SPME-GC/MS法分析開陽富硒茶香氣成分

劉志剛，吉寧，王瑞 ，謝曉林

（1.貴陽學(xué)院食品與制藥工程學(xué)院，貴州貴陽550005；2.貴州省果品加工工程技術(shù)研究中心，貴州貴陽550005）

香氣是重要的茶葉品質(zhì)因素，茶葉中的香氣成分少部分來自于鮮茶葉，大部分是在加工過程中通過酶促反應(yīng)與熱化學(xué)反應(yīng)等產(chǎn)生的，由于受茶樹品種、生態(tài)環(huán)境和加工方法的影響，茶葉產(chǎn)品有著豐富多樣的香型，如清香、粟香、甜香、花香、果香和陳香等。為了探討各類茶葉香型的形成機(jī)理和內(nèi)在化學(xué)本質(zhì)，已有大量文獻(xiàn)報(bào)道采用氣-質(zhì)聯(lián)用技術(shù)（GC-MS）對不同香型茶葉的香氣物質(zhì)種類和含量進(jìn)行研究[1-3]。

頂空固相微萃取（headspace solid phase microextraction，HS-SPME）技術(shù)于20世紀(jì)90年代發(fā)展起來，與傳統(tǒng)的液-液萃取、固相萃取（SPE）、超臨界CO2萃取（SFE）和連續(xù)亞臨界水萃取法（CSWE）等捕集茶葉香氣的方法相比，具有所需樣品量少、靈敏度高、操作簡單、方便快捷且不需有機(jī)溶劑等特點(diǎn)，采用該方法所處理樣品可直接在GC或GC-MS等分析儀器上進(jìn)行分析，因此廣泛應(yīng)用于茶葉中香氣物質(zhì)的捕集[4-14]。將SPME與GC-MS技術(shù)相結(jié)合，可以快速分析出茶葉樣品中香氣成分的組成，但不同茶葉中香氣成分的組成差異較大，分析不同茶葉樣品所適用萃取頭類型、萃取溫度和萃取時(shí)間等方面存在較大的差異。

貴州開陽地區(qū)是我國公認(rèn)的富硒地區(qū)[15-16]，也是貴州省重要的茶葉產(chǎn)地之一，但迄今為止，尚未見到有關(guān)開陽富硒茶香氣成分的研究報(bào)道。本研究以貴州開陽富硒茶為研究對象，擬采用頂空-固相微萃取技術(shù)結(jié)合GC-MS法分析開陽富硒茶的香氣成分，通過單因素比較法對復(fù)合50/30 μm DVB/CAR/PDMS、鍵合型 PDMS（涂層厚度 7 μm）、鍵合型 PDMS（涂層厚度100 μm）和 PA（涂層厚度 85 μm）等 4種常用于捕集茶葉中香氣物質(zhì)的商品化固相微萃取頭進(jìn)行了研究，并對GC-MS分析條件進(jìn)行優(yōu)化，為開陽富硒茶評價(jià)分級和提高其品質(zhì)提供科學(xué)參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

以2012年4月6日采自貴州省開陽縣南江鄉(xiāng)某茶場一芽一葉鮮葉為原料，按當(dāng)?shù)丶庸すに囍瞥砷_陽富硒綠茶，保存于干燥器中。

1.2 儀器與設(shè)備

GC-MS-QP 2010E型氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀：日本島津公司；手動(dòng)固相微萃取進(jìn)樣器，復(fù)合50/30 μm DVB/CAR/PDMS、鍵合型 PDMS（涂層厚度 7 μm）、鍵合型 PDMS（涂層厚度 100 μm）、PA（涂層厚度 85 μm）固相微萃取頭：美國Supelco公司；PC-420D型恒溫磁力攪拌器：美國Corning公司；40 mL萃取瓶；AUW 120D型分析天平：日本島津公司。

1.3 方法

1.3.1 香氣物質(zhì)的吸附與解吸

稱取開陽富硒茶樣品1.0 g，放入40 mL萃取瓶內(nèi)，內(nèi)置磁力攪拌子，擰緊瓶蓋防止揮發(fā)性成分外溢，立即置于80℃恒溫水浴平衡10 min，使茶葉香氣充分揮發(fā)和平衡，然后插入預(yù)先老化好的固相微萃取頭，固定好固相微萃取的手柄，小心推出纖維頭并開始計(jì)時(shí)，開啟恒溫80℃磁力攪拌裝置，頂空萃取60 min后，取出微萃取頭后立即插入GC-MS儀進(jìn)樣口，在230℃下解析5 min。

1.3.2 GC-MS分析條件

GC條件：Rxi-5MS石英毛細(xì)管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；He氣為載氣，純度大于99.999%，柱流量1.2 mL/min；進(jìn)樣口溫度 230 ℃，分流比 2∶1；起始柱溫為30℃，保持5 min，以1℃/min升到 120℃，保持5 min，以2℃/min升到160℃，保持5 min，以5℃/min升到220℃，保持10 min。

MS條件：電子轟擊離子源（EI），離子源溫度200℃，電子能量70 eV，接口溫度230℃，質(zhì)量掃描范圍40 u～550 u，掃描速度909 u/s，光電倍增管電壓800 V。

1.3.3 數(shù)據(jù)分析

從GC-MS所采集數(shù)據(jù)中挑選出匹配度大于等于85%的色譜峰，經(jīng)NIST08標(biāo)準(zhǔn)譜庫檢索并查閱相關(guān)參考文獻(xiàn)[17-18]，通過分析基峰、質(zhì)核比和相對豐度等信息確定各色譜峰對應(yīng)的物質(zhì)結(jié)構(gòu)，以各組分峰面積占總峰面積的百分比表示其相對含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 香氣物質(zhì)捕集條件的優(yōu)化

2.1.1 固相微萃取頭的選擇

4種不同類型固相微萃取頭捕集開陽富硒茶香氣成分的比較分析結(jié)果表明，不同種類的固相微萃取頭對香氣成分的影響很大，其中以復(fù)合50/30 μm DVB/CAR/PDMS固相微萃取頭捕集的香氣組分?jǐn)?shù)最多，分別為鍵合型 PDMS（涂層厚度 7 μm）、鍵合型 PDMS（涂層厚度 100 μm）和 PA（涂層厚度 85 μm）3 種固相微萃取頭捕集香氣組分?jǐn)?shù)的3.2、2.1倍和2.9倍。因此，在開陽富硒茶香氣成分捕集時(shí)宜選用DVB-CAR-PDMS固相微萃取頭。

2.1.2 萃取溫度的確定

采用復(fù)合50/30 μm DVB/CAR/PDMS固相微萃取頭，分別于 50、60、70、80、90 ℃等不同溫度條件下對開陽富硒茶中香氣成分進(jìn)行捕集，經(jīng)GC-MS分析獲得不同萃取溫度下樣品的香氣組分的總峰面積。

圖1 萃取溫度對香氣成分提取的影響Fig.1 Effect of temperature on the extraction of aromatic components

由圖1可以看出，香氣組分的數(shù)量和組分總峰面積在萃取溫度高于60℃時(shí)均有較明顯增加，在80℃時(shí)達(dá)到最大值，之后隨著萃取溫度的升高香氣組分?jǐn)?shù)量和組分總峰面積逐漸減小，因此最終確定最佳萃取溫度為80℃。

2.1.3 萃取時(shí)間的確定

在80℃萃取溫度下，采用復(fù)合50/30μmDVB/CAR/PDMS 固相微萃取頭，分別于 30、45、60、75、90 min 等不同吸附時(shí)間下進(jìn)行開陽富硒茶香氣物質(zhì)的捕集，經(jīng)GC-MS分析獲得不同萃取時(shí)間樣品香氣組分?jǐn)?shù)量和總峰面積，由圖2所示測定結(jié)果表明，隨著吸附時(shí)間的延長，香氣組分不斷增加，且香氣物質(zhì)的吸附量逐漸增加，但60 min后繼續(xù)增加萃取時(shí)間，香氣物質(zhì)吸附量的變化已不大，樣品中香氣物質(zhì)吸附和解吸基本達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，最終確定最佳吸附時(shí)間為60 min。

圖2 萃取時(shí)間對香氣成分提取的影響Fig.2 Effect of adsorption time on the extraction of aromatic components

2.2 香氣成分的GC-MS分析

采用優(yōu)化后的HS-SPME條件捕集開陽富硒茶中的香氣物質(zhì)，經(jīng)GC-MS聯(lián)用儀分析后得到其總離子流圖，如圖3所示。由GC-MS所采集數(shù)據(jù)經(jīng)NIST08標(biāo)準(zhǔn)譜庫檢索并查閱相關(guān)參考文獻(xiàn)，從中挑選出匹配度大于等于85%的色譜峰，以各組分峰面積占總峰面積的百分比表示其相對含量，共檢出開陽富硒茶中57種香氣組分，結(jié)果見表1，香氣成分的鑒定率為78.58%。由結(jié)果可以看出，其中醇類14種，占總峰面積的29.62%，含量比較高的有順-3-己烯醇（10.31%）、苯乙醇（4.93%）、苯甲醇（4.39%）和 1-戊醇（4.25%）等；醛類9種，占22.53%，主要有正戊醛（7.15%），己醛（5.55%）和2-甲基丁醛（4.84%）等；烷烴類14種，占 11.07%，主要有 3，6-二甲基-癸烷（2.92%）、3-乙基甲苯（1.94%）、正十四烷（1.84%）和間二甲苯（1.23%）等；酮9種，占4.52%，主要有異亞丙基丙酮（1.62%）等；此外，還含有烯烴5種，酯類3種，其他類3種。

圖3 開陽富硒茶香氣成分GC/MS總離子流圖Fig.3 TIC of aromatic components in teas extracted by HS-SPME

表1 開陽富硒茶香氣成分GC/MS分析結(jié)果Table 1 GC-MS analytical results of aromatic components of selenium-enriched tea from Kaiyang

續(xù)表1 開陽富硒茶香氣成分GC/MS分析結(jié)果Continue table 1 GC-MS analytical results of aromatic components of selenium-enriched tea from Kaiyang

續(xù)表1 開陽富硒茶香氣成分GC/MS分析結(jié)果Continue table 1 GC-MS analytical results of aromatic components of selenium-enriched tea from Kaiyang

3 結(jié)論與討論

1）貴州開陽地區(qū)是我國重要的富硒茶產(chǎn)地，也是貴州省重要的茶葉產(chǎn)地之一，本研究首次以開陽富硒茶為研究對象，采用頂空-固相微萃取技術(shù)結(jié)合GC-MS法分析了富硒茶中的香氣成分，經(jīng)過單因素試驗(yàn)優(yōu)化后的提取條件為樣品用量1.0 g（萃取瓶40 mL），水浴80℃條件下平衡10 min，萃取時(shí)間60 min，在230℃下解析5 min。

2）固相微萃取效果主要取決于不同的萃取頭，萃取頭上的涂層材料的種類和厚度均影響提取效率，非極性的PDMS萃取頭對非極性香氣物質(zhì)吸附力較強(qiáng)，極性的PA萃取頭對極性的香氣物質(zhì)吸附力較強(qiáng)，而DVB-CAR-PDMS因兼有極性和非極性涂層，吸附范圍較廣。本研究比較了市售4種常用于測定香氣物質(zhì)的商品化固相微萃取頭，結(jié)果表明，復(fù)合固相微萃取頭DVBCAR-PDMS（30 μm/50 μm）所吸附的茶葉香氣物質(zhì)種類較多，最適合于開陽富硒茶香氣成分的測定。

3）通過對貴州開陽富硒茶香氣成分的分析歸類，在57種香氣組分中，醇類14種，占總峰面積的29.62%，含量比較高的有順-3-己烯醇（10.31%）、苯乙醇（4.93%）、苯甲醇（4.39%）和1-戊醇（4.25%）等；醛類9種，占22.53%，主要有正戊醛（7.15%），己醛（5.55%）和 2-甲基丁醛（4.84）等；烷烴類14種，占11.07%，主要含有 3，6-二甲基-癸烷（2.92%）、3-乙基甲苯（1.94%）、正十四烷（1.84%）和間二甲苯（1.23%）等；酮9種，占4.52%，主要有異亞丙基丙酮（1.62%）等。開陽富硒茶中主要香氣成分是醇和醛類，通常具有清香或花果香味，是茶葉香氣的主體部分，且主要以脂肪族化合物為主，芳香族和萜烯類化合物種類較少。

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