龍井茶香氣成分的產區差異分析

王夢琪，邵晨陽，朱蔭，張悅，林智*，呂海鵬*

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龍井茶香氣成分的產區差異分析

王夢琪1,2，邵晨陽3，朱蔭1，張悅1，林智1*，呂海鵬1*

1. 農業部茶樹生物學與資源利用重點實驗室，中國農業科學院茶葉研究所，浙江 杭州 310008；2. 中國農業科學院研究生院，北京 100081；3. 河南茶葉工程技術研究中心，信陽農業科學院，河南 信陽 464000

龍井茶是我國典型的地理標志茶類產品，其產地分為西湖產區、錢塘產區及越州產區3個產區。采用頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜（HS-SPME/GC-MS）聯用技術，分析比較了西湖產區、錢塘產區及越州產區3個不同產區的一批次代表性龍井茶的香氣成分組成特點及其相對含量水平等。結果表明，不同產區龍井茶的香氣成分在化學組成上存在一些差異，分別從錢塘產區、越州產區、西湖產區的龍井茶樣品中鑒定出了47種、45種和40種共同香氣成分；此外，基于龍井茶香氣成分的相對含量建立了1個PLS-DA模型（擬合參數為2=0.885，2=0.777），可區分3個不同產地的龍井茶樣品；通過數據處理軟件查明了龍井茶中的12種關鍵香氣成分在3個不同產區中的分布規律。

龍井茶；香氣；產區；差異；分析

龍井茶是我國傳統的歷史名茶之一，以“色翠、香郁、味醇、形美”四絕而馳名中外，尤其是其香氣品質高鮮清幽，清香顯著，長期以來備受消費者的青睞[1-3]。香氣是鑒定茶葉品質最重要的評價因子之一，是由性質不同、含量微少且差異懸殊的眾多揮發性物質組成的混合物。所謂茶香，實際是不同芳香物質以不同濃度組合，并對嗅覺神經綜合作用所形成的茶葉特有香型[4-6]。

龍井茶是我國典型的地理標志茶類產品，是浙江省的著名特產。地理標志產品龍井茶（GB/T 18650—2008）[7]指出，龍井茶地理標志產品保護范圍限于國家質量監督檢驗檢疫行政主管部門根據《地理標志產品保護規定》批準的范圍，可分為西湖產區、錢塘產區及越州產區3個產區。長期的生產實踐表明，產區差異在很大程度上決定了龍井茶的香氣品質差異。

現有研究在龍井茶香氣成分的產區差異方面涉及很少，以往研究[8-9]分析龍井茶香氣的富集方法一般采用同時蒸餾萃取法（SDE）。采用SDE方法雖然可得到濃度很高的香氣物質，但獲得的香精油在感官上已與原茶香型有明顯區別[10]，提取得到的香精油香氣在一定程度上失真[9]。究其原因，可能是由于茶葉香氣提取過程中長時間的高溫作用，致使某些物質發生變化，特別是對熱敏性的香氣組分影響較大，例如不飽和脂肪酸氧化降解生成一些脂肪族醇、醛物質，糖苷類化合物水解釋放出芳樟醇、香葉醇等物質，-胡蘿卜素熱降解生成-紫羅酮等物質等等。相比SDE法，頂空-固相微萃取（HS-SPME）是一種無溶劑的樣品處理技術，具有成本低、無需有機溶劑、所需樣品量少、靈敏度高、重現性好、操作簡單、方便快捷的特點，能較準確地反映樣品的風味組成，并能方便地與氣相色譜、液相色譜聯用，目前已經廣泛應用于茶葉香氣成分分析[11-13]，并取得了較好的研究成果。例如，HS-SPME與氣相色譜-嗅聞技術（Gas Chromatography- Olfactometry，GC-O）聯用可以有效分析茶葉中的特征香氣成分[14-15]，另外HS-SPME與手性色譜聯用分析茶葉中的揮發性萜類化合物的對映異構體等[16-17]。

為查明地理標志范圍內西湖產區、錢塘產區及越州產區3個產區龍井茶香氣成分的產區差異，本研究選用一批具有代表性的龍井茶樣品，采用HS-SPME/GS-MS技術分析它們的香氣成分組成特點及含量水平等，進而分析香氣組成及含量上的產地差異規律等，以期為龍井茶的產區判別提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與主要分析儀器

試驗材料為代表性龍井茶樣品15個（編號S1—S15），由浙江省農業技術推廣中心提供，其中錢塘產區和越州產區的樣品為2016年龍井茶實物參考樣（征求意見樣），西湖產區的龍井茶樣品為實物標準樣；具體信息詳見表1所示。

主要分析儀器如下：氣相色譜-質譜聯用儀，型號：Agilent 7890A-5975C（美國Agilent公司）；色譜柱選用DB-5MS（30?m×250?μm×0.25?μm）；萃取頭為50/30?μm聚二甲基硅烷-二乙烯基苯涂層纖維（DVB/CAR/ PDMS）萃取頭（美國Supelco公司）；HH-2數顯恒溫水浴鍋（上海精宏實驗設備有限公司）；PL202-L-電子天平[梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司]。

1.2 香氣分析方法

采用HS-SPME富集香氣成分[12]。準確稱取樣品1.00?g置于250?mL頂空萃取瓶中，加入10.0?mL沸水沖泡，放入60℃水浴鍋平衡5.0?min，然后插入裝有DVB/CAR/PDMS萃取頭（試驗前先將此萃取頭在GC-MS進樣口250℃老化30?min）的手動SPME手柄在60℃水浴條件下頂空萃取，萃取時間為60?min，取出后立即插入GC-MS進樣口中解吸附3.0?min。

表1 龍井茶樣品信息

GC-MS條件：進樣口及傳輸線溫度：280℃和270℃；載氣：氦氣；不分流進樣。升溫程序：先由60℃保持3.0?min，以4.0℃·min-1升至280℃，保持2.5?min；總分析時間為60.5?min。

質譜：E1電離能量：-70?eV；質量掃描范圍：33~600?u；離子源溫度：220℃。

由GC-MS分析得到的質譜數據經計算機在NIST98.L標準譜庫的檢索，查對有關質譜資料，對基峰、質核比和相對豐度等方面進行分析；進而結合揮發性成分的保留時間，保留指數以及采用標準品驗證等方式，分別對各峰所代表的香氣物質的化學結構和名稱加以確認，其相對含量采用峰面積歸一法分析，即以各組分的峰面積占總峰面積的百分比表示。

每個樣品獨立重復檢測3次，取平均值。

1.3 數據統計分析

采用SPSS 17.0數據處理軟件進行數據分析；關鍵香氣成分的判別使用SIMCA-P 11.5軟件進行分析[18]；關鍵香氣成分在龍井茶不同產區中的分布規律使用Multi Experiment Viewer （MeV）生物信息學分析軟件中的層序聚類分析（HCA）[19]完成。

2 結果與分析

2.1 不同產區龍井茶樣品的香氣成分分析

3個不同產區龍井茶香氣成分的GC-MS總離子流圖如圖1所示。從錢塘產區、越州產區、西湖產區的龍井茶樣品中分別鑒定出47、45及40種共同香氣成分（表2）。

在錢塘產區樣品鑒定出的47種共性香氣成分中（表2），芳樟醇、()-己酸-3-己烯酯、()-丁酸-3-己烯酯及壬醛是相對含量最高的4種香氣成分，它們的相對含量分別為8.84%、8.45%、3.27%和2.14%。根據化合物的化學結構特點，對上述47種香氣成分進行分類分析，發現在錢塘產區龍井茶樣品的香氣成分中，有醇類11種（總計17.25%），酯類物質6種（總計16.81%），碳氫化合物19種（總計11.74%），醛類物質4種（總計4.43%），酮類物質4種（總計4.03%），酚類化合物1種（0.92%），雜環化合物1種（0.37%），酸類物質1種（0.62%）。

在越州產區樣品中所鑒定出的45種共性香氣物質中（表2），()-己酸-3-己烯酯、芳樟醇、正辛醇、叔丁基乙酸乙酯及()-丁酸-3-己烯酯是相對含量最高的5種香氣成分，它們的相對含量分別達到8.93%、8.29%、3.91%、3.71%和3.26%。對上述45種香氣成分進行分類分析，表明在越州產區龍井茶樣品的香氣成分中，有酯類物質7種（總計21.81%），醇類物質9種（總計17.14%），碳氫化合物14種（總計9.57%），醛類物質5種（總計5.46%），酮類物質4種（總計4.59%），酚類化合物2種（總計1.69%），雜環化合物3種（總計1.42%），酸類化合物1種（0.83%）。

在西湖產區樣品中鑒定出的40種共性香氣成分中（表2），()-己酸-3-己烯酯、芳樟醇、()-丁酸-3-己烯酯、茉莉酮以及香葉醇是相對含量最高的5種成分，它們的相對含量分別為18.10%、6.29%、4.46%、2.43%和2.41%。對上述40種香氣成分進行分類分析表明，在西湖產區龍井茶樣品的香氣成分中，有酯類物質8種（總計29.07%），醇類物質6種（總計12.14%），碳氫化合物12種（占總計11.06%），酮類物質4種（總計4.36%），醛類物質5種（總計3.23%），酚類化合物2種（占1.40%），雜環化合物2種（總計1.50%），酸類物質1種（1.43%）。

由上可見，本文所分析的錢塘產區、越州產區及西湖產區3個不同產區龍井茶樣品的香氣成分在化學組成上存在一定的差異（圖2）。西湖產區龍井茶樣品香氣成分中酯類成分的含量最高，越州產區次之，錢塘產區最低；而在醇類成分的相對含量上卻呈現出了相反的規律，即錢塘產區最高，越州產區次之，西湖產區最低；另外，3個產區龍井茶樣品的香氣成分中，酮類化合物的相對含量比較接近，為4.3%左右；西湖產區龍井茶樣品香氣成分中醛類成分較低，低于越州產區和錢塘產區；而越州產區的碳氫化合物成分較低，低于錢塘產區和西湖產區；錢塘產區的雜環化合物、酸類及酚類化合物成分較低，都低于越州產區和西湖產區。

2.2 不同產區龍井茶關鍵香氣成分的判別和聚類分析

本研究采用SIMCA-P 11.5軟件對香氣檢測結果進行分析，基于龍井茶香氣成分的相對含量建立了1個PLS-DA模型（擬合參數為2=0.885，2=0.777）。通過PLS-DA模型有效區分了3個產區的龍井茶樣品，發現對產區區分影響較大的12種關鍵香氣成分（VIP>1），分別是二氫芳樟醇、己酸己酯、苯甲醇、十三烷、()-己酸-3-己烯酯、反式2-己烯基己酸、香葉基丙酮、-紫羅酮、甲基(2)-3,7-二甲基-2,6-辛二烯酸酯、十四烷、2,3-二氫-2,2,6-三甲基苯甲醛和癸醛。PLS-DA得分圖如圖3-A所示。由PLS-DA驗證模型可見（圖3-B），2回歸直線與Y軸的截距均小于0，表明該PLS-DA判別模型不存在過擬合現象，模型較為可靠（2=0.286，2=－0.281）。PLS-DA分析是基于偏最小二乘法（Partial Least Squares，PLS）回歸的一種判別方式，PLS-DA為有監督的分析，人為加入了分組變量，可彌補PCA方法的不足，強化組間的差異。PLS-DA變量重要性因子（Variable Important for the Projection，VIP）值可以量化PLS-DA的每個變量對分類的貢獻，VIP值越大，變量在不同產地間差異越顯著。

為了直觀地展示12種關鍵香氣成分在3個不同產區間的分布規律，采用層序聚類分析（HCA）對這些關鍵香氣成分進行了分析（圖4），圖中顏色越深表示含量越多，顏色越淺含量越少。由圖4可知，這12種關鍵香氣成分的分布大概可分為3組。其中十三烷、己酸己酯、()-己酸-3-己烯酯和反式2-己烯基己酸這4種香氣成分主要在西湖產區龍井茶中含量最高；十四烷、苯甲醇、2,3-二氫-2,2,6-三甲基苯甲醛和-紫羅酮這4種香氣成分在越州產區龍井茶中含量最高；而二氫芳樟醇、香葉基丙酮、甲基(2)-3,7-二甲基-2,6-辛二烯酸酯和癸醛這4種香氣成分在錢塘產區龍井茶中含量最高。

3 討論

香氣是決定茶葉品質的重要因子。本研究分別從錢塘產區、越州產區、西湖產區的龍井茶樣品中鑒定出47、45和40種共性香氣成分，通過比較發現3個不同產區龍井茶的香氣成分在化學組成上也存在較大差異，這一點與以往的研究結果相似[8-9]，都證實了龍井茶香氣成分的產區差異性。然而因香氣富集方式的不同，研究結果也存在較多的差異。例如，張新亭等[8]采用SDE-GC/MS研究表明，與錢塘產區和越州產區龍井茶相比，西湖產區龍井茶香氣組分的數量較多、香氣含量較高，尤其是芳樟醇、己酸葉醇酯、-紫羅蘭酮、橙花叔醇等9種重要香氣組分的含量較高；孫彥等[9]采用SDE-GC/MS比較了6種龍井茶（西湖龍井商品1、西湖龍井商品2、西湖龍井評比優質品、龍井村、錢塘、龍塢）的香氣成分，研究表明，這6個龍井茶樣的香氣總量和成分含量差距較大，以龍井村產區的龍井茶香氣總量最多，錢塘和龍塢香氣總量相對較少，6種茶共有成分有18種，但各自含量不同，每種茶中發現有其他茶中不含有的特征成分。然而，代毅等[20]采用SPME-GC/MS研究表明，西湖、越州、錢塘3個不同產區的龍井茶的香氣物質構成種類基本一致，芳樟醇、丁酸-反-3-己烯酯、異戊酸-順-3-己烯酯等19種揮發性成分是龍井茶中的主要香氣成分，對構成其特征風味成分具有重要作用；鑒于該研究中所使用的龍井茶樣品量很少，每個產區僅1個樣品，因此有必要增加樣本量進行確認。

圖1 不同產區龍井茶揮發性成分的GC-MS總離子流圖

表2 不同產區龍井茶的香氣成分及其相對含量

續表2

注：表中ND表明相對含量數據低于檢測限。

Note: ND in the table indicated the relative content was not detected in this study.

注：（A）PLS-DA得分圖；（B）PLS-DA驗證模型。

Note: (A) Score plot of PLS-DA, (B) Validate model of PLS-DA.

圖3 不同產區龍井茶香氣成分PLS-DA得分圖及其驗證模型

Fig.3 Score plot and validate model of PLS-DA of aroma components in Longjing teas of different regions

注：A：醇類；B：醛類；C：酮類；D：酯類；E：碳氫化合物；F：酚類化合物；G：酸類；H：雜環化合物。

圖4 不同產區龍井茶關鍵香氣成分熱圖

不同產區龍井茶香氣成分差異的原因，可能主要與不同產區龍井茶種植的地理環境（例如不同的微域氣候和土壤條件等）的差異有關。正是因為香氣組成和含量上的差異，使龍井茶的產區判別具有可能性。本研究基于龍井茶香氣成分的相對含量，建立了1個PLS-DA模型可初步區分3個不同產區的龍井茶樣品。以往有研究表明，電子鼻技術在龍井茶產地判別中有一定的應用潛力，可采用首先利用電子鼻進行等級劃分，然后在同一等級下進行樹種鑒定和產地判別的西湖龍井茶品質智能嗅覺快速檢測策略[21]；另外，有研究指出，鑒于茶葉中元素組成因氣候條件和土壤類型不同而有所差異，形成茶葉產地的元素指紋，因此不同產區龍井茶的礦質元素指紋結合化學計量學工具可以有效對龍井茶產地進行溯源，其中FLDA和OPLS-DA模型較適合龍井茶產地溯源[22]。

受代表性樣品樣本量的限制，本研究初步分析了龍井茶香氣成分的產區差異。但因為茶葉香氣成分的含量和組成會受到眾多條件的影響，例如土壤、肥料、采摘標準和加工方式等，后續研究需要盡可能擴大樣品量選取更多的代表性樣品進行分析，再通過數據統計分析才能得到更好的趨勢性的研究結論。另外，茶葉香氣成分在總體上是微量物質，前處理中香氣富集的方式對于后續分析也十分重要，不同的富集方式對分析結果往往影響很大。

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Aroma Constituents of Longjing Tea Produced in Different Areas

WANG Mengqi1,2, SHAO Chenyang3, ZHU Yin1, ZHANG Yue1, LIN Zhi1*, LYU Haipeng1*

1. Key Lab of Tea Biology and Resources Utilization, Ministry of Agriculture, Tea Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Hangzhou 310008, China; 2. Graduate School of Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China; 3. Henan Tea Engineering Research Center, Xinyang City Academy of Agricultural Science, Xinyang 464000, China

Longjing tea is one of the most famous traditional tea and a typical product of geographical indication in China. In this study, the composition and relative contents of aroma components in a representative batch of Longjing tea samples of 3 different origins, namely Xihu region, Yuezhou region, and Qiantang region, were analyzed by headspace solid-phase microextraction gas chromatography-mass spectrometry (HS-SPME/GC-MS). Results showed that there were some differences in the composition of aroma components among the three different regions, and 47, 45 and 40 common aroma components were identified in the tea samples from Qiantang region, Yuezhou region, and Xihu region, respectively. Moreover, Longjing tea samples from three different regions had been distinguished successfully using PLS-DA model (fitting parameters:2=0.885 and2=0.777)which was established basing on the relative contents of aroma components. The distributions of12 key aroma components in different areas were elucidated by the data processing software.

Longjing tea, aroma, producing areas, difference, analysis

TS272.5

A

1000-369X(2018)05-508-10

2018-01-02

2018-03-10

國家自然科學基金（31470694）、浙江省“三農六方”科技協作項目（CTZB-F150922AWZ-SNY1-14）、現代農業產業技術體系建設專項資金（CARS-23）、中國農業科學院創新工程（CAAS-ASTIP-2014-TRICAAS）

王夢琪，女，碩士研究生，研究方向為茶葉加工品質化學。

lvhaipeng@tricaas.com，linz@tricaas.com