微生物酶学研究证实黑曲霉是分泌胞外酶极为丰富的菌种，不仅可以分泌纤维素酶，果胶酶，蛋白酶，脂肪酶和多种糖化酶等水解裂解酶，还可以分泌多酚氧化酶类，渥堆中出现的大量酵母菌以及细菌都有分泌多种胞外酶的能力。而且，鲜叶经高温杀青，使酶蛋白大都变性而失活，所以在渥堆过程中，酶不会“复活”，刘仲华等在研究黑茶渥堆过程中酶活性变化时，采用无菌处理证实了这点。同时，研究表明过氧化物酶有较强的热稳定性，杀青后有相当一部分残余活性存在，但在渥堆24小时后活性就逐渐消失，因此靠过氧化物酶来催化茶叶内含物氧化十分有限，但多酚氧化酶、蛋白酶、纤维索酶、果胶黼及其同工酶的活性在渥堆12小时后有明显的增加，与同期的微生物数量变化一致，且平行实验（无菌渥堆处理）酶活性无此变化。因此，这些酶是微生物代谢过程中分泌的胞外酶。正是由于微生物在渥堆工序中种群的更迭和数量的消长决定了渥堆过程中酶体系的种类与活性水平，为渥堆变化提供了生化动力。

同时，由于微生物的大量繁殖，其呼吸代谢释放热量导致渥堆叶温度不断升高，关联度分析结果表明，温度与微生物总数量间的关联度达到了0.9956。叶温的升高，一方面，加快了微生物酶促反应的速率，为其提供了物化动力——微生物热；另一方面，随着微生物呼吸作用的进一步加强，导致渥堆叶内的水分相应增加（这时从感官上可发现，渥堆叶表面有较强的黏手感，甚至有泥滑现象），从而进一步加大了湿热作用的强度。湖南农业大学用无菌渥堆处理与传统渥堆处理对比，其工序的湿热作用强度与常规基本相同，发现前者品质虽表现出无粗青气味，汤色黄亮，但缺乏黑毛茶特征性的品质风味，这一方面说明渥堆过程中湿热作用发生的理化变化，为黑毛茶品质形成打下了一定基础；另一方面也说明常规渥堆与无菌渥堆期间在物质转化动力上的差异是决定品质风味的关键。前者在微生物及其胞外酶的生化动力下作用于堆温不断升高的渥堆叶内的各种相应底物，如蛋白质、果胶、纤维素、儿茶素以及各种香气先质，使之发生剧烈的酶促反应，使整个渥堆体系的物质代谢的速度和方向有别于无菌渥堆的纯热物理化学作用。此外，还有微生物代谢释放的有机酸及其各种代谢产物，它们一起形成了黑毛茶特有的品质风味，从而使之有别于红茶的“发酵”和黄茶的“闷黄”。这是无菌渥堆条件所不具有的。

微生物专家温琼英教授对黑茶渥堆过程中的微生物进行分离纯化培养，结果表明：参与黑茶渥堆过程的微生物包括假丝酵母菌、黑曲霉菌、细菌等。这些微生物在茶堆中，只要温、湿度适宜，就能大量繁衍，利用茶叶中的碳、氮化合物作为培养基，不断生长发育繁衍后代。一方面，通过微生物的胞外酶分解茶叶中的大分子化合物，作为自身机体的构成部分，另一方面排泄（或称分泌）一些小分子化合物。一吸一吐，使茶叶的内含成分发生巨大的改变，从而形成黑茶特有的品质特征。

20世纪90年代，湖南农业大学茶叶研究所科研人员对黑茶渥堆过程中的微生物活动及品质的变化原因作了大量的实验分析。整理如下：

(1)微生物作用于黑茶渥堆的全过程，主要微生物包括假丝酵母菌属中的种类，黑曲霉及细菌中的许多种类。

(2)茶堆中放热主要是细菌活动的结果。

(3)微生物胞外酶主要有纤维素酶、果胶酶和蛋白酶等水解或裂合酶类，而以纤维素酶为主，对增进茶汤厚度有利。

(4)可溶性糖含量初期降低，后期上升，说明微生物胞外酶中的纤维素酶在发生作用，微生物可利用茶叶中的纤维素作为碳源。

(5)人体必需的氨基酸成分如赖氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、蛋氨酸、颉氨酸有显著提高，氨基酸的组分变化较大。

(6)微生物通过代谢分泌有机酸，渥堆中pH值下降，散发“酸辣味”，并且与干燥工艺的明火松柴烟熏物质构成黑茶独有的香气成分。

(7)酯型儿茶素含量下降，并在胞外酶作用下氧化聚合形成茶黄素、茶红素、茶褐素等物质，从而形成黑茶滋味醇和不涩，汤色橙黄或橙红的品质特征。

(8)香气成分发生改变，形成了萜烯醇类、芳环醇类、醛酮类为主体的香气组分，并发现多种不同于绿茶的香气成分。

由以上可知，正是由于在渥堆过程中这些微生物及其胞外酶的作用下产生的某些物质组合并形成了黑茶特有的色香味：

①色泽：茶多酚在胞外酶作用下氧化聚合形成茶黄素、茶红素、茶褐素，残余叶绿素的降解，类胡萝卜素及其降解产物，儿茶索氧化产物与未氧化的黄酮类及氨基酸和糖类的综合产物综合作用，形成了黑茶黄褐的外形和叶底、橙黄的汤色等品质特征。