傅秀敏，唐勁馳，楊子銀

（1.中國科學(xué)院華南植物園，廣東 廣州 510650；2.廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所，廣東 廣州 510640）

植物類胡蘿卜素主要分布于植物細(xì)胞的葉綠體和有色體兩個亞細(xì)胞器中。在葉綠體中，類胡蘿卜素主要發(fā)揮光捕獲作用和光破壞防御功能［1-2］，其組成及比例比較保守［3-4］，主要積累葉黃質(zhì)（Lutein）、β-胡蘿卜素（β-carotene）、堇菜黃素（Violaxanthin）、花藥黃質(zhì)（Antheraxanthin）、玉米黃質(zhì)（Zeaxanthin）和新黃質(zhì)（Neoxanthin）。在有色體中，類胡蘿卜素使細(xì)胞和相應(yīng)組織呈紅色、橙色及黃色，主要起到吸引昆蟲進行授粉或傳播種子的作用［5］。相比葉綠體，有色體中類胡蘿卜素的種類較為豐富，且各組分間的比例與物種相關(guān)［6-10］。

目前研究類胡蘿卜素的合成及代謝主要集中在各物種的果實及花中，包括采前和采后階段［11］。在綠色組織方面的研究主要集中于模式植物擬南芥，主要關(guān)注其生長階段類胡蘿卜素在光合作用、生長發(fā)育及激素調(diào)控方面的作用，并利用其突變體對類胡蘿卜素途徑中的關(guān)鍵基因進行體內(nèi)的功能驗證［4］。茶樹為我國重要園藝經(jīng)濟作物之一，茶葉品質(zhì)是茶葉產(chǎn)品的核心價值，許多特征性代謝物包括多酚、氨基酸（尤其是茶氨酸）、香氣和色素類物質(zhì)（主要為葉綠素和類胡蘿卜素）對其品質(zhì)具有重要貢獻價值。類胡蘿卜素物質(zhì)在茶葉中除貢獻茶葉葉底顏色外，還是茶葉重要香氣物質(zhì)的前體物，尤其在茶葉加工過程中類胡蘿卜素會經(jīng)酶促或非酶促反應(yīng)降解生成具有花香味的香氣物質(zhì)。已有研究表明，類胡蘿卜素的含量和組成及其降解產(chǎn)物決定茶葉品質(zhì)［12-13］，其合成代謝與調(diào)控研究備受關(guān)注。

茶葉類胡蘿卜素在生長發(fā)育階段的形成機制與擬南芥類似，但也存在特殊性，如茶葉是多年生常綠木本植物，具有不同采收季節(jié)。此外，人們在食用茶葉前，需經(jīng)過一系列加工過程，且不同加工工藝可制成不同茶類。在模式植物擬南芥中，目前尚無采后加工對類胡蘿卜素合成代謝影響的研究，采后綠色組織中類胡蘿卜素的合成及代謝調(diào)控機制還有待進一步闡明。茶葉實際生產(chǎn)過程貫穿茶樹生長過程（采前階段）和茶葉加工過程（采后階段），茶葉類胡蘿卜素的研究將為深入了解采后綠色組織中類胡蘿卜素的合成及代謝調(diào)控機制提供基礎(chǔ)。鑒于類胡蘿卜素對茶葉品質(zhì)的重要貢獻，本文綜述了茶樹資源（綠色正常種和黃化或白化突變種）、茶樹生長環(huán)境（光和溫度）、農(nóng)藝措施（遮陰）及采后加工工藝（萎凋和干燥）對茶葉類胡蘿卜素合成及代謝的影響規(guī)律與調(diào)控機制，最后探討茶葉類胡蘿卜素的未來研究方向，為今后茶葉品質(zhì)改良提供一定的理論依據(jù)。

1 茶葉類胡蘿卜素的生物合成調(diào)控

1.1 胡蘿卜素在不同茶樹種質(zhì)資源中的積累機制差異

茶樹種質(zhì)資源豐富，除綠色品種外，還存在一些黃化或白化的突變品種。這些黃化或白化突變品種的葉片具有高氨基酸、低多酚的特性，其制成的茶葉品質(zhì)較高，被廣泛栽培［14-15］。由于黃化或白化茶樹品種的葉片不能積累葉綠素，類胡蘿卜素主要貢獻了這些突變品種的色澤，茶葉中許多類胡蘿卜素研究都以這些突變品種作為研究材料。Wang 等［16］比較了正常綠色品種龍井43 和黃化品種中黃2 號的類胡蘿卜素含量，發(fā)現(xiàn)黃化品種中β-胡蘿卜素、葉黃質(zhì)含量顯著低于綠色品種，僅為綠色品種中含量的88.6%、48.8%［16］，通過進一步電鏡觀察發(fā)現(xiàn)黃化種的葉綠體基粒結(jié)構(gòu)已發(fā)生降解。Feng 等［17］比較了正常綠色品種福鼎大白茶和4 個黃化品種安吉白茶、黃金芽、天臺黃茶和郁金香的類胡蘿卜素含量，發(fā)現(xiàn)4 個黃化種的總類胡蘿卜素含量都顯著低于綠色正常種。除玉米黃質(zhì)在4 個黃化品種中含量高于綠色對照種外，葉黃質(zhì)、β-胡蘿卜素和堇菜黃素含量均顯著低于綠色品種。李明等［18］同樣發(fā)現(xiàn)光照敏感型黃化茶葉御金香和溫度敏感型白化茶葉白葉一號的類胡蘿卜素總含量均顯著低于綠色對照品種福鼎大白茶?？梢姡S化或白化突變種伴隨著葉綠體結(jié)構(gòu)的瓦解，不但葉綠素含量下降，類胡蘿卜素含量也顯著下降。

在植物類胡蘿卜素研究中，八氫番茄紅素脫氫酶PDS 功能的缺失或基因的低表達水平導(dǎo)致植株黃化白化［19］。李娜娜等［20］比較了茶樹CsPDS在黃化品種黃金芽和正常綠色品種福鼎大白茶中的轉(zhuǎn)錄水平，發(fā)現(xiàn)其表達水平在黃金芽中并未受到抑制，推測該基因不是黃金芽黃化和類胡蘿卜素含量低的主要原因。Li 等［21］進一步比較了黃金芽和福鼎大白茶中茶葉類胡蘿卜素合成途徑上游1-脫氧-D-木酮糖-5-磷酸合酶基因DXS 3個成員（DXS1、DXS2 和DXS3）和下游合成基因包括八氫番茄紅素合成酶（PSY）、八氫番茄紅素去飽和酶（PDS）、ζ-胡蘿卜素去飽和酶（ZDS）、番茄紅素ε 環(huán)化酶（LCYE）、番茄紅素β 環(huán)化酶（LCYB）、胡蘿卜素ε 羥化酶（LUT1）、玉米黃質(zhì)環(huán)氧酶（ZEP）和堇菜黃素脫環(huán)氧酶（VDE）的轉(zhuǎn)錄水平，發(fā)現(xiàn)只有DXS 的3 個成員在黃化種中的表達量極顯著低于綠色正常種，推測其低表達量與黃化品種中類胡蘿卜素含量低有關(guān)。Zheng等［22］以茶樹品種水仙及其黃化突變體為試材，也發(fā)現(xiàn)黃化突變種的類胡蘿卜素含量顯著低于綠色品種對照，并通過轉(zhuǎn)錄組學(xué)手段發(fā)現(xiàn)類胡蘿卜素合成上游基因CsDXS基因和香葉基香葉基二磷酸合酶CsGGPS基因的表達量顯著低于綠色品種對照，其表達量水平也與類胡蘿卜素含量呈正相關(guān)。綜上分析可知，盡管類胡蘿卜素是黃化突變種中的主要色澤貢獻物質(zhì)，但其在黃化種中含量低于綠色種。此外，類胡蘿卜素合成的上游基因CsDXS和CsGGPS基因的表達量低可能是黃化品種中類胡蘿卜素積累少的部分原因（圖1）。

圖1 茶樹采前及采后類胡蘿卜素的合成及代謝調(diào)控Fig.1 The biosynthesis and metabolism regulation of carotenoids in tea plants during the stage of growth and post-harvest processing

雖然類胡蘿卜素的組成在綠色組織中比較保守，但其含量在不同物種或品種中不同［23-24］。Wang 等［25］比較了來自4 個國家（中國、日本、肯尼亞和格魯吉亞）的119 份茶樹種質(zhì)資源（包括79 份Camellia.sinensisvar.sinensis、18 份C.sinensisvar.assamica和22 份C.sinensisvar.pubilimba）的類胡蘿卜素含量，發(fā)現(xiàn)不同種質(zhì)資源間類胡蘿卜素含量分布存在顯著差異，β-胡蘿卜素和葉黃素含量最高的種質(zhì)資源分別為含量最低種質(zhì)資源的42.1 倍和16.3 倍。Wei 等［26］分析了我國3 個產(chǎn)區(qū)31 個茶樹品種的類胡蘿卜素含量，這些品種類胡蘿卜素總量為324.8～528.8 μg/g，且遺傳因素對類胡蘿卜素含量的影響比栽培環(huán)境更大。陳麗等［27］發(fā)現(xiàn)37 個不同適制性茶樹品種的類胡蘿卜素組成及含量存在顯著差異，而同一適制性茶樹品種間具有相同的分布規(guī)律。上述研究表明，類胡蘿卜素在茶葉上的分布具有豐富的資源多樣性，且在不同適制性的茶葉品種上具有一定關(guān)聯(lián)性。

茶樹主要分為中國種和阿薩姆種兩大類。Borthakur 等［28］研究發(fā)現(xiàn)中國小葉種（龍井43）茶葉組織中類胡蘿卜素總含量高于阿薩姆大葉種（玉蘭）。Venkatakrishna［29］發(fā)現(xiàn)類胡蘿素含量在中國種（Thea sinensis）中的含量是阿薩姆種（Thea assamica）兩倍左右。Ravichandran 等［30］也發(fā)現(xiàn)中國種茶葉的類胡蘿卜素含量高于阿薩姆種，表明如果增加茶葉內(nèi)源性類胡蘿卜素的含量會提升茶葉香氣風(fēng)味品質(zhì)指數(shù)，且通過合理施肥會促進類胡蘿卜素積累。綜上可知，中國種茶葉的類胡蘿卜素含量普遍高于阿薩姆種，其類胡蘿卜素含量差異積累的機制尚不明確。

除種質(zhì)資源影響外，不同成熟階段的茶樹葉片中類胡蘿卜素含量存在差異，這點與其他植物類似［31］。Venkatakrishna 等［32］研究發(fā)現(xiàn)類胡蘿卜素含量和組成在茶樹葉片不同發(fā)育階段不同；類胡蘿卜素含量隨葉片成熟度增加呈增加趨勢，第一葉的類胡蘿卜素含量每100 g 僅為25.42 mg，而成熟葉中類胡蘿卜素含量每100 g達到126.08 mg。除含量差異外，類胡蘿卜素組成也存在差異；葉黃素比例在幼嫩葉片中較高，從幼嫩葉組織的胡蘿卜素和葉黃素比值（1∶2.5）降到成熟葉片的1∶1.3。不同成熟度的茶葉加工后呈現(xiàn)不同香型，類胡蘿卜素來源的香氣物質(zhì)可能是其香型的重要影響因子。而目前成熟度對茶葉類胡蘿卜素含量及組成的影響機制還未明確，有待進一步研究。

1.2 茶葉采前階段外界環(huán)境因子對類胡蘿卜素積累的影響

1.2.1 光 已有大量研究證實，植物類胡蘿卜素的積累可受光調(diào)控［11］。在茶樹中，正常的綠色茶樹品種在進行遮陰處理后，葉片顏色變得更綠，類胡蘿卜素含量也會積累更多。Sonobe 等［33］采用不同遮陰處理（0%、35%、75%和90%）發(fā)現(xiàn)，類胡蘿卜素含量隨遮陰程度加重而增加。此外，研究發(fā)現(xiàn)更多的類胡蘿卜素積累會對加工后茶的風(fēng)味產(chǎn)生影響。例如，日本的Kabuse-cha 茶具有一種特征性香氣物質(zhì)‘Ooika’，Kawakam 等［34］研究發(fā)現(xiàn)，‘Ooika’可能是一種類胡蘿卜素來源的香氣物質(zhì)，這是由于Kabuse-cha 茶原料來自遮陰處理的鮮葉加工而成，該茶含有較高的類胡蘿卜素含量及類胡蘿卜素來源的香氣物質(zhì)。除光照強度影響茶葉的類胡蘿卜素積累外，光質(zhì)也會參與影響茶葉類胡蘿卜素積累，如單一藍光處理會促進茶葉類胡蘿卜素含量增加［35］。

光是影響光敏感型茶樹葉片表型及代謝物積累的重要環(huán)境因子，光照對類胡蘿卜素積累調(diào)控機制的研究主要以光敏感型茶樹為材料。李明等［18］研究發(fā)現(xiàn)，茶樹光敏感型品系（黃-2、黃-8和黃-13）的類胡蘿卜素含量顯著低于綠色對照種（福鼎大白茶）；茶樹光敏感型品系在進行遮陰處理后可顯著提高類胡蘿卜素含量，但仍低于正常綠色種；遮陰處理顯著提高茶樹光敏感型品系的β-胡蘿卜素和新黃質(zhì)含量，對新黃質(zhì)含量無顯著影響，但顯著降低紫黃質(zhì)（堇菜黃素）含量。范延艮［36］研究發(fā)現(xiàn)，光敏感型黃化品種黃金芽在遮陰處理后堇菜黃素含量上升，而環(huán)氧玉米黃質(zhì)含量降低，表明遮陰后葉黃素循環(huán)降低；對黃金芽進行遮陰處理后，同樣發(fā)現(xiàn)遮陰后黃金芽葉片返綠，類胡蘿卜素含量增加；進一步通過轉(zhuǎn)錄組和基因表達水平分析，發(fā)現(xiàn)類胡蘿卜素合成和代謝相關(guān)基因PSY、PDS、ZDS、LCYE、LCYB、ZEP、VDE以及胡蘿卜素ε 羥化酶（BCH）、胡蘿卜素ε 羥化酶（ECH）和類胡蘿卜素裂解雙加氧酶（CCD1、CCD4 和CCD8）的轉(zhuǎn)錄水平在遮陰后均被上調(diào)，與類胡蘿卜素含量呈正相關(guān)［37］。

1.2.2 溫度 溫度是影響溫度敏感型茶樹幼葉表型及代謝物積累的重要環(huán)境因子之一，研究溫度對茶葉類胡蘿卜素積累的影響主要以溫度敏感型茶樹品種為材料［38］。小雪芽為溫度敏感型茶樹品種，在生長溫度15℃條件下新抽出的嫩梢為白色，是葉綠素和類胡蘿卜素缺乏導(dǎo)致［39］。Du 等［40］研究發(fā)現(xiàn)，小雪芽在15℃生長環(huán)境中葉片的類胡蘿卜素含量極顯著低于25℃下（僅為其3%）；而在綠色對照種中，雖然低溫會抑制其類胡蘿卜素的積累，但在15℃下類胡蘿卜素含量的下降幅度為25℃下的50%左右。通過葉綠素和類胡蘿卜素相關(guān)基因的表達分析，發(fā)現(xiàn)參與葉黃素循環(huán)的VDE基因在15℃低溫處理的小雪芽品種中，其表達量被顯著抑制。鄧婷婷［41］比較了另一個溫度敏感型茶樹安吉白茶在15、19、23℃處理條件下類胡蘿卜素相關(guān)基因的表達量，發(fā)現(xiàn)PSY、PDS3、ZDS、LCYB、LCYE和VDE的表達量在15℃條件下的白化階段均受到抑制。上述研究表明，溫度是影響茶葉類胡蘿卜素積累的一個關(guān)鍵因子（圖1），低溫會通過抑制類胡蘿卜素合成關(guān)鍵基因的表達量促使類胡蘿卜素含量下降，尤其是對溫度敏感型的茶樹。

1.2.3 季節(jié) 根據(jù)采收季節(jié)的不同，茶葉可分為春茶、夏茶、秋茶及冬茶，一般以春茶的品質(zhì)最佳。Borthakur等［28］發(fā)現(xiàn)浙江兩個茶樹品種玉蘭和龍井43葉片在不同季節(jié)中類胡蘿卜素含量不同，且兩個品種的類胡蘿卜素含量隨季節(jié)變化呈不同的變化規(guī)律；玉蘭在春季葉片的類胡蘿卜素含量最高、夏季茶葉含量最低，而龍井43在夏季茶葉中的類胡蘿卜素含量最高、在春季葉片含量最低；進一步對PSY基因的表達量分析發(fā)現(xiàn)，該基因的轉(zhuǎn)錄水平在兩個品種中均隨不同季節(jié)變化，且與類胡蘿卜素含量呈現(xiàn)較好的相關(guān)性（圖1）。Hazarika等對印度4個具有遺傳背景差異的茶樹品種〔C.sinensis（L.）O.Kuntze；C.assamica（Masters）Weitht；C.assamica‘Cambod’和C.sinensis,hybrid〕進行不同季節(jié)間的類胡蘿卜素含量比較研究，也發(fā)現(xiàn)類胡蘿卜素含量隨季節(jié)變化而變化，且均在春季茶葉（4月）中含量最高［42］。此研究結(jié)果表明，該4個品種均具有相同的季節(jié)響應(yīng)模式，這與Borthakur等［28］研究發(fā)現(xiàn)的季節(jié)響應(yīng)模式略有不同。這可能與兩個研究選取茶樹樣本種植區(qū)域的環(huán)境或品種差異相關(guān)。在環(huán)境方面，印度和我國浙江兩個地方緯度相差較大，四季氣候環(huán)境存在顯著差異。印度為熱帶季風(fēng)氣候，4月平均溫度達22～35℃，而浙江為亞熱帶季風(fēng)氣候，春季茶（4月）平均溫度為14～24℃，兩地約相差10℃。光照和溫度是不同季節(jié)間的主要差異因素，兩者如何協(xié)同調(diào)控茶葉類胡蘿卜素積累的分子機制有待進一步研究。

2 茶葉類胡蘿卜素的代謝調(diào)控

植物體內(nèi)類胡蘿卜素可被氧化裂解生成脫輔基類胡蘿卜素，如9-順-環(huán)氧類胡蘿卜素（9-順-堇菜黃素和9-順-新黃質(zhì)）經(jīng)9-順-環(huán)氧類胡蘿卜素雙加氧酶NCEDs 裂解等步驟產(chǎn)生脫落酸ABA；β-胡蘿卜素經(jīng)CCD7 和CCD8 氧化裂解產(chǎn)生獨腳金內(nèi)酯；番茄紅素、β-胡蘿卜素和α-胡蘿卜素又可被CCD1 和CCD4 氧化裂解產(chǎn)生各種香氣物質(zhì)（如假紫羅酮、β-紫羅酮和α-紫羅酮等）［43］。由于類胡蘿卜素降解的香氣產(chǎn)物如β-紫羅酮和大馬士酮（Damascenone）的氣味感知閾值極低，分別為0.2、0.004 μg/L，對茶葉品質(zhì)具有重要貢獻［44］。目前茶葉中類胡蘿卜素代謝路徑的研究主要集中在類胡蘿卜素氧化裂解生成香氣物質(zhì)通路，主要包括加工過程中的酶促反應(yīng)和非酶促反應(yīng)［45］。

2.1 茶葉采后加工過程中類胡蘿卜素的酶促反應(yīng)降解

目前很多研究已明確指出，在制茶過程中尤其是萎凋和發(fā)酵階段，類胡蘿卜素是形成茶葉香氣的重要前提物質(zhì)［46］。研究發(fā)現(xiàn)，堇菜黃素和新黃質(zhì)含量在茶葉萎凋過程中急劇下降，而β-胡蘿卜素和葉黃質(zhì)含量則在發(fā)酵過程顯著減少，并提出紅茶香氣的形成與類胡蘿卜素降解密切相關(guān)。類胡蘿卜素降解主要發(fā)生在紅茶發(fā)酵過程中，降解生成系列香氣物質(zhì)，如貢獻紅茶香氣的重要物質(zhì)β-紫羅酮［42,45］。Sanderson 等［47］通過模擬法實驗證實，與氧化的兒茶素物質(zhì)一起進行干燥時，β-胡蘿卜素會降解生成β-紫羅酮。各種氧化酶和裂解酶會參與茶葉發(fā)酵階段中類胡蘿卜素的降解。有研究者從日本的秋季茶葉中分離獲得類胡蘿卜素裂解酶CCD，該酶最佳酶活溫度接近70℃，最佳pH 值為7.4；并發(fā)現(xiàn)春季茶葉中的CCD 活性與秋季茶葉中的酶活存在差異［48］。Felfe 等［49］發(fā)現(xiàn)，CCD 蛋白在茶葉體內(nèi)存在二級磷酸化修飾，秋季茶CCD 蛋白的磷酸化水平高于春季茶，可能導(dǎo)致春季茶分離到的CCD 蛋白（Km=9.45 μmol/L）和秋季茶的CCD蛋白（Km=17.16 μmol/L）呈現(xiàn)不同的酶活特性。今后研究可進一步探討CCD 蛋白的磷酸化修飾不同是否會引起春茶和秋茶在茶葉加工過程中β-紫羅酮的積累差異。

植物中的CCD 有許多基因家族成員，它們具有不同功能。體內(nèi)及體外功能驗證表明，在大部分植物中，CCD1、CCD4 和CCD7 具有氧化裂解多種類胡蘿卜素生成具有花果香的β-紫羅酮、α-紫羅酮、香葉基丙酮和二氫海葵內(nèi)酯等香氣物質(zhì)［43,50-52］的功能。王贊等［53］通過同源克隆及轉(zhuǎn)錄水平分析，發(fā)現(xiàn)茶葉中的CCD1和CCD4基因表達水平具有組織特異性，并在烏龍茶做青過程中其轉(zhuǎn)錄水平發(fā)生變化，由此推測這兩個基因可能參與了烏龍茶花果香味的形成。Wang 等［54］監(jiān)測了茶葉萎凋過程中β-紫羅酮的含量，根據(jù)其含量與CCD基因表達的相關(guān)性篩選到CCD4 成員；在β-胡蘿卜素積累的菌株中表達該基因，發(fā)現(xiàn)該菌株可以降解β-胡蘿卜素形成β-紫羅酮，推測該成員具有以β-胡蘿卜素為底物催化生成β-紫羅酮的功能；進一步研究發(fā)現(xiàn)，該基因的轉(zhuǎn)錄水平受溫度和機械傷脅迫調(diào)控，但不受失水脅迫誘導(dǎo)。該研究團隊隨后又篩選到可受失水脅迫響應(yīng)的CsCCD1a 成員，同樣具有催化β-胡蘿卜素形成β-紫羅酮的作用，推測CCD1a與CCD4基因成員在茶葉萎凋過程中共同參與裂解β-胡蘿卜素生成β-紫羅酮，最終貢獻了茶葉中的花果香味［55］。上述研究結(jié)果表明，茶葉中的CCD參與采后茶葉類胡蘿卜素裂解生成香氣的作用（圖1）。除CCD1和CCD4外，CCD7也被報道具有裂解β-胡蘿卜素生成β-紫羅酮的作用［43］，然而茶葉中CCD7的功能尚不清楚，有待于進一步研究。

2.2 茶葉采后加工過程中類胡蘿卜素的非酶促反應(yīng)降解

除酶促反應(yīng)外，高溫條件下類胡蘿卜素會發(fā)生非酶促反應(yīng)進而降解。干燥是制茶工藝中的重要工序。干燥過程溫度高，茶葉含水量急劇降至約3%，酶促反應(yīng)也被終止，同時類胡蘿卜素（尤其是胡蘿卜素和葉黃質(zhì)）含量也顯著降低［56］。此外，研究表明茶葉在高溫沖泡過程中會損失約10%的類胡蘿卜素［29］。日本學(xué)者對β-胡蘿卜素單獨進行加熱后發(fā)現(xiàn)其可形成10 種香氣物質(zhì)，包括二氫獼猴桃內(nèi)酯和β-紫羅酮［57］。Kanasawud 等［58］發(fā)現(xiàn)β-胡蘿卜素在97 ℃溶液中放置3 h 后可降解生成50 多種香氣物質(zhì)。上述研究表明，在茶葉加工過程的干燥工序和高溫沖泡茶葉過程中，各種類胡蘿卜素會被裂解成β-紫羅酮、α-紫羅酮、芳樟醇、二氫獼猴桃內(nèi)酯和茶香螺酮等萜烯類香氣物質(zhì)。這些香氣物質(zhì)貢獻了部分茶葉香氣中的果香味，如β-紫羅酮和二氫獼猴桃內(nèi)酯是烏龍茶和紅茶花果香的重要貢獻因子［59］。

大馬士酮是類胡蘿卜素降解形成的另一重要香氣物質(zhì)，常見于加工食品和飲料中，為酒精飲料中的風(fēng)味成分，常見于葡萄酒中［60］。該香氣物質(zhì)在綠茶和紅茶中主要貢獻類似水果和蜂蜜的香氣特征，濃度很低，但氣味感知閾值極低（0.004 μg/L），在一些成品茶和茶飲料的風(fēng)味中發(fā)揮重要作用［61-63］。在新鮮采摘的茶樹葉片中，大馬士酮基本檢測不到（低于檢出限），而在成品茶和茶飲品（尤其罐裝或瓶裝茶飲料）中可檢測到一定的量［44］。已有研究表明，在紅茶和綠茶加工過程中，類胡蘿卜素含量呈降低趨勢［34,42,64］，其原因可能是經(jīng)過加工過程的系列反應(yīng)，茶鮮葉中的類胡蘿卜素降解成大馬士酮等香氣物質(zhì)［61-62,65-66］。類胡蘿卜素降解形成大馬士酮存在兩種方式，一是酶促反應(yīng)，首先C-9 和C-10雙鍵之間的雙加氧酶裂解新黃質(zhì)，得到蚱蜢酮，這種酮經(jīng)酶轉(zhuǎn)化為聯(lián)烯三醇（即大馬士酮的前體物質(zhì)）；然后聯(lián)烯三醇經(jīng)酸性催化發(fā)生脫水反應(yīng)生成大馬士酮。二是非酶促反應(yīng)，大馬士酮可以直接來源于新黃質(zhì)的非酶促反應(yīng)降解，如茶葉加工過程中可能存在的熱降解或氧化、酸性條件等均能促使該非酶促反應(yīng)的發(fā)生［67］。從成品茶制成茶飲品過程中，大馬士酮含量會顯著增加。例如，Schuh 等［62］對紅茶干茶和熱水浸提液的香氣成分進行比較分析，結(jié)果表明即使在95℃熱水中浸泡相對較短時間（150 s），大馬士酮含量也能提高約30%。相比之下，在罐裝或瓶裝茶飲料生產(chǎn)過程中，一般采用更高溫度（120～140℃）加熱數(shù)十秒至數(shù)分鐘進行高溫滅菌［68］，此過程會促使大馬士酮含量顯著增加［69-70］，其主要原因可能是大馬士酮的糖苷結(jié)合態(tài)前體物質(zhì)發(fā)生水解反應(yīng)形成大馬士酮［72］，該反應(yīng)需要在特定條件下發(fā)生。在體外單體模擬實驗中，4 種糖苷結(jié)合態(tài)前體物質(zhì)在強酸性（pH 2.0）和高溫（90℃）下可以水解形成大馬士酮，而在微酸性（pH 5.4）條件下則不能［71］。Kinoshita 等［71］模擬生產(chǎn)罐裝或瓶裝綠茶飲料條件下（pH 5.4、120℃）處理10 min，卻在綠茶提取液中檢測到大馬士酮生成；當(dāng)添加4 種大馬士酮的糖苷結(jié)合態(tài)前體物質(zhì)于綠茶提取液，相同條件處理會產(chǎn)生更多大馬士酮；當(dāng)無綠茶提取液存在時，4 種前體物質(zhì)進行相同處理，未檢測到大馬士酮。由此推測，在罐裝或瓶裝茶飲料生產(chǎn)過程中，除高溫和pH 外，茶飲料中其他存在的未知物質(zhì)可能也會影響大馬士酮的糖苷結(jié)合態(tài)前體物質(zhì)水解形成大馬士酮，該推測需更多實驗證實［44］。綜上研究表明，類胡蘿卜素降解形成大馬士酮物質(zhì)主要發(fā)生在茶葉加工和茶飲料生產(chǎn)過程，且糖苷體結(jié)合的大馬士酮前體物質(zhì)非酶促水解是其中涉及的重要反應(yīng)（圖1）。

目前β-胡蘿卜素在茶葉加工過程中降解形成香氣已基本清楚，由于茶葉的加工種類和程序較復(fù)雜，下一步研究可針對茶葉干燥和沖泡的溫度和時間條件進行模擬，探明茶葉中幾種主要類胡蘿卜素（如葉黃質(zhì)、新黃質(zhì)、α-胡蘿卜素和堇菜黃素）轉(zhuǎn)換成的香氣物質(zhì)，明確各種胡蘿卜素在茶葉高溫加工過程中的降解產(chǎn)物，可為進一步改進茶葉加工工藝及飲用方式、提升茶葉品質(zhì)提供理論基礎(chǔ)。

3 展望

3.1 類胡蘿卜素在茶樹中的生物學(xué)功能

類胡蘿卜素作為代謝物在植物中具有重要生物功能，是植物重要激素ABA 和獨腳金內(nèi)酯的前體物質(zhì)。大量研究表明，ABA 可參與植物生長發(fā)育和逆境脅迫響應(yīng)的重要調(diào)控過程［72］。在小麥中發(fā)現(xiàn)高ABA 含量的品種抗旱能力更強［73］。在茶樹中，是否高類胡蘿卜素含量對應(yīng)高ABA 含量目前還未明確，下一步研究可對茶樹資源進行類胡蘿卜素和ABA 相關(guān)性進行篩查，并觀察其抗脅迫能力。另外，類胡蘿卜素含量不同的茶樹品種在應(yīng)對高溫、干旱、低溫及病蟲害脅迫時，響應(yīng)程度是否存在差異，有待進一步深入研究。

3.2 茶葉類胡蘿卜素合成與代謝關(guān)鍵基因功能驗證及調(diào)控研究

茶葉中關(guān)于類胡蘿卜素的研究主要集中在含量及組分分析，以及不同品種間的差異或不同處理后的變化方面。在分子機理方面，主要采用轉(zhuǎn)錄組和實時定量PCR 的方法對茶葉中類胡蘿卜素合成及代謝同源基因的表達水平進行分析。目前對茶葉類胡蘿卜素關(guān)鍵基因的功能驗證及調(diào)控機制研究還比較薄弱。雖然茶葉中的類胡蘿卜素合成及代謝相關(guān)基因（CsLCYB、CsLCYE、CsCCD1和CsCCD4）已在類胡蘿卜素工程菌中進行了功能驗證［54-55,74］，但這些基因的體內(nèi)功能和類胡蘿卜素合成代謝途徑的其他基因功能仍需進一步明確，此外結(jié)構(gòu)基因的上游調(diào)控因子也有待進一步發(fā)掘與鑒定。這些信息將為茶樹種質(zhì)資源創(chuàng)制和茶葉加工品質(zhì)調(diào)控提供必要的理論基礎(chǔ)。

3.3 茶葉類胡蘿卜素與其他代謝物合成代謝途徑的交互關(guān)系

越來越多研究表明，植物中的各代謝途徑并不是孤立存在的，而是存在交互作用。例如，遮陰處理后茶葉呈現(xiàn)出高色素物質(zhì)（葉綠素和類胡蘿卜素）和高游離氨基酸的積累現(xiàn)象［75］；黃化或白化的茶樹品種盡管葉綠體結(jié)構(gòu)不完整，但含有較高的氨基酸［76］。根據(jù)表型及生理數(shù)據(jù)推測在茶葉中質(zhì)體的發(fā)育或變化往往與色素積累、氨基酸及蛋白含量呈高度相關(guān)性，但其內(nèi)在的精確調(diào)控及分流機制仍需進一步研究。

總體而言，目前茶葉中類胡蘿卜素的研究在生理或生化水平方面已取得較好進展，然而在分子調(diào)控機制方面的研究仍需進一步加強。此外，類胡蘿卜素在茶葉采前階段、采后加工階段、深加工階段和沖泡過程的動態(tài)變化與轉(zhuǎn)化規(guī)律需進一步研究，從而為茶葉品質(zhì)的精準(zhǔn)調(diào)控和定向改良提供理論參數(shù)。