HS-SPME-GC-MS結合智鼻對不同產地苦蕎茶香氣成分分析與鑒別

許青蓮，郭訓練，蔣子敬，馮德銓，喻鶴，邢亞閣,車振明，張萍

1(西華大學 食品與生物工程學院,食品生物技術重點實驗室，四川 成都，610039) 2 (四川環太生物科技有限責任公司，四川 成都，610225)

HS-SPME-GC-MS結合智鼻對不同產地苦蕎茶香氣成分分析與鑒別

許青蓮1*，郭訓練1，蔣子敬1，馮德銓1，喻鶴1，邢亞閣1,車振明1，張萍2

1(西華大學 食品與生物工程學院,食品生物技術重點實驗室，四川 成都，610039) 2 (四川環太生物科技有限責任公司，四川 成都，610225)

采用頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜聯用技術和電子鼻對云南、貴州、四川、山西和內蒙等五產地苦蕎茶的茶湯和茶底樣品進行鑒別分析。電子鼻分析所得的主成分分析結果表明，貴州，山西和內蒙的茶湯區分不明顯，茶底區分明顯。香氣成分分析表明，五產地苦蕎中共檢出香氣成分91種，共有成分14種。其中，貴州苦蕎茶香氣成分中醛類、碳氫化合物和含氮化合物的種類最多，相對含量最高；其他四產地苦蕎茶香氣成分中酯類、醛類化合物的種類和相對含量較貴州苦蕎茶偏多和偏高。苦蕎茶香型及香氣成分的差異與產地密不可分。

電子鼻；頂空固相微萃取；氣相色譜-質譜聯用；苦蕎茶

苦蕎麥(Fagopyrum tataricum)為蓼科蕎麥屬植物，除了含有其他谷類所不具有的黃酮類成分外，還含有甾體類、酚類、活性蛋白、礦質元素等物質[1-2]，是我國藥食同源文化的典型體現[3]。作為苦蕎衍生產品的苦蕎茶，以其便捷時尚、營養保健成為當下苦蕎產品開發的主要方向之一。在苦蕎茶行業不斷發展壯大的過程中，因缺乏統一的行業標準，不同的商家根據現有的加工技術和原料進行苦蕎茶生產，所得的苦蕎茶產品形式多樣、品質各異，質量參差不齊。苦蕎揮發性物質是評價苦蕎及其產品的品質的重要指標之一，目前國內外有關對苦蕎及其產品中揮發性物質分析的研究已有大量報道[4-6]，多采用氣相色譜-質譜聯用(gas chromatography-mass spectrometry ，GC-MS)檢測儀器對苦蕎麥的香氣成分進行分析和鑒定。

電子鼻作為20世紀90年代發展起來的新型氣味掃描儀，目前已廣泛應用于食品[7]、飲料[8]、化妝品[9]、環境檢測[10]以及農產品加工過程控制等領域。近年來，國內外關于電子鼻在茶葉上的應用研究，主要集中在對不同紅茶、綠茶[11-12]等品質區分預測以及紅茶發酵過程中品質的檢測控制上[13]，有關電子鼻技術在苦蕎茶品質檢測上的應用只有曹靜[14]做了相關研究。本研究以智鼻和HS-SPME-GC-MS相結合的手段分別從宏觀和微觀方面對不同產地的黑苦蕎茶進行檢測分析，通過對其香氣成分的對比研究，找出其中的差異所在，以期為苦蕎茶新品研發、質量控制及產地鑒別提供技術支持。

1 材料與方法

1.1材料與試劑

苦蕎茶樣品來源見表1，生產日期均為2016年2月，檢測之前放于4 ℃條件下存放。

1.2儀器與設備

PEN3電子鼻，德國Airsense公司；萬能高速粉碎機，深圳尼嘉商貿有限公司；GCMS-QP2010plus，日本島津公司；固相微萃取裝置及65 μm PDMS/DVB固相微萃取頭，美國Supelco公司；MP-501A超級恒溫循環槽，上海一恒科學儀器有限公司。

1.3試驗方法

1.3.1 茶湯和茶底的制備

用電子鼻分別測試苦蕎茶干品、茶湯、茶底的響應值， 決定用茶湯和茶底進行正式的實驗，并確定了樣品最佳預處理條件，茶、水比1∶50，每個樣品精確稱量3 g，置于250 mL燒杯中，加入100 ℃沸水150 mL沖泡10 min，將茶水轉移至另外一支250 mL燒杯中，茶湯茶底分別用雙層保鮮膜密封放置45 min，電子鼻頂空測量，各樣品做30個重復，室溫22 ℃。

1.3.2 干茶粉的制備

表1 不同產地樣品情況說明

稱取樣品適量，置于60 ℃恒溫鼓風干燥箱中干燥1 h，用高速粉碎機打成干粉，精確稱取1 g苦蕎干粉進行HS-SPME-GC-MS分析用。

1.3.3 儀器測試條件

電子鼻測試條件：傳感器清洗時間 80 s；進樣準備時間 5 s；樣品采集時間 120 s；進樣流量 600 mL/min；操作環境溫度 22 ℃。

固相微萃取：取樣品1.0 g，置于15 mL固相微萃取采樣瓶中，于60 ℃恒溫水浴槽中加熱，平衡30 min后插入萃取頭吸附60 min，快速移出萃取頭并立即插入設置好條件的GC-MS氣相層析的注射口(210 ℃)，熱解析3 min。

用二氧化碳激光治療粘液腺囊腫有以下優點:首先適應癥廣，囊腫與粘膜粘連或不粘連者均可采用；其次，二氧化碳激光光斑集中，輻射能量大，使囊腫壁的腺體組織迅速凝固、氣化，激光的熱效應可隨光纖的移動迅速而無過高熱積累，對鄰近組織損傷極小；第三，由于激光熱效應對組織細胞快速凝固、氣化、碳化作用，術中無出血、無痛苦，既不需要縫合創面，又免于拆線的不適。最后，由于二氧化碳激光的熱效應具有消毒殺菌的作用，術后無需用藥也無感染，是目前治療本病的可取方法之一。

GC-MS分析條件[15]：

色譜條件：色譜柱： DB-5石英毛細管色譜柱(30 m×0.25 mm，0.25 μm)；升溫程序：40 ℃保持3 min，以5 ℃/min的速率升至150 ℃，保持2 min，以10 ℃/min的速率升至210 ℃，保持2 min；載氣(He)流速1.78 mL/min，壓力100kPa，進樣量1 μL；不分流。

質譜條件：電子轟擊離子源；電子能量70 eV；離子源溫度210 ℃；接口溫度為230 ℃。

保留指數的測定[16]：取正構烷烴混合標準品，按上述條件進行GC-MS分析(進樣量1μL)，記錄每個正構烷烴標準品出峰的保留時間，保留指數的線性升溫公式為：

(1)

式中：tx、tn和tn+1分別為被分析成分和碳原子數處于n和n+1 之間的正構烷烴(tn

2 結果與討論

2.1基于電子鼻的主成分分析

電子鼻檢測Loading分析結果如圖1所示，茶湯樣品中傳感器S2、S8、S6在貢獻率最大的第一主成分、第二主成分上所占比重較大；而茶底樣品中傳感器S2在貢獻率最大的第一主成分所占比重最大，S7在第二主成分上所占比重較大，說明苦蕎茶在沖泡過程中部分水溶性物質被溶出，從而引起茶湯與茶底風味物質組分發生變化。

A：茶湯；B：茶底圖1 不同產地苦蕎茶Loading分析Fig.1 Loadings analysis of buckwheat tea from different producing areas

A：茶湯；B：茶底圖2 不同產地苦蕎茶主成分分析Fig.2 Analysis of principal components of buckwheat tea from different producing areas

2.2GC-MS結果分析

2.2.1 五個產地黑苦蕎茶香氣成分分析

按照1.3.3中分析條件，對5個產地黑苦蕎茶中香氣成分進行分析，結果如表2：共鑒定出香氣成分91種，共有香氣成分14種。鑒定出的香氣成分按其屬性分為酯類、醇類、醛類、酮類、碳氫化合物、含氮化合物幾個大類。

2.2.2 不同產地黑苦蕎茶各類香氣成分的對比及差異分析

2.2.2.1 酯類化合物

酯類化合物除了在貴州產苦蕎中種類及相對含量較低外，在其他幾個產地的化合物數量及相對含量都較高，且一些酯類成分如：微帶酒香味的乙酸乙酯、具有鳳梨香氣的己酸丙烯酯、具有強烈的香蕉和洋梨芳香味的丁酸異戊脂、具有強烈果香和酒香香氣的己酸乙酯、有濃郁茉莉花香氣的乙酸芐酯和有甜潤的菠蘿樣水果香氣的菠蘿酯是其他4產地黑苦蕎茶中共有的香氣成分，這些化合物的含量在幾種黑苦蕎茶中有一定差異，但不是很大，其中以乙酸乙酯、己酸丙烯酯含量較高。在山西苦蕎中檢出有醚樣氣味的甲二醇乙醚乙酸酯，相對含量為5.69%；在四川苦蕎中檢出具有成熟水果香味的乙酸異丁酯，含量為4.37%；在四川及內蒙苦蕎中檢出有強烈甜果香的丁酸乙酯和有香蕉味的乙酸異戊脂；在內蒙和云南苦蕎中檢出辛酸乙酯和帶豆香味的己酸己酯， 但含量都不高；在貴州苦蕎中僅檢出乙酸乙酯、2-甲基丁酸己酯，但相對含量都不高。綜合以上結果，可以看出酯類化合物對四川、山西、內蒙、云南幾個產地苦蕎茶香氣有著重要貢獻，也是貴州苦蕎茶與其他產地苦蕎茶的主要差異所在。

表2 五個產地黑苦蕎茶香氣成分分析

續表2

編號保留指數(RI)化合物名稱鑒別方法相對含量/%四川山西內蒙云南貴州248241，3?丁二醇RI，MS----02125860正己醇RI，MS-055--10626885糠醇RI，MS----293279952?乙基己醇RI，MS0961091110114281036苯甲醇RI，MS--099--291059辛醇RI，MS----027301066四氫薰衣草醇RI，MS----0193110842?苯基?2?丙醇RI，MS009013---3211023?環戊基?1?丙醇RI，MS-216---331136β?苯乙醇RI，MS119193063164-341161(S)?3，7?二甲基?7?辛烯?1?醇RI，MS----009351164(+/?)?薄荷醇RI，MS----016361357十一醇RI，MS02021---371564反式?2?癸烯醇RI，MS----04381891(±)?1，2?二苯基乙二醇RI，MS012----醛類39543異丁醛RI，MS--004-16640707正戊醛RI，MS---044-41806己醛RI，MS-248-3962942814反式?2?己烯醛RI，MS442-385318-43831糠醛RI，MS19627213913649644905庚醛RI，MS06207308808613445982安息香醛RI，MS613528519523279461081苯乙醛RI，MS-009022003049471104壬醛RI，MS56362970966807481112反式?2?壬烯醛RI，MS039053012035046491204癸醛RI，MS154179227222203501402十二醛RI，MS067075105095-511502三癸醛RI，MS---028-52170115烷醛RI，MS00901-01-萜烯類53786環庚三烯RI，MS----098548881，3，5，7?環辛四烯RI，MS071093153108153551018右旋萜二烯RI，MS111062351471155613041?十三烯RI，MS--021--571386別香橙烯RI，MS----065581458(E，E)?3，7，11?三甲基?1，3，6，10?十二四烯RI，MS----029烴類59419丁烷RI，MS----38160469氧雜環丁烷RI，MS022----617673，3，4?三甲基己烷RI，MS006--019-627883，4?二甲基庚烷RI，MS-005---638211?乙基?2?甲基環戊烷RI，MS--017028-648463?甲基?3?羥甲基氧雜環丁烷RI，MS----02365903(1r，3r)1，2，3?三甲基環己烷RI，MS---019-669314，4?二甲基辛烷RI，MS----021679863，7?二甲基壬烷RI，MS--03--6810863，7?二甲基癸烷RI，MS----026911855?(2?甲基丙基)壬烷RI，MS---052-701214十二烷RI，MS054062117105-7113202、6、10?三甲基十二烷RI，MS-014--034721413十四烷RI，MS-12125118-

續表2

編號保留指數(RI)化合物名稱鑒別方法相對含量/%四川山西內蒙云南貴州7318522、6、10、15?四甲基十七烷RI，MS--014073-酮類74698羥丙酮RI，MS-42---757173?羥基?2?丁酮RI，MS-074---768532?庚酮RI，MS----03778886?甲基?2?庚酮RI，MS---009-789386?甲基?5?庚烯?2?酮RI，MS062059055066145791029苯乙酮RI，MS061063017--8010522?壬酮RI，MS----0048114206，10?二甲基?5，9?十一雙烯?2?酮RI，MS-0210302053其他82668嘧啶RI，MS027081---83710吡咯RI，MS-138--124847812?甲基吡嗪RI，MS265381119182756857993?甲基吡咯RI，MS----224868942，5?二甲基吡嗪RI，MS38389233481336879942?乙基?3?甲基吡嗪RI，MS----10488810402?正戊基呋喃RI，MS060560410590898811073?乙基2，5?二甲基吡嗪RI，MS----2248912191，2?二乙酰基肼RI，MS--011--901220吡嗪RI，MS----0119116682，6?二叔丁基對甲基苯酚RI，MS-106059077-

注：“-”表示未檢出。

2.2.2.2 醇類化合物

醇類化合物通常帶有特殊的花香和果香，論其種類在貴州苦蕎中數量最多，相對含量在四川苦蕎中最高，為13.74%。值得注意的是在四川苦蕎和山西苦蕎中檢出了乙醇，且相對含量分別高達9.74%、2.08%。在幾個產地苦蕎中共同檢出了2-乙基己醇，相對含量差異不大。除貴州苦蕎外，在其他苦蕎茶中檢出來具有玫瑰花香的β-苯乙醇。在內蒙和云南苦蕎中檢出了有微弱酒味的正丁醇；在四川苦蕎中檢出了2-異丙氧基乙醇；在山西苦蕎中檢出了3-環戊基-1-丙醇；在內蒙苦蕎中檢出了有芳香味的苯甲醇；在貴州苦蕎中檢出了帶苦味的糠醇。各類獨有的化合物雖然相對含量不高，但也許對各產地苦蕎茶的香氣差異起到了不可忽略的作用。

2.2.2.3 醛類化合物

醛類化合物在各產地苦蕎茶中種類和相對含量都較高，平均含量為22%，主要是具有苦杏仁味的糠醛和安息香醛、具玫瑰和柑橘樣香氣的壬醛、具柑橘味的癸醛，還有庚醛和反式-2-壬烯醛。具清香、果香味的反式-2-己烯醛在四川、內蒙、云南黑苦蕎茶中存在且含量較高，分別為4.42%、3.85%、3.18%；具有刺激性氣味的己醛在山西、云南、貴州黑苦蕎有檢出，含量分別為2.48%、3.96%、2.9%；異丁醛僅在內蒙和貴州黑苦蕎中有且含量分別為0.04%、1.66%；有濃郁玉簪花香氣的苯乙醛除了四川苦蕎中未檢出，在其他產地苦蕎茶都存在但含量不高；十二醛在四川、山西、內蒙、云南苦蕎茶中有檢出，含量都不高。

2.2.2.4 酮類化合物

酮類化合物通常帶有花果香味，但在各產地茶葉中種類和含量均較低，在各產地苦蕎中同時檢出的僅有帶檸檬香氣的6-甲基5-庚烯-2-酮，但含量都不高。另外，在山西苦蕎中檢出了羥丙酮，含量達4.2%，而此化合物并無特殊果香味，主要用于有機合成中間體。所以酮類化合物對各產地苦蕎茶香無多大貢獻。

2.2.2.5 碳氫化合物

碳氫化合物主要包含烷烴類和烯類，其種類在內蒙、云南、貴州苦蕎中較高，其含量在貴州苦蕎中含量相對最高，為9.39%。其中飽和烴對茶葉香氣貢獻不大，不飽和烴則起著重要作用。在貴州苦蕎中檢出丁烷，含量為3.81%，丁烷屬于飽和烴類，所以對貴州苦蕎香氣貢獻不大。在各產地苦蕎中共同檢出了有檸檬味的右旋萜二烯和1,3,5,7-環辛四烯，不過相對含量均不高。

2.2.2.6 含氮化合物

由于苦蕎粉在固相微萃取加熱時會產生一些含氮、含氧的雜環化合物，如吡咯、呋喃、吡嗪等，有的可以提供焙烤香味，有的可以提供堅果樣的香味，尤其對于貴州苦蕎來說，含氮化合物的種類同比最多，且相對含量高達38.12%。在5個產地苦蕎中共同檢出了有堅果香和巧克力味的2,5-二甲基吡嗪和烤香味的2-甲基吡嗪，貴州苦蕎中相對含量最高，分別為13.36%、7.56%，同時還檢出了2-正戊基呋喃，但含量都不高。在山西和貴州苦蕎中檢出了帶有甜果味的吡咯；在山西、內蒙、云南苦蕎中檢出了作為抗氧化劑的2,6-二叔丁基對甲基苯酚；值得注意的是在貴州苦蕎茶中檢出了獨有的且含量較高的2-乙基-3-甲基吡嗪、3-甲基吡咯、3 -乙基-2,5-二甲基吡嗪，其相對含量分別為10.48%、2.24%、2.24%。由此可以看出，含氮化合物對貴州苦蕎茶香氣貢獻較大，這也成為貴州苦蕎茶與其他產地苦蕎茶關鍵香氣差異所在。

表3 五個產地黑苦蕎香氣成分分析比較結果

3 討論

目前智鼻結合GC-MS已廣泛應用于各類食品和工業檢測[17-20]，本實驗在用智鼻測苦蕎茶的香氣成分時，分別用苦蕎茶干品、茶湯、茶底進行了預實驗，結果發現電子鼻對苦蕎茶茶底的響應值最大，茶湯次之，苦蕎茶顆粒的相應值最低，故最終確定以苦蕎茶茶湯和茶底進行實驗，Loading分析表明茶湯與茶底風味物質有一定差異，PCA結果表明，利用電子鼻可以對不同產地苦蕎茶茶底樣品進行有效區分。進一步用HS-SPME-GC-MS從微觀方面研究各產地苦蕎茶香氣成分的差異，HS-SPME萃取的雖是苦蕎茶自身散發的香氣，但關鍵是要選擇一個最適宜的萃取溫度。在本次研究中，預實驗優化了萃取溫度、萃取時間以及GC條件和MS條件，最優實驗條件下，四川、山西、內蒙、云南苦蕎茶香氣成分中酯類、醛類種類和含量較高，這兩種化合物對這幾個產地苦蕎茶香氣成分貢獻較大，而對貴州苦蕎茶香氣成分貢獻較大的是碳氫化合物和含氮化合物，且在各產地苦蕎茶中鑒定出差異明顯的幾種化學成分，在四川苦蕎茶中檢出了含量較高的乙醇，在山西苦蕎茶中檢出獨有的且含量較高的羥丙酮，內蒙苦蕎茶中己酸丙烯酯和丁酸異戊酯的含量相比最高，貴州苦蕎茶中檢出了獨有的2-乙基-3-甲基吡嗪和含量較高的2,5-二甲基吡嗪，2-甲基吡嗪含量較其他幾個產地也是最高的。由于各產地苦蕎茶均采用低溫烘焙技術加工而成，相互之間的差異可能由于產地不同在經過加工處理后帶來的。

隨著人們生活水平的不斷提高和保健意識的增強，亟待開發出香型獨特且具有保健功效苦蕎茶新產品。由于苦蕎茶中含有的特殊活性成分，因此，未來對苦蕎茶香氣研究還應該朝以下幾個方面發展：一是進一步研究苦蕎茶生產過程中各階段香氣成分及藥理活性物質的動態變化，加強生產過程中香氣和活性物質含量在線指紋圖譜研究和質控應用的探索，為苦蕎茶工業化生產提供技術和理論支持；二是通過儀器分析和計算機技術，結合苦蕎茶香氣成分和活性成分，建立更科學、簡便、迅速的苦蕎茶質量評估體系。

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AnalysisandidentificationofaromacomponentsoftartarybuckwheatteafromdifferenthabitatsbyHS-SPME-GC-MScombinedwithelectronicnose

XU Qing-lian1*,GUO Xun-lian1,JIANG Zi-jing1,FENG De-quan1,YU He1,XING Ya-ge1,CHE Zhen-ming1,ZHANG Ping2

1 (Key Laboratory of Food Bio-technology under the supervision of Sichuan Province,College of Food and Biological Engineering，Xihua University, Chengdu 610039,China) 2(Sichuan ring too Biotechnology Co.,Ltd., Chengdu 610225,China)

In this study,the aroma of tartary buckwheat tea and the tea dregs from 5 different areas including Yunnan,Guizhou,Sichuan,Shanxi and Inner Mongolia were detected by headspace solid-phase microextraction and gas chromatography-mass spectrometry (HS-SPME- GC-MS) and electronic nose.Results from the principal component analysis by electronic nose showed that aroma in the liquid part of tea from Guizhou,Shanxi,Inner Mongolia showed no obvious differnece,but it was quiet different on the bottom of each kind of tea.Total 91 kinds of aroma components were detected in these five samples.Only 14 kinds of aroma components were found in the all samples.The number of kinds and relative contents of aldehydes,hydrocarbons and nitrogenous compounds in Guizhou tea are the most and the highest.On the other hand,esters,aldehydes composition and relative content in buckwheat tea aroma of Sichuan,Yunnan,Inner Mongolia,Shanxi are higher.The differences of flavor and aroma components in buckwheat tea are highly related with their origins.

electronic nose; headspace solid phase microextraction; gas chromatography - mass spectrometry(GC-MS); tartary buckwheat tea

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.013686

碩士研究生(本文通訊作者,E-mail:xuqinglian01@163.com)。

四川省高校科研創新團隊建設計劃項目(15TD0017)

2016-12-27，改回日期：2017-02-13