反应过程中，此类化合物可以通过Thea与Glc或Gal反应生成。
3.4 Thea与Xyl
Thea与Xyl模拟热反应中检出9 个挥发性成分，且均得到鉴定，其中有烘烤香、焦糖香或坚果风味的3-糠醛的相对含量最高，5-甲氧基-3,3-二甲基吡咯烷-2-酮及具绿茶香气的1-乙基-2-甲酰基吡咯（茶吡咯）的相对含量也较高。相较于其他3 种热模拟反应，Thea-Xyl模拟反应挥发性成分中鉴定出2,6,10-三甲基十六烷及2-甲基十九烷等烷烃类成分，相对含量较小。除此之外，2-呋喃甲醇及5-甲基-2(3H)-呋喃酮的检出，表明它们也可以以Xyl为底物与Thea反应在加热条件下生成。
四 不同模拟热反应挥发性成分分析
4.1 模拟热反应挥发性成分分析
Thea与4 种单糖（Glc，Thea-Glc；Arab，Thea-Arab；Gal，Thea-Gal；Xyl，Thea-Xyl）热模拟反应共鉴定出挥发性成分65 个。模拟热反应挥发性成分组成及其相对含量（以峰面积表示）见表1。鉴定出的挥发性成分主要由杂环类、酮类、萜烯类、醛类等化合物组成（图2A），其中杂环类化合物在Thea与单糖混合模拟反应中含量最高，尤其是Thea-Glc、Thea-Gal及Thea-Xyl中鉴定出相对含量较高的杂环类化合物。Thea单独加热模拟反应鉴定出较高含量的烷烃类化合物，而酯类化合物在Gal单独加热模拟反应中相对含量最高，醛类成分只在Thea-Gal及Gal模拟反应中检出，相对含量均较少。除了Thea-Arab外，酮类化合物在所有热模拟反应中均能检出，在Thea-Gal反应中相对含量最高。
杂环化合物具有较强的生物活性，大多具有烘烤、坚果样香气，或焦苦风味。根据杂环类化合物中所含特征结构的不同，细分为含有吡嗪、吡咯、吡喃、嘧啶及呋喃结构的化合物，每种单体结构化合物均有其特征风味属性（表2）。相应地，各类化合物的在模拟反应中相对含量如图2B所示。吡嗪类化合物具有烘焙、坚果的风味，只在Thea-Glc及Thea-Gal反应中鉴定得到，且在前者中含量较高。Thea与4 种单糖混合模拟反应中均能检测到含吡咯结构的化合物，且相对含量均较高，但在单糖及Thea单独加热模拟反应中均未能检出。含吡喃结构的化合物只在Thea-Glc、Thea-Arab及Thea-Gal反应中检出，在Thea-Arab中相对含量较高。Thea单独加热模拟反应中鉴定出相对含量最高的含吡啶结构化合物，而呋喃类化合物在Thea-Xyl中相对含量最高。Xyl单独加热模拟反应的挥发成分中未检出此5 类结构的杂环类化合物。本研究中热模拟反应条件相对简单，后期可结合实际茶叶加工过程选取模拟反应参数（反应温度、反应时间等）进行模拟实验。同时，可采用同位素示踪技术以更准确地解析反应产物的香气前体，并对挥发性成分进行精确的定量分析。
4.2 PCA
Thea与不同单糖热模拟反应的挥发性成分组成及相对含量不同，为了更加直观地呈现，并判别区分不同模拟反应间挥发性成分的差异，以鉴定的挥发性成分进行PCA。如图4A所示，PCA图中，除了4 种单糖热模拟反应有部分区域重叠外，其余不同模拟反应均能够较好地分离。Thea单独加热模拟反应（Thea）及Thea与Glc混合加热模拟反应（Thea-Glc）间距离较远，且与其他类模拟反应分处不同的区域，表明这两类模拟反应之间且与其他类模拟反应挥发性成分存在较大差异。4 种不同单糖热模拟反应的挥发性成分差异不大。相较于Thea-Glc模拟反应，Thea与其他3 种单糖间的混合热模拟反应在图4A中的距离较近，表明3 类热模拟反应产生的挥发性成分具有一定的相似性。PCA结果与模拟反应中挥发性成分组成分析数据一致。
从图4B可以看出，不同模拟反应分布于不同象限，Thea-Glc模拟反应从属于第1象限，Thea、Gal及Xyl单独加热模拟反应从属于第2象限，Thea-Arab、Thea-Xyl模拟反应从属于第3象限，而第4象限中只包括Thea-Gal模拟反应。Glc及Arab加热模拟反应分布于第2及第3象限，且彼此有交叉重叠。不同区域中的特征挥发性成分组成不同，Thea-Glc模拟反应中N-乙基甲酰胺、苯甲醛、甲基苯胺、二十二烷、N-环己基亚氨基甲胺等化合物的载荷值较高，Thea模拟反应的特征化合物主要为烷烃类化合物（十一烷、十二烷、十三烷、二十三烷），及3-甲基-2-丁酮、1,2-二甲基二铵、六氢吡咯并[1,2-a]嘧啶-2(1H)-酮等化合物，组成第3象限的特征化合物主要为反式-2-丁烯醛、3-甲基呋喃、α-亚甲基呋喃-α-呋喃甲胺、乳酸乙酯、2-呋喃甲醇等，而N-乙基-N-甲基乙胺、2-甲基二氢-3(2H)-呋喃酮、1-乙基-2-甲酰基吡咯（茶吡咯）、5-甲基-2(3H)-呋喃酮、2,3-二甲基-1H-吡咯、5-甲基-2-呋喃甲醇、2,2′-亚甲基双-5-甲基呋喃、4-环戊烯-1,3-丁二酮、2-乙烯基呋喃、4(1H)-吡啶酮及5-甲基-2-糠醛等化合物在第4象限具有较高的载荷值，是组成Thea-Gal模拟反应的特征化合物。另外，2,3-二氢-3,5-二羟基-6-甲基-4H-吡喃-4-酮、5-甲基-2-呋喃甲醇、3-(二甲基氨基)苯酚、N-乙基琥珀酰胺、1-(1-含氧丁基)吡咯烷、1-乙酰基吡咯烷、4-甲基-3-硝基苯酚、乙酸、丙酸及亚甲基环丙烷-1-羧酸等化合物的载荷相似，可以被认为是Thea-Glc与Thea-Gal模拟反应的共同特征成分。PCA表明，Thea与Glc及Gal的热模拟反应更易产生具吡咯和酰胺类结构的杂环化合物，而在Thea与Arab及Xyl热模拟反应中含有较多的具呋喃结构的化合物。
结论
采用GC-MS技术对Thea与Glc、Arab、Gal及Xyl加热模拟反应的挥发性成分进行了深入分析。不同单糖与Thea在加热条件下的反应特征具有显著差异，并可以通过PCA进行有效判别区分。Glc及Gal与Thea在加热条件下产生较多的挥发性成分，主要为含吡咯和酰胺类结构的杂环化合物。相比之下，Arab、Xyl与Thea模拟反应中鉴定的化合物数量较少，前者模拟反应中鉴定出较高含量的含吡喃结构的杂环化合物，Xyl与Thea加热过程中主要产生含呋喃结构的杂环化合物。而且，Thea单独加热到120 ℃时也可以产生挥发性成分，并以含嘧啶结构的杂环化合物及烷烃类化合物为主。本研究拓宽了茶氨酸除鲜爽味之外的风味特性，延展了茶叶香气生成机理的解释范畴，为茶叶香气前体研究提供了新的思路，并为相关领域的探索提供了一定的参考依据和理论基础。
作者简介
郭向阳，河南信阳人，博士，博士后，硕士研究生导师。九三学社社员，九三学社信阳师师范大学支社委员。美国化学学会会员，中国食品科学技术学会会员，中国茶叶学会会员。先后在西北农林科技大学（本科，食品质量与安全）、浙江工业大学（硕士，食品科学）、安徽农业大学（博士，茶学）、深圳大学（博士后）、娃哈哈集团和Martin Bauer Group求学和工作，主要从事食品风味化学，食品化学与资源利用，茶叶、油茶加工与品质化学，天然香精香料研发制备及工业化生产等方向的研究。目前以第一作者/通信作者在
Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, Food Chemistry, Food Chemistry: X, 《农业工程学报》、《农业机械学报 》 、《食品科学 》 等期刊发表论文30余篇，其中TOP期刊论文10 篇，ESI高被引及热点论文2 篇，授权中国发明专利1 项。曾获得首届咖啡可可茶（亚洲）国际学术大会“Poster Award”一等奖(2018年)，安徽省大学生食品创新设计大赛一等奖(产品构想、设计及成行，2018年)等多个奖项。担任第二届全国大学生化妆品大赛评委(2024)，《香料香精化妆品》，《食品研究与开发》、《中国调味品》，
Journal of Future Foods, Food & Medicine Homology, Beverage Plant Research, Journal of Food Safety and Food Quality等期刊青年编委，
Food Chemistry, Journal of Agricultural and Food Chemistry, Food Research International, LWT, Food Chemistry: X,《农业工程学报》、《精细化工》、《食品工业科技》、《轻工学报》、《食品研究与开发》等国内外50多个学术期刊的审稿人。企业工作期间，从事速溶茶粉、茶香水及茶饮料的研发应用工作，独立研发了数个天然植物提取物、精油产品，成功应用到市售烘焙产品及饮料。主持或参与国家自然科学基金4 项、省级科技攻关类项目2 项，农业部、教育部及省级重大工程、专研项目多项，跟国内外多个食品、快消品及油脂企业保持密切联系及合作，并为其提供技术支持及产品解决方案。
本文《
L-茶氨酸与单糖模拟热反应挥发性成分分析 》来源于《食品科学》2023年46卷第13期214-222页，作者：郭向阳，宛晓春DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250108-055. 点击下方 阅读原文 即可查看文章相关信息。
实习编辑：闫凯；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网
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