黄俊远|刘晨豪|苏一琳|赵一清|钱志涵|孙文松|陈建平|卢莉|潘莉|杜冰
中国华南农业大学食品科学学院，广州
摘要
六堡茶的传统堆发酵过程主要依赖茶叶自身的内源性成分作为微生物活动的营养来源。本研究探讨了在堆发酵过程中添加糖化Polygonatum溶液作为额外可发酵基质的效果，以考察其对微生物演替以及与颜色、味道和风味相关代谢物形成的影响。微生物组分析显示，添加Polygonatum与微生物的早期重组有关，同时伴随着Staphylococcus和Thermomyces等显著菌属的早期变化。在相同的堆发酵条件下，添加Polygonatum的茶堆表现出苦味的更快缓解、更早转变为特征性的鲜红色茶汤，并且在挥发性化合物方面表现出明显的治疗相关差异。非挥发性成分的分析进一步表明，添加Polygonatum的茶堆中茶褐素的积累更早，最终含量更高，同时儿茶素衍生物的色素转化也发生了变化。综上所述，这些结果表明，添加糖化Polygonatum与六堡茶堆发酵过程中的微生物和化学变化密切相关，为在实际堆发酵条件下研究Polygonatum对黑茶发酵的影响提供了有用的依据。
引言
六堡茶（LT）是一种著名的中国黑茶，主要产于中国南部的广西壮族自治区梧州市。它以独特的醇厚风味、卓越的品质和据称的健康益处而闻名（Feng等人，2023年）。2022年，梧州六堡茶被评为中国三大最具品牌影响力的茶叶之一（Lu等人，2025年）。传统上，茶叶经过卷曲处理后会被湿润并堆放在竹篮中，在温暖潮湿的条件下定期翻动数周，直至干燥和陈化。在此过程中，茶堆会自我加热，其中的微生物保持活跃状态。这种堆发酵过程塑造了六堡茶独特的感官特征，内源性酶和微生物代谢共同驱动了茶叶化学成分的广泛转化，从而决定了其颜色、香气和味道（Green等人，2019年；Lu等人，2025年）。关键反应包括儿茶素逐步氧化和缩合形成高分子量的茶褐素。茶褐素不仅是茶汤呈现红棕色的主要原因，也是其醇厚味道的来源（Y. Li等人，2022年；Lu等人，2025年），同时越来越多的研究认为它们是黑茶健康促进作用的关键生物活性大分子，如调节肠道微生物群和降低血脂（Huang等人，2019年）。
近年来，关于六堡茶的研究集中在堆发酵过程中的风味化学、微生物演替和非挥发性成分的变化以及加工变量上。对挥发性化合物的阶段分析表明，不同的发酵制度和后处理步骤（如烘焙）可以显著改变香气特征和感官属性（Liang等人，2024年；Zhou等人，2024年）。Long等人（2023年）跟踪了不同加工阶段细菌和真菌的动态变化及其对品质属性的影响（Long等人，2023年）。对六堡茶堆的阶段分析通常显示，Aspergillus是早期和持续存在的子囊菌优势菌属，而耐热的Thermomyces和Rasamsonia则从中间阶段开始增加。这些阶段性的变化表明，核心微生物群的演替与茶叶色素和风味相关化合物的转化密切相关。在细菌方面，随着温度和酸度的升高，微生物群从环境中的Proteobacteria（如Pseudomonas和Sphingomonas）向耐热和耐盐的Firmicutes/Actinobacteria（如Staphylococcus、Brevibacterium和Brachybacterium）转变，同时茶汤颜色变为红色且味道变得更加醇厚（Lu等人，2025年）。此外，非挥发性代谢组学研究表明，儿茶素氧化缩合形成茶红素和茶褐素与茶汤的红色和醇厚味道密切相关（Y. Li等人，2025年；H. Liu等人，2024年）。总体而言，这些发现表明六堡茶的风味受到微生物演替和加工条件的影响，以及儿茶素的色素转化和挥发性成分的变化。更广泛地说，最近的研究表明，通过控制底物输入或相关干预可以调节微生物演替，从而影响食品系统中的发酵过程和品质形成（Arrigan等人，2024年；Kamble等人，2025年）。
然而，传统的六堡茶堆发酵过程主要依赖茶叶自身的内源性成分作为微生物活动的营养来源。以往关于黑茶及相关发酵食品系统的研究表明，底物组成、可发酵碳的可用性和堆发酵条件与微生物演替和代谢物转化密切相关，这表明营养环境可能影响堆发酵过程中品质形成的速度和程度（Guo等人，2025年；K. Liu等人，2023年）。在这种情况下，传统堆发酵过程中缺乏额外的可发酵基质可能会影响微生物活动和前体物质的转化，尽管这一可能性在六堡茶中尚未得到系统研究。例如，最近关于康普茶的研究表明，除了传统茶叶外，还可以加入各种提取物（如草药、水果、牛奶和农业工业副产品）来改变发酵行为和产品特性（Sanwal等人，2023年）。此外，Gao等人报告称，将黑茶浸泡液与水开菲尔和Eurotium cristatum共同发酵显著改变了微生物群落，提高了香气复杂性和味道平衡，突显了底物介导的干预在茶叶发酵系统中的潜力（Gao等人，2025年）。然而，将这些食品材料系统地应用于黑茶的固态堆发酵过程中，特别是为了引导微生物演替和品质形成，目前仍然有限。
Polygonatum属植物包括Polygonatum kingianum Coll. Et Hemsl.、Polygonatum sibiricum Red.或Polygonatum cyrtonema Hua。作为一种公认的可食用和药用植物，Polygonatum因其高糖含量而受到越来越多的研究关注，尤其是其中的菊粉型果聚糖和其他富含果糖的多糖，在糖化条件下可以很容易地水解为低分子量糖。我们之前的研究表明，糖化后的Polygonatum溶液含有51.32%的总糖分，其中包含大量的还原糖。它还提供了25.22%的多糖，这些多糖在糖化过程中可以水解为低分子量碳水化合物，从而为堆发酵过程中的微生物活动提供可发酵碳（Y. Li等人，2024年）。除了作为补充碳源外，利用这种功能性植物提取物来强化茶叶发酵是一种协同发酵的方法。基于这些考虑，我们假设将糖化后的Polygonatum溶液引入六堡茶堆可能会改变微生物演替，并伴随色素、风味相关化合物和挥发性代谢物的变化。我们进一步预期这种干预可能会影响与颜色和风味发展相关的化学转化的时间。因此，我们使用了16S rRNA基因和ITS区域的高通量测序来追踪和比较每个关键翻堆阶段的细菌和真菌群落的动态变化。同时，我们使用标准仪器分析了基本成分、颜色、味道属性和挥发性成分。这种设计使我们能够在当前的发酵条件下比较强化堆和传统堆中的微生物和化学变化。
材料
P. kingianum采自中国云南省普洱市。这些样本由辽宁农业科学院药用植物研究所的孙文松教授鉴定和验证。所有其他试剂均为分析级试剂，由中国生产。
发酵、采样和监测
六堡茶的堆发酵于2023年11月至2024年1月在广西梧州的梧州福悦茶叶有限公司进行。设置了两种平行处理方案，每种方案使用约50公斤的原材料茶叶。
群落重叠和β多样性结构
糖化后的Polygonatum溶液是已知的可发酵碳水化合物和其他低分子量营养物质的来源，可以刺激微生物活动（Y. Li等人，2024年）。因此，本研究通过16S rRNA基因和ITS测序来分析P组和L组堆发酵过程中的细菌和真菌演替。添加Polygonatum显著改变了群落组成和演替轨迹。
结论
本研究显示，将糖化后的Polygonatum引入六堡茶堆与微生物演替以及堆发酵过程中与颜色、味道和风味相关代谢物的形成存在差异。与传统堆相比，添加Polygonatum的茶堆表现出更早的群落重组、更早的色素转化以及更早形成红色鲜红色的茶汤。这些观察结果表明，糖化后的Polygonatum可能会对微生物演替和茶叶品质形成产生重要影响。
CRediT作者贡献声明
黄俊远：撰写初稿、监督、数据管理、概念构思。
刘晨豪：监督、正式分析、概念构思。
杜冰：撰写、审稿与编辑、实验设计、资金获取、概念构思。
卢莉：项目管理。
潘莉：撰写、审稿与编辑、验证、监督、资金获取、概念构思。
孙文松：监督。
陈建平：监督。
赵一清：方法学设计。
钱志涵：验证、方法学设计。
苏一琳：
未引用参考文献
Li等人，2024年；Wang等人，2023年。
利益冲突声明
☒ 作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了广西科学技术计划（项目编号：AB24010194）、广东省关键领域研究开发专项（项目编号：2022B0202050001）以及中国农业研究系统（MOF和MARA共同资助的CARS-21项目）的财政支持。
