普洱茶中产纤维素酶黑曲霉的筛选及其在茶叶加工中的应用
作者单位：南昌大学
学位级别：硕士
导师姓名：于化泓;陈斌
授予年度：2023年
学科分类：09[农学] 090203[农学-茶学] 0902[农学-园艺学]
摘 要：茶是世界三大饮料之一,也是我国重要的经济作物。依据采制时间的差异,茶叶分为春茶、夏茶和秋茶。夏秋茶是指在5～10月采制鲜叶生产的茶叶,大量夏秋茶鲜叶由于品质较低而未得到有效利用。微生物发酵和酶等生物技术加工是当前茶叶加工或深加工领域中已有研究的可提升茶叶品质的有效方法。纤维素酶可以降解茶叶中的粗纤维为可溶性糖,降低茶叶的苦涩味,促进内含滋味物质和香气物质的释放。本研究从普洱茶中分离获得了高产纤维素酶的黑曲霉菌株,将其用于接种发酵红茶,并检测发酵过程中主要滋味物质的变化和发酵前后的挥发性风味物质变化。此外,采用添加纤维素酶的方法对夏秋红茶进行处理,优化处理工艺并检测酶处理前后主要滋味物质和挥发性风味物质的变化。对这两种方法的可行性进行探究后,本文设计了年产200吨冷泡红茶的加工工厂。1.从普洱熟茶中分离得到25株霉菌菌株,初步筛选得到8株具有较强产纤维素酶能力的菌株,复筛得到两株具有较高纤维素酶活力的菌株XO–18和XO-19,在发酵9天时的滤纸酶活力分别达到16.58 U/m L和16.65 U/m L。通过形态学(菌落和显微形态观察)和分子生物学鉴定(ITS基因序列分析)确定两株菌株均为黑曲霉(Aspergillus niger),XO–18和XO-19在发酵11天的滤纸酶活达最大值,分别达到16.87 U/m L和17.16 U/m L。2.利用普洱茶中分离的两株产纤维素酶黑曲霉菌株XO–18和XO–19以及购买的黑曲霉菌株GSICC 60106固态发酵夏秋红茶,检测发酵过程中可溶性总糖、游离氨基酸、咖啡碱、茶多酚、总黄酮、茶色素、水浸出物等主要滋味物质含量,通过HS-SPME-GS-MS检测发酵前后的挥发性风味物质,并通过测定DPPH清除能力评价抗氧化活性变化。结果表明:经三株黑曲霉发酵后红茶中可溶性总糖含量分别降低至4.08%、4.20%、4.10%,游离氨基酸总量分别降低至2.74%、2.74%、2.82%,茶多酚含量分别降低至6.24%、6.15%、6.46%,咖啡碱、总黄酮、茶褐素含量有不同程度的上升。挥发性风味物质中,发酵后烯烃类物质的相对含量升高,其中主要是呈草木香和果香的γ-松油烯和呈柠檬香的α-松油烯,可见发酵对草木香和果香的形成有促进作用。另外,发酵后红茶的DPPH清除率呈下降趋势。发酵可以改变夏秋红茶的香气特征,但可溶性糖、氨基酸等对茶叶滋味有积极作用的物质在发酵过程中被消耗,发酵后的抗氧化能力也有降低,此外发酵还会对茶叶的外形品质产生影响。因此从总体上看,黑曲霉发酵对夏秋茶叶品质的提升效果有限。3.直接使用食品级纤维素酶加工夏秋红茶,以红茶的可溶性总糖含量和水浸出物含量为评价指标,通过单因素和正交实验优化加工工艺。结果表明:夏秋红茶经纤维素酶处理后可溶性总糖和水浸出物含量均升高。根据单因素实验和正交实验结果,确定最优加工条件为:纤维素酶添加量1.2 k U/g、处理温度50℃、料液比5:8。在此条件下加工红茶,检测不同处理时间下主要滋味物质含量变化,结果表明6 h的处理时间可溶性总糖和水浸出物含量均能达较大值。夏秋红茶经纤维素酶处理6 h后,可溶性总糖含量由5.09%升高至8.75%,水浸出物含量由39.80%升高至47.72%,咖啡碱含量略有上升,茶色素含量略有下降,茶多酚、总黄酮和总游离氨基酸含量无显著变化。挥发性风味物质中,经纤维素酶处理后,苯甲醇、苯乙醇和水杨酸甲酯相对含量升高,D-柠檬烯相对含量降低,纤维素酶对红茶花果香和甜香风味形成具有促进作用。冷泡性能方面,纤维素酶处理后的红茶经冷泡的水浸出物含量由28.51%上升至35.73%,可溶性总糖含量由5.00%上升至8.68%,二者均显著提升。综上,纤维素酶可以显著提高夏秋茶的可溶性总糖和水浸出物含量,改善其香气品质,为冷泡茶的加工奠定了基础。4.本文根据第四章的研究结果,设计了以夏秋鲜叶为原料的年产200吨冷泡红茶工厂,设计内容主要包括厂址选择、产品方案、生产工艺、物料衡算、设备选型、劳动力衡算、水电汽衡算、公用系统、辅助部门、综合经济估算等,经济技术分析估算结果表明,建立的工厂年纯利润为2372万元,回收期为2.21年。
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