不同極性色譜柱在滇紅香氣成分分析中的對比研究

喬陽，杜麗平，肖冬光

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不同極性色譜柱在滇紅香氣成分分析中的對比研究

喬陽，杜麗平*，肖冬光

天津科技大學生物工程學院，天津 300457

采用頂空固相微萃取（HS-SPME）對滇紅的香氣成分進行富集，分別使用兩種不同極性的色譜柱進行色譜分離，氣質聯用（GC-MS）檢測分析，比較了非極性色譜柱HP-5MS和極性色譜柱CP-Wax對紅茶香氣成分分離效果的差異。結果表明，兩種不同極性色譜柱對紅茶香氣成分的分離效果均表現良好，但分析結果存在一定的差異。因此在對紅茶中不同的香氣成分進行研究分析時，應根據分析目標的不同選擇合適的色譜柱。

滇紅；頂空固相微萃取；氣質聯用；HP-5MS；CP-Wax

茶葉中的香氣成分是由多種物質組成的混合物[1]，各物質性質不同、含量不同，從而形成了不同茶葉特有的香氣特征[2]。滇紅屬于發酵型茶，經過萎凋以及發酵等加工過程，其香氣的形成和轉化較為充分，因此香氣成分豐富[3]。目前在對茶葉揮發性成分的研究中，主要采用頂空固相微萃取[4]（HS-SPME）進行前處理，使用氣相色譜-質譜聯用（GC-MS）進行分析。混合物進入氣相色譜后通過毛細管色譜柱進行高效分離，所以，色譜分離的關鍵在于選擇合適的色譜柱。色譜柱的選擇基本上要遵循“相似相溶”的基本原理，根據目標化合物的性質選擇合適的色譜柱[5]。在非極性色譜柱中，化合物基本上按照沸點順序進行分離，沸點低的組分先流出，如果被分離的組分是極性和非極性的混合物，則同沸點的極性物質先流出；在極性色譜柱中，各組分的流出順序按照極性排列，極性小的先流出，極性大的后流出，如果樣品是極性與非極性的混合物，則非極性物質先流出。

目前在茶葉香氣的研究中，多數研究者使用HP-5MS等非極性色譜柱[6-10]，同時，也有一部分研究者使用DB-FFAP、DB-Wax等極性色譜柱[11-12]。為了解不同極性色譜柱對茶葉香氣成分分離效果的差異，本文選用云南滇紅為樣品，采用HS-SPME對其揮發性成分進行富集，使用非極性色譜柱HP-5MS和極性色譜柱CP-Wax兩種不同極性的色譜柱進行色譜分離，GC-MS檢測分析，比較了兩種不同極性色譜柱對滇紅香氣成分分析的差異，為茶葉香氣的進一步研究提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

滇紅茶樣，市購；NaCl（天津市化學試劑一廠）；乙醇（色譜純）（天津市百世化工有限公司）；癸酸乙酯（美國Sigma試劑公司）。7890A-5975C型氣質聯用儀（美國Agilent公司）；IT-09A5磁力攪拌器（上海一恒科學儀器有限公司）；FA2004電子天平（上海精密科學儀器有限公司）；手動進樣手柄、75?μm CAR/PDMS萃取頭[13]（美國Supelco公司）；100?mL頂空萃取瓶；正構烷烴混標（C8-C40，上海Sigma-Aldrich公司）。

內標溶液配制：取癸酸乙酯標準品0.1?mL于100?mL容量瓶中，無水乙醇定容，配制成質量濃度為0.862?g·L-1的標準液，然后稀釋到43.1?mg·L-1，放置4℃下備用。

1.2 實驗方法

1.2.1 HS-SPME操作方法

稱取2.0?g粉碎的滇紅茶樣與3.6?g NaCl加入到100?mL頂空萃取瓶中，按茶水比1∶6加入12?mL沸騰蒸餾水以及20?μL癸酸乙酯內標溶液，四氟乙烯封口，于60℃、400?r·min-1磁力攪拌器水浴平衡10?min后插入裝有75?μm CAR/PDMS萃取頭的手動進樣手柄，吸附萃取60?min后，取出萃取頭，迅速插入GC-MS進樣口中，于250℃解析5?min。

1.2.2 色譜條件

CP-Wax色譜柱：石英毛細管柱（50?m× 0.25?mm，0.20?μm）；進樣口溫度為250℃；載氣為高純氦氣（純度>99.999%），流速0.8?mL·min-1；柱溫：初始溫度為40℃，以每分鐘2℃的速度升至85℃，保持5?min，再以每分鐘3℃的速度升至160℃，最后以每分鐘7℃的速度升至240℃，保持10?min；不分流進樣。

HP-5MS色譜柱：石英毛細管柱（60?m× 0.32?mm，0.25?μm）；進樣口溫度為250℃；載氣為高純氦氣（純度>99.999%），流速0.8?mL·min-1；柱溫：初始溫度為40℃，保持3?min，以每分鐘2℃的速度升至85℃，保持5?min，再以每分鐘3℃的速度升至160℃，最后以每分鐘10℃的速度升至240℃，保持5?min；不分流進樣。

電子電離離子（EI）源，離子源溫,度230℃，電子能量70?eV，四極桿溫度150℃，傳輸線溫度280℃，掃描范圍/為30~500?amu。

1.2.3 數據處理

將采集到的質譜圖與NIST11標準譜庫對照，并結合保留指數[14-15]對滇紅香氣成分進行定性。利用面積歸一化法計算各香氣成分的百分含量（除去溶劑峰），以癸酸乙酯為內標對測得的香氣成分進行定量分析，計算出香氣物質的含量。計算公式為：各香氣成分的含量（μg·g-1）=f（校正因子）×各組分的峰面積×內標質量分數（μg·g-1）/內標峰面積（校正因子設為1）[16]。

2 結果與分析

2.1 香氣種類及含量分析比較

圖1、圖2分別為HP-5MS色譜柱以及CP-Wax色譜柱得到的滇紅茶樣的總離子流色譜圖，兩種色譜柱對滇紅香氣成分的分離效果均表現良好。表1、表2分別為滇紅茶樣通過HP-5MS色譜柱以及CP-Wax色譜柱得到的香氣化合物的分析結果。

HP-5MS為非極性色譜柱，其固定相為（5%-甲基）-甲基聚硅氧烷，對活性化合物，包括酸性和堿性化合物具有優異的惰性。

表1 色譜柱HP-5MS紅茶香氣成分分析結果

續表1

序號No.保留時間Retention time/min香氣成分Aroma component保留指數Retention Index含量/μg·g-1Content序號No.保留時間Retention time/min香氣成分Aroma component保留指數Retention Index含量/μg·g-1Content 431.21氧化芳樟醇II10850.315456.172,4-二叔丁基苯酚15180.038 532.37芳樟醇10980.253含氮類N-heterocyclic carbenes 632.77二氫芳樟醇11050.276112.372-甲基吡嗪8230.050 733.66苯乙醇11160.641217.752-乙酰基呋喃9100.080 837.90氧化芳樟醇III11720.080317.832-乙基吡嗪9110.179 938.28氧化芳樟醇IV11770.216430.293-乙基-2,5-甲基吡嗪10730.076 1039.40α-萜品醇11910.059535.172-甲基-3（2-甲基丙基）吡嗪11360.016 1141.94橙花醇12310.088635.382-丙酰基吡啶11390.026 1243.76香葉醇12624.297735.70苯乙腈11430.120 1357.83反式-橙花叔醇15700.020864.03咖啡堿 18970.046 醛類Aldehyde碳氫類 Hydrocarbons 18.772-甲基-2-丁烯醛7630.00419.62甲苯7770.006 211.13正己醛8020.060223.30月桂烯9820.217 312.93糠醛8320.341325.95右旋萜二烯10160.096 414.01反式-2-己烯醛8500.112438.67萘11820.054 520.81反式-2-庚烯醛9490.016539.92正十二烷11980.056 621.03苯甲醛9520.667641.393-苯基呋喃12220.084 721.355-甲基呋喃醛9560.376741.812-莰烯12290.020 824.74(E,E)-2,4-庚二烯醛10010.493845.481-十三烯12900.025 925.422-吡咯甲醛10090.040945.60α-甲基萘12920.031 1027.21苯乙醛10330.5641045.92十三烷12980.058 1127.621-乙基-1H-吡咯-2-甲醛10380.3421146.53β-甲基萘13090.017 1228.41反式-2-辛烯醛10480.2021248.801,1,6-三甲基-1,2-二氫萘13540.053 1333.17(E,E)-2,4-辛二烯醛11100.0351350.98正十四烷13970.055 1433.424-乙酰基-1H-吡咯-2-甲醛11130.0441453.634-甲基十四烷14560.015 1537.16反式-2-壬烯醛11620.0971555.46正十五烷14970.048 1640.36癸醛12050.0541656.58去氫白菖烯15310.034 1740.972-（4-甲基-3-環己烯基)丙醛12150.0511757.29α-二去氫菖蒲烯15430.015 1841.36β-環檸檬醛12210.0041857.692-甲基十五烷15690.013 1942.62(Z)-檸檬醛12420.1071958.71正十六烷15970.094 2044.44(E)-檸檬醛12730.2252059.862,6,10-三甲基十五烷16490.023 2144.57α-亞乙基-苯乙醛12750.1912160.91正十七烷16970.057 2255.25可卡醛14920.0652261.022,6,10,14-四甲基十五烷17020.031 酸類Acid2362.61正十八烷17970.015 126.34 反式-3-己烯酸10210.0982462.762,6,10,14-四甲基十六烷18070.046 228.79 反式-2-己烯酸10530.050酮類Ketones 349.68 香葉酸13710.180116.392-庚酮8900.005 酯類Ester223.03甲基庚烯酮9780.041 122.85己酸乙烯基酯9760.007329.14苯乙酮10580.002 237.55乙酸芐酯11650.046431.773,5-二辛烯-2-酮10920.052 339.11丁酸葉醇酯11870.024550.38大馬士酮13840.054 439.62水楊酸甲酯11940.715651.15茉莉酮14020.048 550.16己酸葉醇酯13810.091752.44α-紫羅蘭酮14290.029 650.86癸酸乙酯13950.431853.51香葉基丙酮14530.037 756.93二氫獼猴桃內酯15420.052954.94(3E)-4-(2,6,6-三甲基-1,3-環己二烯-1-基)-3-丁烯-2-酮14850.027 865.37棕櫚酸乙酯19930.0191055.06β-紫羅蘭酮14880.123

表2 色譜柱CP-Wax紅茶香氣成分分析結果

續表2

序號N o.保留時間Retention time/min香氣成分Aroma component保留指數RetentionIndex含量/μg·g-1Content序號No.保留時間Retention time/min香氣成分Aroma component保留指數RetentionIndex含量/μg·g-1Content 酯類Ester223.60甲基庚烯酮13180.096 132.24異丁酸葉醇酯14450.020335.933,5-二辛烯-2-酮15030.055 242.03癸酸乙酯16400.431445.53苯丙酮17020.007 342.73己酸葉醇酯16400.064549.53大馬士酮18050.024 444.63甲酸香葉酯16820.019653.94β-紫羅蘭酮 19380.077 545.64乙酸芐酯17050.018754.22茉莉酮19480.023 646.89乙酸香葉酯17370.021

CP-Wax為極性色譜柱，其固定相為聚乙二醇，應用范圍較廣，對低沸點的分析物可獲得高分離度。兩種不同極性色譜柱由于其固定相的不同，對各個化合物的保留效果不同，所以造成了分離效果的不同。由表1、表2可知，色譜柱HP-5MS共分離得到92種香氣成分，占總組分的81.4%，其中包括醇類13種（39.5%）、醛類22種（21.1%）、酸類3種（1.7%）、酯類8種（7.0%）、酚類4種（0.9%）、含氮類8種（3.1%）、碳氫類24種（6.0%）以及酮類10種（2.2%）；色譜柱CP-Wax共分離得到99種香氣成分，占總組分的78.1%，其中包括醇類21種（38.5%）、醛類19種（16.0%）、酸類4種（2.1%）、酯類11種（7.2%）、酚類8種（1.3%）、含氮類9種（4.5%）、碳氫類20種（6.6%）以及酮類7種（1.9%）。

2.2 主要香氣成分分析比較

紅茶的主要香氣成分[17-18]如芳樟醇氧化物、芳樟醇、二氫芳樟醇、苯乙醇、香葉醇、苯甲醇、苯甲醛、苯乙醛、水楊酸甲酯、β-紫羅蘭酮、(E,E)-2,4-庚二烯醛及二氫獼猴桃內酯等，利用HP-5MS與CP-Wax均可分離得到，紅茶的主要香氣成分在兩種色譜柱上均可得到較好的分離。此外，這些成分利用HP-5MS色譜柱檢測到的含量均高于CP-Wax色譜柱。因此，若需對其主要香氣成分進行分析，選用HP-5MS色譜柱效果較好。

2.3 不同種類香氣成分的分析比較

由于極性較強的物質在極性色譜柱中的分離效果較好，因此紅茶由色譜柱CP-Wax分離得到的醇類物質多于色譜柱HP-5MS。如正戊醇、順-2-戊烯-1-醇、正己醇、葉醇、正庚醇、順-2-己烯-1-醇、正辛醇、壬醇和糠醇等醇類物質只通過色譜柱CP-Wax分離得到。此外，酯類、酚類、含氮類物質以及吡嗪類物質通過色譜柱CP-Wax分離得到的物質種類均多于色譜柱HP-5MS，如2,3-二甲基吡嗪、5-丙基吡嗪、2-(1-甲基乙烯基)-吡嗪、2-乙酰基吡嗪等吡嗪類物質只通過色譜柱CP-Wax分離后檢測到。因此，若研究紅茶中的酯類、酚類、吡嗪類以及非主要香氣成分的醇類物質時，選用色譜柱CP-Wax效果更好。醛類、碳氫類以及酮類物質通過色譜柱HP-5MS分離得到的物質種類多于色譜柱CP-Wax，所以，對紅茶中的醛類、碳氫類和酮類物質進行研究時應選擇HP-5MS色譜柱進行分離。

除紅茶的主要香氣成分外，兩種不同極性的色譜柱共同檢測到的其他香氣成分中大部分物質由色譜柱HP-5MS分離后檢測到的含量高于CP-Wax，因此，在對紅茶中其他香氣成分進行分析時，應根據所研究目標物質的不同選擇不同的色譜柱。

由表1、表2可以看出，芳樟醇氧化物I、鄰甲酚、苯乙醛、β-環檸檬醛，以及正十三烷等物質的含量結果差異較大，這可能是由于色譜柱對于化合物的選擇性不同，使得不同色譜柱對不同化合物具有不同的保留效果造成的。

3 結論

本文采用HS-SPME對滇紅的香氣成分進行富集，分別使用兩種不同極性的色譜柱進行色譜分離，GC-MS分析檢測，比較了不同極性的色譜柱對滇紅香氣成分分離效果的差異。結果表明，兩種色譜柱對紅茶香氣成分的分離效果均表現良好。在對紅茶香氣成分進行分析時，應根據分析目標的不同選擇合適的色譜柱。若需對紅茶的主要香氣成分進行分析，應該選擇非極性色譜柱HP-5MS；對酯類、酚類、含氮類和除主要香氣成分外的其他醇類物質進行分析時，應選擇極性色譜柱CP-Wax。總之，對紅茶香氣成分進行分析時，應根據所研究目標化合物的不同性質，選擇合適的色譜柱。

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A Comparative Study of Different Polarity Chromatographic Column in Analysis of Aroma Components in Black Tea

QIAO Yang, DU Liping*, XIAO Dongguang

Tianjin University of Science and Technology, Tianjin 300457, China

The aroma components in black tea were extracted and analyzed by headspace solid phase micro extraction (HS-SPME) coupled with capillary gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). Two different polarity chromatographic columns were used for the separation of the aroma components in black tea. The result of semi-standard non-polar chromatographic column HP-5MS and standard polar chromatographic column CP-Wax were compared by analysis. The results indicated that the separation effect of two different polarity chromatographic column are satisfactory, and there are some differences between the analysis results. Therefore, in the analysis of different aroma components in black tea, we should select suitable chromatographic columns according to the various analytes.

black tea, HS-SPME, GC-MS, HP-5MS, CP-Wax

TS272.5+2；Q946.8

A

1000-369X（2016）01-038-07

2015-04-24

2015-07-08

教育部“長江學者和創新團隊發展計劃”（IRT1166）

喬陽，女，碩士研究生，主要從事茶葉檢測分析與分離工程研究。*通訊作者：dlp123@tust.edu.cn