将化学成分与感官品质联系起来：对紫叶茶冲泡过程中颜色和风味形成的洞察

《Food Chemistry》：Linking chemical profiles to sensory quality: Insights into color and taste formation in purple leaf tea infusions

紫叶茶（PLT）花青素代谢调控及感官机制研究揭示酰化飞燕草素/天竺葵素衍生物主导紫红色素形成，并通过氢键与π-π堆积增强苦味受体TAS2R14的结合，分子机制阐明花青素结构-感官特性关联。

　　

杨高忠|周梦雪|李亚楠|保罗·A·基尔马丁|林志|史江|吕海鹏

中国农业科学院农业部和农村事务部特种经济动物与植物生物学、遗传学与育种重点实验室，中国杭州310008，茶叶研究所

摘要

紫叶茶（PLT）的浸出液通常具有独特的紫红色调和苦味，但其化学与感官特性之间的关联仍缺乏研究。我们分析了16种从绿色到深紫色的茶叶样本中的177种代谢物，通过偏最小二乘判别分析和随机森林算法筛选出了27种差异性代谢物。多变量分析表明，酰基化花青素（尤其是飞燕草素和氰苷素衍生物）是与红色和苦味相关的关键标志物。光电二极管阵列检测证实这些色素是主要的发色团。关键的是，添加实验验证了特定花青素的比例决定了颜色的变化，而它们的积累显著增强了苦味和涩味。分子对接进一步支持了这种感官效应，揭示了酰基化通过氢键和π–π堆叠相互作用增强了花青素与人类苦味受体TAS2R14的结合。这些发现将黄酮类途径的重新编程与紫叶茶的颜色和感官差异联系起来，为培育高色素、口感好的茶叶品种提供了分子靶点。

引言

茶叶（Camellia sinensis）是继水之后全球消费量最大的饮料，在文化和经济上具有重要意义。在众多茶种中，紫叶茶（PLT）因其鲜叶呈现紫红色而成为一个具有显著市场潜力的特殊类别（Tan等人，2023年；Yan等人，2024年）。这种颜色是由于叶细胞液泡中花青素的积累增加所致（Shi等人，2021年）。紫叶茶的种植正在全球范围内扩展；代表性品种包括“紫娟”（中国）、“Sunrouge”（日本）和“TRFK 306”（肯尼亚）（Li等人，2023年）。这些品种的干重中花青素含量通常为3.02–6.97毫克/克，远高于普通绿茶（GLT），后者的花青素含量通常很低或无法检测到（Yang等人，2025年）。这种代谢重编程赋予了紫叶茶独特的紫红色调，并改变了其风味特征，通常使其苦味比绿茶更明显（Chen等人，2023年）。

茶叶的感官品质（包括颜色、香气和味道）与其化学成分密切相关，而这些成分受品种、环境条件和加工方法的影响（Moreira等人，2024年；Zhang等人，2020年）。虽然已知花青素是紫叶茶的主要发色团（Shi等人，2021年；Yang等人，2025年），但个别花青素对特定感官属性的定量贡献仍不够明确。特别是，飞燕草素和氰苷素衍生物在决定CIE色度参数（如亮度L*）、红色a*和黄色/蓝色b*）中的作用，在复杂的茶叶体系中尚未完全阐明（Enaru等人，2021年；Noda等人，2017年）。关于酰基化，虽然已知它可以提高色素的稳定性和颜色强度（Zeng等人，2025年），但在复杂体系中对浸出液颜色的定量影响仍不清楚。

在普通茶叶产品中，多酚、氨基酸和生物碱等主要化学成分是决定感官特性的关键因素（Li等人，2025年；Wei等人，2022年）。在紫叶茶中，苦味和涩味的化学基础是多因素的，由多种代谢物之间的相互作用产生，尤其是多酚和生物碱（Deng等人，2022年；Ye等人，2022年）。虽然儿茶素和咖啡因是已知的贡献因素（Scharbert & Hofmann，2005年），但紫叶茶中较高的花青素含量可能也起到了调节作用。尽管单个花青素的含量可能低于阈值（Paissoni等人，2018年），但它们的累积水平可能通过叠加效应产生味道（Huang & Xu，2021年）。它们可能作为人类苦味受体TAS2R14的别构调节剂，从而增强其他化合物的苦味感知（An等人，2025年）。特别是苦味受体TAS2R14具有广泛的激动剂谱，尤其是对酚类化合物，使其成为研究花青素介导的苦味的理想候选受体（Dagan-Wiener等人，2019年；Kim等人，2024年）。最近，通过冷冻电子显微镜（cryo-EM）确定TAS2R14的结构，揭示了其激活位点的分子结构，为在分子水平上研究这些相互作用提供了机会（Hu等人，2024年）。然而，关于茶叶花青素的结构多样性如何与这种受体相互作用的证据仍然不足。

因此，本研究旨在通过整合代谢组学、色度学和感官分析，阐明紫叶茶浸出液颜色和味道形成的分子基础。通过多变量统计模型和机制研究，我们试图识别负责这些独特感官特性的关键化合物，并阐明其潜在的形成机制。这些发现可能为通过品种选择和加工优化来提高紫叶茶的品质提供科学依据。

部分内容

化学物质和试剂

我们从信誉良好的供应商处购买了分析标准和试剂。氨基酸标准品包括L-天冬氨酸、L-组氨酸、L-丝氨酸、L-谷氨酰胺、L-精氨酸、L-谷氨酸、L-苏氨酸、L-脯氨酸、L-半胱氨酸、L-赖氨酸、L-酪氨酸、L-甲硫氨酸、L-缬氨酸、L-亮氨酸、L-异亮氨酸、L-苯丙氨酸、L-天冬酰胺、L-吡咯谷氨酸和L-色氨酸，均由Sigma-Aldrich（美国密苏里州圣路易斯）提供（HPLC级，纯度95–99%）。花青素标准品（氰苷素等）

随着色素含量的增加，茶浸出液的颜色从黄绿色变为紫红色

在CIELAB空间中量化的茶浸出液颜色在四个组之间表现出系统性变化。最显著的区别在于绿色-红色坐标a*，从绿茶浸出液的强烈负值（?5.18 ± 0.52）逐渐增加到深紫茶浸出液的正值（8.73 ± 1.83；p < 0.05），表明颜色从绿色向主导的紫红色转变（图1b）。这一现象与花青素（如氰苷素、飞燕草素）的积累增加一致

结论

本研究建立了花青素结构多样性与紫叶茶浸出液特征性颜色和味道之间的直接联系。酰基化氰苷素和飞燕草素衍生物被确认为形成紫红色至蓝紫色的主要色素。此外，使用缺乏花青素的浸出液进行的添加实验证实，最终颜色主要由这些花青素的特定比例决定，同时也表明它们的积累会增强这种颜色

CRediT作者贡献声明

杨高忠：撰写初稿、数据整理、概念构思。周梦雪：资源获取、数据分析。李亚楠：资源获取、实验研究。保罗·A·基尔马丁：撰写、审稿与编辑、数据分析。林志：项目监督、项目管理。史江：撰写、审稿与编辑、项目监督。吕海鹏：撰写、审稿与编辑、项目监督、资源获取、资金申请。

伦理声明

我们机构目前没有正式的人类研究伦理委员会，根据国家法律，对于涉及标准食品级产品的低风险食品研究，不需要伦理批准。作者声明本研究严格遵循世界医学协会的伦理准则（赫尔辛基宣言）。在整个研究过程中，严格实施了保护所有参与者权利和隐私的适当协议

未引用参考文献

Fan等人，2024年

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了中国农业部和农村事务部的农业研究系统（CARS-19）以及中国农业科学院的科技创新项目（CAAS-ASTIP-2014-TRICAAS）的财政支持。