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茶葉內含化學成分及其性質

茶樹為多年生常綠葉用作物。在茶的鮮葉中,水分約佔75%,乾物質為25%左右。茶葉的化學成分是由3.5% ~ 7%的無機物和93% ~ 96.5%的有機物組成。
至2016年為止,茶葉中已知有機化合物有700餘種,其中包括初級代謝產物:蛋白質、醣類、脂肪...等,以及茶樹的次級代謝產物:多酚類、色素、茶氨酸、生物鹼、芳香物質、皂甙...等。
  

[補充] 為生物體的生存、生長、發育、繁育提供能源和中間產物,如蛋白質、脂肪、核酸、碳水化合物等對生命不可缺少的化合物的代謝,稱之為初級代謝;而僅在特定的物種中存在的物質,如生物鹼、單寧(多酚類)、芳香族化合物、橡膠、萜類等,在各自生物代謝系統中生成,則稱之為次級代謝

茶葉中的無機化合物,總稱"灰分"(即茶葉經550℃灼燒灰化後的殘留物),主要是礦質元素及其氧化物,其中大量元素有氮、磷、鉀、鈣、鈉、鎂、硫等,其他元素含量很少,稱微量元素。
茶葉化學成分 兒茶素 茶多酚 酶促反應 茶湯滋味

圖1:茶樹鮮葉中所含化學成分(資料整理自宛曉春主編"茶葉生物化學"乙書)

上圖1簡單標示茶樹鮮葉中所含的物質及其佔比,這些物質是茶樹生長新陳代謝下的產物,新陳代謝途徑包括分解代謝合成代謝,無論是分解或合成,皆需有酶的協助,代謝才能進行。(關於茶樹酶的介紹於文章末說明)
分解代謝(又稱異化作用),是生物體將大分子(例如多醣、脂類、核酸和蛋白質)分解成更小的單元(例如分別為單醣、脂肪酸、核苷酸和胺基酸),並加以氧化釋放能量的過程,或是用於其他合成代謝反應並釋放能量的過程。通常隨呼吸作用而發生,植物呼吸作用是24小時進行的。
合成代謝(又稱同化作用),是指植物體利用能量將小分子合成為大分子的一系列代謝途徑,通常隨植物行光合作用而發生,光合作用必須在有光的環境下才能進行。
  

[補充] 光合作用:植物細胞內部的葉綠體,在陽光作用下,把由根部吸收的水程經由氣孔進入葉片內的二氧化碳,轉變成爲醣類物質(碳水化合物),同時釋放出氧氣。可分為光反應碳反應,光反應是利用光分解水產生氧氣,並將光能轉變成化學能,為碳反應提供能量。而碳反應則是一系列酶促反應合成有機化合物的過程,直接產物是水及葡萄糖,葡萄糖再進一步合成為大分子物質,如澱粉、蛋白質、脂質、纖維素等。

茶樹初級代謝過程的許多中間產物是次級代謝物質合成的起始物,可見次級代謝產物(多酚類、生物鹼、芳香物質)深受初級代謝(醣、蛋白質、脂肪)的影響
茶樹品種新梢成熟度,以及茶樹生育環境中,週邊的氣侯因子(光照/温度/水)土壤因子地形與地勢因子生物因子人為因子...等因素,皆會影響茶樹的新陳代謝,相對地影響茶葉內含物質的多寡。(關於上述因素的影響內容與程度,將在另篇文章中詳述)以下針對幾點因素簡要說明:
(1)新梢成熟度:一芽三葉以前,呼吸作用消耗物質>光合作用的同化產物;一芽三葉以後,光合作用同化產物>呼吸作用所消耗的物質;故新梢成熟度不夠,大部分物質的分解消耗>合成代謝。
(2)温度:當氣温在0~45℃範圍內,茶樹呼吸作用隨温度上升而增強,45℃呼吸作用最旺盛,>50℃呼吸作用下降。當氣温在10~35℃範圍時,茶樹光合作用都能正常進行(25~30℃為光合最適温度),氣温<5℃或>35℃光合作用強度下降,>45℃光合作用完全停止
由於呼吸作用的消耗(氮素、碳素等物質的代謝利用)會降低光合作用同化產物的累積,所以適當降低呼吸作用(如控制温度),將有助於某些代謝物質(如氨基酸、蛋白質)的積累。
(3)光照:光是茶樹行光合作用的必要條件。光照對茶樹代謝狀況的影響有光譜成分(光質)光照強弱度光照時間的差異。
可見光部分是影響茶樹生育最大的光源,由紅、橙、黃、綠、青、藍、紫等七色光組成;不同光質下對物質含量的影響表現為:紅、橙光對碳代謝、醣類形成與多酚類的合成有積極作用;而綠、藍、紫光則會促進氨基酸、蛋白質(含氮化合物)的合成
光照強、氣温高會使茶葉的光合作用受到抑制(為減少水分過度蒸散,葉片的氣孔會部分關閉,如此將降低茶樹的光合作用),適度遮陽(降低光照強度)可提高淨光合率,茶葉中含氮化合物會明顯提高,多酚類則相對減少
  

[補充] 茶葉中的有機物質可分為兩大類:一類為含氮化合物(如蛋白質、氨基酸、咖啡鹼等),其餘為不含氮化合物,統稱為碳水化合物及其代謝產物(如糖類、多酚類等)。

茶葉化學成分 兒茶素 茶多酚 酶促反應 茶湯滋味
下面分別就茶鮮葉內含主要有機物說明其特性,及其對茶葉成茶色、香、味的影響。

1. 茶多酚 (苦澀味之源)

茶多酚類亦稱茶單寧、茶鞣質,是一類存在於茶樹中的多元酚的混合物。茶樹新梢中所發現的多酚類包括:兒茶素類(黃烷醇類)黃酮、黃銅醇類花青素、花白素類酚酸及縮酚酸等。
茶鮮葉中多酚類的含量一般約在的18 ~ 36%(乾重),其與茶樹的生長發育、新陳代謝和茶葉品質關係非常密切。
其中最重要的是以兒茶素為主體的黃烷醇類,約佔多酚類總量的70 ~ 80%,含量為茶鮮葉乾重的12 ~ 24%,是茶樹次級代謝產物的重要成分,也是茶葉具保健功能的首要成分,對於茶葉色、香、味品質的形成有重要作用。
兒茶素類(黃烷醇類)無色,茶葉製程中因氧化而呈現顏色,顏色由無色、黃色、黃紅色、紅色、紅褐色,而至褐黑色。其具有苦澀味,溶於熱水,是茶湯水色與滋味的主要來源。其中,酯型兒茶素較苦澀、收斂性強,多存在於幼芽嫩葉;而游離型兒茶素則是先苦後甘,收斂性較弱、較爽口,多存在於成熟葉。
  

[補充] 兒茶素類化合物包括:兒茶素(C)、沒食子兒茶素(GC)、兒茶素沒食子酸酯(CG)、沒食子兒茶沒食子酸酯(GCG)及其對應之異構物;其中,兒茶素(C)、沒食子兒茶素(GC)及其對應之異構物,稱為游離型(或稱簡單型)兒茶素。而兒茶素沒食子酸酯(CG)、沒食子兒茶沒食子酸酯(GCG)及其對應之異構物,則稱為酯型(或稱複雜型)兒茶素。

多酚類在茶樹體內的分佈,主要集中在茶樹新梢的生長旺盛部分,老葉、莖、根內含量少些,尤其是根中含量極微。而兒茶素類(黃烷醇類)的總量在幼嫩的新梢中含量較高,粗老的茶梢中含量較低;至於茶樹品種,則是大葉種的含量比小葉種來的高。
茶鮮葉中多酚類含量,會受品種、成熟度、季節與生長環境條件(光照、温度、水分、土壤...)等因素影響(彙整於表1);基本上,決定茶樹多酚類含量高低的基點,是呼吸作用與光合作用強度,呼吸作用、光合作用強度高的部位及氣候環境條件下,會加速茶樹體內的碳素代謝,使醣類轉化為多酚類化合物的速度提高,便有較高的多酚類合成。
茶葉化學成分 兒茶素 茶多酚 酶促反應 茶湯滋味

表1:不同狀態條件下的多酚類含量

後續不同茶葉加工製程與發酵程度,會決定兒茶素類氧化聚合程度,而使茶葉成茶有不同的香氣、滋味與水色,進而形成不同茶類。
關於不同茶類加工製程與發酵程度,請參考文章[茶的基本分類-六大茶類 你認識多少?]。

2. 蛋白質

就茶樹體內的醣、蛋白質、脂肪三大營養素而言,對植物生命活動起到主導作用的是蛋白質,它具有多種多樣的生物功能,如體內的酶、核酸、激素、生物膜、原生質、葉綠體等都是由蛋白質組成的
茶鮮葉中蛋白質的含量約為20~30%(乾重)蛋白質是一種大分子物質,茶葉中的蛋白質結構複雜,依其組成成分可分為:單純蛋白質結合蛋白質
單純蛋白質是由各種氨基酸組成的,亦即此種蛋白質水解後的產物只有氨基酸,無其他物質。主要有谷蛋白、白蛋白、球蛋白、精蛋白、組蛋白、清蛋白等六種。其中,以難溶於水的谷蛋白含量最高,約佔總蛋白質的80%,其餘的20%左右是白蛋白、球蛋白和精蛋白,其中只有約3~4%左右的的精蛋白是能溶於水的,對增進茶湯滋味品質有重要影響。組蛋白與清蛋白屬於鹼性蛋白質,在茶葉中只有微量存在。
而在結合蛋白質中,結構除氨基酸外,還有醣、脂肪、核酸、磷酸、色素等非蛋白質部分共同組成,有核蛋白類、醣蛋白類、脂蛋白類與色蛋白類。
茶鮮葉中的蛋白質在製茶過程中,由於熱的作用,絶大部分都凝固變性,只有約佔總量1%左右的蛋白質不因熱作用而凝固,會進入茶湯,對茶湯滋味有一定作用,也有增稠茶湯的效果。
蛋白質含量高的茶鮮葉,從外形來看,葉色嫩綠,葉質柔軟,其游離氨基酸、咖啡鹼及核酸的代謝旺盛,代謝過程中的中間產物和產物含量都高,對茶葉成茶的滋味、香氣有良好作用。

3. 氨基酸 (鮮甜味之源)

無論是茶鮮葉中或是茶葉成茶中氨基酸,均有兩種存在形態:一種是存在於蛋白質裡,即組成蛋白質的氨基酸;另一種是以游離態存在於茶葉內,稱為游離氨基酸
組成蛋白質的氨基酸,是維持茶樹生長發育所必須蛋白質的基本單位,在種類與數量上都處於相對穩定的狀態,不會因外界環境條件改變而改變。
游離氨基酸在茶樹體內是貯存氮的主要形式,常因環境因子(温度、日照、水份、土壤)、農業技術措施(施肥)、品種及生育階段等不同,其種類與含量會有所差異(不同狀態條件下的氨基酸含量,彙整於表2)。基本上,茶樹體內游離氨基酸含量多寡,與氮的代謝有關,強光照、高温會加速氮代謝利用,氨基酸總含量會相對減少。
茶葉化學成分 兒茶素 茶多酚 酶促反應 茶湯滋味

表2、不同狀態條作下的游離氨基酸含量

目前茶葉中發現並已鍳定的游離氨基酸有26種,除了組成蛋白質的20種氨基酸外,其他6種為非蛋白質氨基酸,屬於植物次級代謝產物其中最主要的(含量最高的)是茶氨酸
  

[補充] 茶葉中發現的26種氨基酸:甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、絲氨酸、蘇氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、天冬氨酰胺、谷氨酰胺、賴氨酸、精氨酸、組氨酸、半胱氨酸、蛋氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、茶氨酸豆葉氨酸谷氨酰甲胺γ-氨基丁酸天冬酰乙胺β-丙氨酸

茶氨酸是茶樹中含量最高的游離氨基酸,佔茶鮮葉乾重的1~2%,是茶樹中主要且特有的氨基酸,佔游離氨基酸總量的60~70%,主要存在於茶樹的幼嫩組織中(嫩莖、芽葉及幼根)。
各種游離氨基酸在茶葉內,會很快被利用,合成為蛋白質或轉化為其他含氨物質,而茶氨酸不參與蛋白質的合成,還要先降解為L-谷氨酸和乙胺後才可被利用,故其被利用速度較低,會出現累積;新梢中的茶氨酸從茶芽萌發開始就有較高含量,隨著新梢的生長一直保持較高水平,係因其利用速度低、累積量高,所以才會佔游離氨基酸總量的60%以上
根據中國浙江大學茶學系研究,採集一芽三葉的茶樹新梢中,氨基酸含量以幼嫩莖部分最高,其次是第三葉、第二葉,再來是芽;若茶菁在日出前採下,則芽部分的氨基酸含量則會高於第二葉。此外,研究結果亦顯示午時高温(強光)下採集的茶菁(一芽三葉),其氨基酸總量較日出前減少了15%(嫩莖中的茶氨酸含量則是少了近一半),可見光照/温度會加速茶氨酸的分解、利用,所以隨著温度的增高(或光照強時間長),茶樹新梢氨基酸總含量會減少
  

[補充] 氨基酸有下列幾點物理性質:1)易溶於水;2)熔點很高,一般在200℃以上易分解;3)有光學活性,有D型和L型二種,天然蛋白質酶促水解後均生成L型,能被人體吸收利用,D型氨基酸則不能被人體吸收利用。

茶氨酸極易溶於水,茶湯中茶氨酸的浸出率可達80%,具有焦糖的香味與類似味精的鮮爽味,還能緩解茶的苦澀味,增強甘甜味,可見其對茶滋味的影響極為重要。
茶葉中的氨基酸,不僅是組成蛋白質的基本單位,也是活性肽、酶和其他一些生物活性分子的重要組成成分。鮮葉中游離氨基酸含量高,說明茶樹的氮素代謝很旺盛,其葉質柔軟、持嫩性強,這樣的原料能製作出色澤油潤、條索緊細的形美茶葉。
此外,游離氨基酸在製茶過程中會參與茶葉香氣的形成,它所轉化而成的揮發性醛或其他產物,都是茶葉香氣的成分部份氨基酸本身就是香氣與滋味的因子,如:茶氨酸具有類似味精的鮮爽滋味和焦糖香氣,谷氨酸具有味精的鮮味,精氨酸具有鮮甜滋味,天門冬氨酸帶有鮮味,另外,苯丙氨酸、色氨酸和酪氨酸本身都具有芳香環帶有香氣。

4.醣類 (甜味之源)

醣類是由碳、氫、氧三種元素組成的有機化合物,由化學式Cn(H2O)m來表示,式子中的氫與氧之比往往是2:1,與水(H2O)的比例相同,因此習慣上稱醣類為碳水化合物
醣類在茶葉中存在形態主要有三種:第一種是游離態,是可溶性的,如葡萄糖、蔗糖;第二種是結合態的,必須經過某些酶的作用,可水解為可溶性的糖;第三種是不溶性的,如纖維素、澱粉、果膠等。
茶鮮葉中醣類的含量約佔20~25%(乾重),其中可溶性的(包括以結合態存在的)約佔4%左右,其餘均為不可溶性的不可溶性醣(果膠物質等複合多醣、纖維素等)在茶葉中主要是構成細胞壁物質,起到支撐茶葉葉片有一定形狀的作用。
可溶性醣是茶湯滋味與香氣的來源之一,是茶湯甜味的主要成分,對茶的苦味及澀味有一定協調作用,這部分的醣含量越高,茶滋味越甘醇而不苦澀。此外,可溶性醣類物質在茶葉加工過程中還能轉變為香氣物質(如糠醛),對茶香帶來良好作用,例如紅茶成茶中的甜香,就是由葡萄糖、半乳糖、蔗糖等轉化及與氨基酸類結合生成的,此外,果糖在受熱時也會產生焦糖甜香。
茶鮮葉中的醣類物質,依其水解情況可分為單醣、寡醣、多醣。單醣是最簡單的醣,不能再被水解為更小分子的醣,茶葉中的單醣主要以葡萄糖、果糖和半乳糖最常見。凡能被水解成少數(2~6個)單醣分子的稱為寡醣,其中以雙醣的存在最廣泛,主要有蔗糖、麥芽糖和乳糖。單醣和雙醣是構成茶葉可溶性醣的主要成分,多有甜味。而能水解成多個單醣分子的稱為多醣,主要包括纖維素、半纖維素、澱粉和果膠等,多醣一般不溶於水,有的即使能溶解,也只能形成膠體溶液(如果膠物質)
茶樹新梢在合成醣類物質時,因葉片發育階段的不同,合成醣的種類也有差異。在幼嫩的茶梢中合成的主要是單醣和蔗糖(雙醣),為細胞的快速增長提供能量;成熟葉片中除了合成單醣和蔗糖外,還合成並積累大量的多醣,茶葉中貯存的多醣主要是澱粉和複合多醣(與非醣物質結合的醣)等。
多醣中的澱粉是茶樹體內重要的貯藏物質之一,不溶於冷水,但在茶葉加工過程中,部分澱粉能在酶作用下水解成可溶性醣,參與茶葉成茶的品質構成。另一款多醣化合物-果膠物質,在茶葉加工過程中,一方面水解形成水溶性果膠素及半乳糖、阿拉伯糖等物質,增加茶湯的甜味、香味和厚度,另一方面,果膠物質還與茶湯的黏稠度,成茶茶乾條索的緊結度及外觀油潤度有關。

5. 生物鹼 (苦味之源)

茶葉中的生物鹼主要分為嘌呤鹼嘧啶鹼二類。
嘌呤鹼包括咖啡鹼(咖啡因)、可可鹼、茶鹼、黃嘌呤、次黃嘌呤、擬黃嘌呤、腺嘌呤、鳥便嘌呤等八種,其中咖啡鹼含量最高,約佔2~4%(乾重),其次是可可鹼約0.05%,再其次是茶鹼約0.002%。
咖啡鹼易溶於80℃以上熱水,具有苦味,它會刺激人體中樞神經,故有提神作用。茶葉中的咖啡鹼含量比咖啡豆還高,但相較於咖啡而言,茶葉中的咖啡鹼會與兒茶素類物質結合,而減緩對人體的刺激。
茶鮮葉中生物鹼的主體是咖啡鹼,其含量與茶葉品質密切相關。在製茶過程中,咖啡鹼能與多酚類及其氧化產物結合,而阻止了多酚類與蛋白質的結合,故咖啡鹼有抑制蛋白質凝固的局部作用,有利於茶湯滋味的形成。
咖啡鹼在茶樹體內各部位含量,以生長代謝旺盛的嫩芽葉中含量最高,粗老葉及茶梗莖中含量少,果實和花中更少,種子裡沒有。在新梢中,咖啡鹼含量隨著葉子的成熟度提高而下降,一般以第二葉含量最多,其次是第一葉和第三葉,故新梢芽葉過嫩(例如只有芽或一芽一葉),則製作之茶滋味會較淡薄。
不同的生長季節,因為光照、氣温、雨量(降水)的不同,茶樹生理代謝狀況不同,咖啡鹼的含量也不同。一般來說,春茶最高,特別是頭春茶,經過冬季休眠,老葉光合作用一個冬秋,體內貯藏了很多營養成分,頭春茶芽萌發時,多數營養往新梢傳送,相對高的氮素代謝,故咖啡鹼含量最高,夏茶和秋茶咖啡鹼含量相對低(夏茶因光照強因素,含量比秋茶低)。就茶樹品種而言,大葉種的咖啡鹼含量高於小葉種
咖啡鹼和氨基酸是茶葉中主要的可溶性含氮化合物,對茶湯滋味有很大程度的影響;有利於氮代謝的多種光照因素(如藍紫光),會利於茶葉中含氮化合物(氨基酸、咖啡鹼等)的積累,因此適度遮蔭,能提高咖啡鹼的合成量,故有遮蔭茶園咖啡鹼含量會比露天茶園之茶樹來得高。
另外,有施肥的茶園,因茶樹有相對高的氮素代謝,所以咖啡鹼含量會比無施肥茶園來得高。
基本上,咖啡鹼的代謝與核酸的代謝有關,茶樹葉子咖啡鹼含量高,代表茶樹體的核酸多,是天然優良品質的象徵。

6. 類脂

凡是需利用乙醚、丙酮、乙醇、苯、石油醚等有機溶劑提取的生物體內的物質,統稱為類脂類物質。可分為脂質類脂二類:
(1) 脂質
脂肪酸與醇作用生成的酯及其衍生物,這類物質不溶於水,而溶於有機溶劑。它們在茶樹植物體內可作為組織結構成分(結構脂質/複雜酯類),也可作為機體新陳代謝的能量來源(貯藏脂質/簡單酯類)
一切生物膜的結構成分,例如質膜、液胞膜、核膜、葉綠體膜、細胞質內部的網膜等,即是結構脂質,主要是由甘油、脂肪酸、磷酸及含氮鹼性物質組成的。一般在茶樹幼嫩芽葉中脂質含量約6%左右(乾重),在老葉中脂質含量10%左右,可作為鮮葉老嫩度指標,越嫩含量越低。
貯藏脂質是由甘油和脂肪酸所組成的酯,習慣稱為油脂,則主要貯藏於茶籽中
(2)類脂
類脂物質除了茶皂素(皂甙)外,都是給茶葉成茶帶來良好湯色、香氣、滋味及豐富營養的物質,包括:萜烯類、葉綠素類、胡蘿蔔素類、維生素A等。
萜烯類物質在製茶過程中經過熱、力、酶的作用,發生氧化、裂解、聚合等複雜變化,是構成茶葉香氣的重要成分。
葉綠素類與胡蘿蔔素類為茶葉中主要脂溶性色素,是構成茶葉葉底顏色的重要成分,於下節[色素]中詳細說明。
茶皂素(茶皂甙)是一種熔點為223~224℃無色無灰的微細柱狀結晶,其基本結構由皂甙、醣體、有機酸三部分組成,味苦而辛辣,能起泡。沖泡茶葉時於茶湯中見到的泡泡即是茶皂素。

7.色素(茶色、湯色之源)

色素是一類存在於茶樹鮮葉和成茶中的有色物質,是構成成茶外形色澤、湯色及葉底色澤的成分。茶葉色素中,有的是鮮葉中已存在的,稱為茶葉中的天然色素;有的是在加工過程中,一些物質經氧化聚合而形成的。
茶鮮葉中的色素可分為脂溶性與水溶性兩類脂溶性色素主要表現在成茶茶乾色澤及葉底色澤,而水溶性色素主要對茶湯色有影響
(1)脂溶性色素
這類色素不溶於水,易溶於非極性有機溶劑中,主要包括葉綠素類類胡蘿蔔素
茶鮮葉中的葉綠素約佔乾重的0.3~0.8%,葉色深綠的小葉種含量較高,葉色黃綠的大葉種含量較低。
類胡蘿蔔素是一類具有黃色到橙紅色的多種有色化合物,在茶葉中可分為:胡蘿蔔素和葉黃素兩大類。胡蘿蔔素約佔乾重的0.06%,葉黃素約佔乾重的0.06%,二者都是成熟葉含量比嫩葉含量高
茶葉製程中(尤其是發酵程度高的紅茶製程),類胡蘿蔔素類會大量氧化降解,形成香氣物質化合物,對於成茶香氣的形成有重要影響
(2)水溶性色素
水溶性色素是能溶解於水的呈色物質的總稱,包括花黃素類、花青素類(又稱花色素類)及兒茶素類的氧化產物。
花黃素類與花青素類是茶鮮葉中存在的主要天然水溶性色素,都是類黃酮的化合物,茶多酚類的組成成分。花黃素類在茶鮮葉中含量約佔3~4%(乾重),是茶葉水溶性黃色素的主體物質;花青素類約佔0.01~1%(乾重),在紫芽茶中的含量較正常芽葉來得高,對茶葉葉底色澤、湯色及茶乾色澤均有影響。
茶葉加工過程中,會形成多種色素物質(兒茶素類的氧化產物即是),對構成茶葉品質特點及不同茶類的形成有重要作用。例如:紅茶加工過程中,由於多酚類物質氧化形成了茶黃素和茶紅素等色素,使紅茶具有紅湯紅葉的品質特徵
茶黃素是具有收斂性的一類色素,是紅茶湯色"亮"的主要成分,即形成茶湯"金圈"的主要物質,也是紅茶滋味強度與鮮度的重要成分;茶紅素是紅茶氧化產物中最多的一類物質,色深紅,是紅茶湯色的主體,對茶湯滋味與湯色濃度有重要影響。茶紅素和茶黃素進一步氧化聚合會形成茶褐素,色深褐,是造成紅茶湯色發暗、無收斂性的因素。
關於不同茶類加工製程與發酵程度,請參考文章[茶的基本分類-六大茶類 你認識多少?]。

8.芳香物質 (茶香之源)

茶葉中的芳香物質是茶葉中易揮發性物質的總稱。迄今為止,已分離鑑定的茶葉芳香物質約有700種,有的是在鮮葉生長過程中合成的,大部分是在茶葉加工過程中形成的;基本上,茶鮮葉中含有的香氣物質種類很少,大約80餘種;綠茶中有260餘種;紅茶中則有400多種。
茶葉芳香物質為多種不同成分組成的混合物,主要有:碳氫化合物、醇類、酮類、酸類、醛類、酯類、內酯類、酚類、過氧化物類、含硫化合物類、吡啶類、吡嗪類、喹啉類、芳胺類等十餘類。對光、熱、氧氣極敏感,易轉化為其他物質或起氧化加成作用,而失去香氣。
在茶鮮葉中香氣物質約佔0.03~0.05%(乾重),組成種類相對較少,成茶香氣的形成主要來自於製茶過程,尤其是部分發酵或全發酵茶的發酵氧化反應,經由茶葉自身酶促進氧化的程度、温度高低、發酵時間...等條件的不同,致使香氣成分在組成和比例上不同,而造就各種茶類獨特的香氣。
基本上,各茶類關鍵香氣的形成主要經由下列三個途徑
(1)水解:以糖苷形式存在的結合性香氣化合物,在酶作用下水解,香氣化合物游離出來,如橙花叔醇、香葉醇、芳樟醇等具花香、果香的化學成分。
(2)兒茶素鄰醌的聯偶氧化作用:在茶葉加工發酵(酶促氧化)過程中,兒茶素先被氧化生成鄰醌,同時引發氨基酸、胡蘿蔔素、脂肪酸的氧化降解,及一系列化學變化,而形成紫羅酮、醛類、醇類、酸類等具花香、果香、甜香的成分。
(3)熱作用:如綠茶加工經高温殺青鈍化酶的活性,使原料化學成分在熱作用下變化,以及乾燥過程中高温的[梅納反應],形成吡嗪、吡喃及吡咯類等具烘炒香,及醣醛類具焦甜香的化學成分。
  

[補充] 梅納反應(又稱非酶褐變反應),指還原糖(碳水化合物)與胺基酸/蛋白質在常溫或加熱時發生的一系列複雜反應,其結果是生成了棕黑色的大分子物質類黑精(或稱擬黑素);除產生類黑精外,反應過程中還會產生成百上千個有不同氣味的中間體分子,包括還原酮、醛和雜環化合物,這些物質提供了怡人的香味和誘人的色澤。

不同生態條件下,茶葉香氣組成存在差異,基本上,處於較優生態環境的茶葉中,醇類、酮類等香氣物質種類較多,而雜環類、酯類芳香物質種類較少。此外,施有機肥和大棚覆蓋的茶園,茶鮮葉中游離態、結合態醇系香氣含量及醇系香氣總量明顯提高。所以,透過改變茶園小氣侯,調節茶樹體內物質代謝,可改善茶樹芳香物質代謝,積累較多有利於香氣物質形成的前體,從而獲得香氣濃郁的優質茶葉。

9.酶

酶是具有催化能力的特殊蛋白質,是生物體內新陳代謝必不可少的物質
茶樹一生中經歷著生長、發育、開花、結果,其間茶樹不斷從外界環境中攝取各種有機和無機營養成分,進入機體後,經吸收、分解、氧化、合成,形成茶樹機體的結構及其組織中的營養物質,並參與能量代謝過程,及適應外界環境等,都需要通過各種生物化學變化來實現,而這些變化都必須要有酶的催化作用才能完成
  

是催化生物化學反應的一種催化劑,因此化學反應前後,酶本身沒有量的變化。

茶樹機體內,細胞內有一個連續的反應鏈,即前一個反應的產物恰好是後一個反應的底物;每一個反應均由酶參與,一旦第一個反應發生,以後的反應一個接一個地連續發生,直到終產物生成,這就是茶樹機體代謝中的多酶體系。它們在茶樹新陳代謝中進行著有序的、錯綜複雜的化學變化,構成了茶樹生命
一旦這個多酶系發生折散或逆變,則茶樹機體就失去活性。採摘後的茶鮮葉因正常代謝受阻,光合作用急遽下降,呼吸作用也隨葉子離體時間延長而下降,呼吸基質來源阻斷,此時多酶體系發生了逆變,酶的活性和方向發生了變化;人們利用酶的這種變化,控制其變化程度而製作出各種色、香、味俱佳的茶葉
如綠茶製程採摘後即高温殺菁,最早終止酶的活性;紅茶製程期間充分進行酶促氧化和降解等作用;而部分發酵茶則適當控制酶的作用程度。
目前茶樹機體中已發現的酶不下幾十種,主要酶類說明如下:
(1)氧化還原酶類
茶鮮葉中的氧化還原酶主要有:多酚氧化酶、過氧化物酶、醇脫氫酶、過氧化氫酶、細胞色素氧化酶、茶金屬蛋白酶、脂肪氧化酶...等。其中,多酚氧化酶過氧化物酶醇脫氫酶在製茶過程中對茶葉品質有重要影響。不同製茶技術,使多酚氧化酶的氧化還原作用程度不同,而形成不同的茶葉品質特點;而紅茶製程中,香葉醇等萜烯類芳香物質的氧化,環狀芳香醇類的氧化,轉化為紅茶的香氣物質,則與過氧化物酶的作用有關。醇脫氫酶則在製茶過程中,能氧化各種醇類成為醛和銅類。
(2)轉移酶類
能催化化合物中某些基團轉移的反應。茶樹生長發育中,根系在土壤中吸收氮肥後,只能形成丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸三種初生氨基酸,通過轉氨作用(氨基轉移酶催化),再形成其他二十多種氨基酸,供生長發育所需。此外,在製茶過程中(特別是紅茶製程),轉移酶對香氣物質的形成亦有催化作用。
(3)水解酶類
能催化某些物質加水分解成為這個物質的各個組成單位。水解酶類是數量最多的一種酶類,茶樹生長發育中,各種水解酶類都活躍存在,如:葉綠素酶、酯酶、肽酶、果膠甲酯酶、茶氨酸合成酶。
當鮮葉被採摘後正常的代謝受阻,喪失光合作用能力,光合強度急遽下降,呼吸作用在一定時間內加劇,呼吸基質消耗潰缺,這時茶鮮葉內的分解作用遠大於合成作用,各種水解酶活性增強,大分子有機物不斷被水解為小分子可溶有機物,以滿足呼吸作用的需要,並對形成茶葉品質打下基礎。例如綠茶製程,鮮葉適度攤放過程中,澱粉酶(水解糖苷)與蛋白質分解酶活性增強,可促進澱粉、蛋白質與肽類物質水解,對茶葉品質有積極作用。
(4)異構酶類
能催化同分異構物分子之間的相互轉變,即促進分子內部基團重新排列。這類酶在生物體代謝中,有積極的調節作用,受到代謝產物的濃度的變化來調節代謝速度,對代謝速度的控制,有十分重要的作用
(5)裂解酶類
又稱裂合酶,能催化一種化合物分裂為幾種化合物。種類很多,包括:碳—碳裂解酶類、碳—氧裂解酶類、碳—氮裂解酶類、碳—硫裂解酶類、磷—氧裂解酶類等。
酶促反應是一種化學反應,在一定範圍內,温度增加時化學反應速度也會隨之增加;但因酶本身是蛋白質,蛋白質在温度升高到某一點時會發生變性,當蛋白質開始變性時,酶的活性就不斷下降,酶促反應就會減慢,直到酶完全變性時,反應速度即變為零;所以,酶促反應有一個最適温度,在最適温度時,酶顯示出最大的活力,反應進行得最快,這一温度就是該酶的"最適温度"
而這個"最適温度"不是一成不變的,會因酶的種類、酶的純度、底物的數量、激活劑與抑制的存在等因素而不同;一般來說,植物體所含的酶,在50℃以下,其酶促反應速度會隨温度上升而加快。
酶的作用,對於茶樹新陳代謝(生命)有著重要影響,對於茶葉加工過程中形成各類茶色、香、味品質特點,更是重要影響因子。
關於六大茶類加工製程與發酵程度,請參考文章[茶的基本分類-六大茶類 你認識多少?]。
基本上,茶葉的水浸出物和茶多酚、咖啡鹼、氨基酸等物質,其含量由新梢頂芽至下部葉片是逐漸下降的(不論新梢伸長程度如何);而醣類物質(尤其是纖維素、澱粉等多醣)含量則是相反
下表3列出茶湯中的主要味覺感受物質,有澀、苦、鮮、甜、酸、鹹等六大類(澀是一種感覺不是味覺),茶湯滋味正是由這些味覺感受物質綜合協調組成的;茶葉內含物質的多寡,將直接影響茶湯滋味的表現。
茶葉化學成分 兒茶素 茶多酚 酶促反應 茶湯滋味

表3、茶湯中的主要呈味物質(資料整理自顧謙、陸錦時、葉寶存編著"茶葉化學"乙書)

|| 主要參考文獻 ||
1. [茶葉生物化學(第三版)],宛曉春主編,中國農業出版社,2003。
2. [茶葉生物化學],顧謙、陸錦時、葉寶存編著,中國科學技術大學出版社,2002。
3. [茶樹栽培學(第五版)],駱耀平主編,中國農業出版社,2015。
4. [製茶學:台灣茶類之製造生產],王慶裕著,新學林出版,2018。
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分類:學習

蟬蜒禪言茶館擔任店小二,熱愛學習、喜歡實事求是,對於茶除了愛喝外,更愛研究、探索它~這裡記錄了習茶過程中的心得、發現與體悟,與同好們分享。關於茶,還在持續學習的路上...

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