Dynamic Chemical and Flavor Changes in Black Tea During Fermentation

Význam tématu

Fermentace je klíčovým krokem při výrobě vysoce kvalitního černého čaje, během něhož dochází k rozsáhlým chemickým proměnám. Pochopení těchto procesů je zásadní pro optimalizaci chuti, aroma i nutriční hodnoty čaje.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem studie bylo použít netargetovaný metabolomický přístup s UHPLC-Q-TOF/MS k mapování dynamických změn méně těkavých metabolitů v listech čaje během 0–14hodinové fermentace. Analytický workflow zahrnoval měření v režimu TOF a cílenou analýzu MS/MS dat s následnou chemiometrickou analýzou.

Použitá metodika

Vzorky čerstvých čajových listů byly po sběru snižovány na vlhkost 65 % a fermentovány při 30 °C a 90 % RV po různých časových intervalech. Extrakce probíhala v roztoku metanol-voda (70/30, v/v), sonikací a centrifugací. Kvalitu analýzy sledovaly QC vzorky a interní standardy.

Použitá instrumentace

• UHPLC: Agilent 1290 Infinity s C18 kolónou ZORBAX Eclipse Plus (2,1×100 mm, 1,8 μm)
• Mass spektrometrie: Agilent 6540 Q-TOF s Dual Jet Stream ESI, režim pozitivní ionizace
• Softwarové nástroje: MassHunter Qualitative, MassHunter Profinder, Mass Profiler Professional

Hlavní výsledky a diskuse

- Z celkem >1 000 extrahovaných entit bylo po filtračním a statistickém zpracování vybráno 850 diferenciálních metabolitů.
- PCA ukázala postupnou změnu metabolomu čaje s délkou fermentace (PC1+PC2+PC3 vysvětlují ~85 % variability).
- Bylo identifikováno 62 klíčových sloučenin, včetně katechinů, dimerů katechinů, flavonol-glykosidů, aminokyselin, fenolických kyselin, alkaloidů a nukleosidů.
- Teplotní mapy ukázaly, že katechiny (EGCG, ECG, EGC aj.) rychle klesají během prvních 6 hodin, zatímco dimerizované produkty (theaflaviny, theasineniny) nejprve stoupají a poté rovněž klesají.
- Pearsonova korelace prokázala silnou souvislost mezi poklesem katechinů a narůstající hořkostí a svíravostí nálevu.

Přínosy a praktické využití metody

Netargetovaná UHPLC-Q-TOF/MS analýza poskytuje komplexní profil metabolitů během fermentace a umožňuje:

• monitorovat a optimalizovat fermentační podmínky
• řídit kvalitu a konzistenci finálního produktu
• identifikovat biologické ukazatele pro chuťové či nutriční vlastnosti

Budoucí trendy a možnosti využití

• integrace s kvantitativními metodami pro přesné stanovení klíčových markerů
• automatizace a real-time monitoring procesů ve výrobě
• rozšíření přístupu na jiné druhy čaje či potravinové fermentace
• vývoj prediktivních modelů kvality pomocí strojového učení

Závěr

Studie demonstrovala, že netargetovaný metabolomický přístup založený na UHPLC-Q-TOF/MS dokáže podrobně sledovat dynamiku >1 000 metabolitů během fermentace černého čaje a identifikovat 62 klíčových bioaktivních látek. Tyto poznatky přispívají k lepšímu řízení procesů výroby čaje a k optimalizaci jeho senzorických a nutričních parametrů.

Reference

1. Tan J, Dai W, Lu M et al. Study of the dynamic changes in the non-volatile chemical constituents of black tea during fermentation processing by a non-targeted metabolomics approach. Food Research Int. 79, 2016, 106–113.
2. Kuhnert N, Clifford MN, Müller A. Oxidative cascade reactions yielding polyhydroxy-theaflavins and theacitrins in the formation of black tea thearubigins: Evidence by tandem LC-MS. Food Func. 1(2), 2010, 180–199.
3. Kim MJ, John KMM, Choi JN et al. Changes in secondary metabolites of green tea during fermentation by Aspergillus oryzae and its effect on antioxidant potential. Food Res. Int. 53(2), 2013, 670–677.
4. Stodt UW, Engelhardt UH. Progress in the analysis of selected tea constituents over the past 20 years. Food Res. Int. 53(2), 2013, 636–648.
5. Stodt UW, Blauth N, Niemann S et al. Investigation of Processes in Black Tea Manufacture through Model Fermentation (Oxidation) Experiments. J Agric Food Chem. 2014, 62(31), 7854–7861.
6. Scharbert S, Hofmann T. Molecular Definition of Black Tea Taste by Means of Quantitative Studies, Taste Reconstitution, and Omission Experiments. J Agric Food Chem. 2005, 53(13), 5377–5384.
7. Yassin GH, Koek JH, Kuhnert N. Model system-based mechanistic studies of black tea thearubigin formation. Food Chem. 2015, 180, 272–279.