不同茶樹品種龍井茶香氣成分差異分析

,, , ,*,,*

(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.河南茶葉工程技術研究中心,信陽農業科學院,河南信陽 464000)

香氣是決定茶葉品質的重要因子之一。龍井茶是我國傳統的歷史名茶[1],也是我國典型的地理標志茶類產品。《地理標志產品 龍井茶》(GB/T 18650-2008)[2]指出,制作龍井茶的茶樹品種,應選用龍井群體、龍井43、龍井長葉、迎霜、鳩坑種等經審(認)定的適宜加工龍井茶的茶樹良種[3]。

長期研究實踐表明,茶樹品種在很大程度上決定了茶葉香氣品質的物質基礎,也是其品質優劣關鍵決定因素之一。陳小強等[4]分析了西湖龍井茶原產地保護區中最主要3個茶樹品種,即龍井群體種、龍井長葉和龍井43采制的西湖龍井茶主要生化成分,發現它們的游離氨基酸總量、茶氨酸、咖啡堿、可溶性糖、兒茶素等含量有一定差異。此外,王麗鴛等[5]研究了527份龍井茶樣品,發現原料品種不同是影響龍井茶的內含成分的主要因素之一。茶樹品種與其成茶香型及其特征香氣成分具有重要關系[6]。然而,至今尚未查明茶樹品種差異對龍井茶香氣成分的影響。

目前,茶葉香氣富集方法較多,例如蒸餾萃取法(SDE)、頂空吸附法(HAS)、減壓蒸餾萃取法(VDE)、固相微萃取(SPME)、吹掃捕集-熱脫附(P&T-TD)、攪拌磁子吸附(SBSE)以及動態頂空吸附(HSSE)等等[7-8],其中SDE法在早期的茶葉香氣分析中應用較多[9-10]。研究表明,采用SDE方法富集茶葉香氣物質,雖然可得到濃度很高的香氣物質,但獲得的香精油感官上已與原茶香型有明顯區別[7],提取得到的香精油香氣在一定程度上失真[9]。相比之下,頂空-固相微萃取(HS-SPME)能較準確地反映樣品的風味組成,具有靈敏度高、重現性好、操作簡單等眾多優點,目前已在茶葉香氣物質的研究中取得了較好的應用效果[11-14]。

因此,本研究從探究茶樹品種差異對龍井茶香氣成分影響的角度出發,采用HS-SPME/GC-MS技術分析了6個茶樹良種(龍井長葉、龍井群體種、龍井43、烏牛早、迎霜以及鳩坑群體種,如圖1所示)制成龍井茶的香氣成分組成特點及其相對含量水平等,分析它們香氣組成及含量上的茶樹品種差異,以期為龍井茶的品種判別提供一些重要的科學理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

龍井茶樣品 10個,由浙江省農業技術推廣中心提供,為6個不同茶樹品種的鮮葉制備(龍井茶樣品的編號和生產日期等信息詳見表1所示),茶鮮葉采摘嫩度一般以一芽一葉為主；純凈水 杭州娃哈哈集團。

表1 龍井茶樣品信息Table 1 Information of the Longjing tea samples

7890A-5975C氣相色譜-質譜聯用儀、DB-5MS色譜柱(30 m×250 μm×0.25 μm) 美國Agilent公司;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 實驗方法

1.2.1 龍井茶香氣成分的萃取 采用HS-SPME富集龍井茶香氣成分[12]。具體如下:準確稱取樣品1.00 g至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(實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,然后進行GC-MS分析。

1.2.2 龍井茶香氣成分的分離和檢測 采用GC-MS對龍井茶香氣成分進行分離和檢測。將萃取頭插入氣相色譜進樣口,解吸附3.0 min。

氣相色譜條件: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速度升至280 ℃,保持2.5 min;總分析時間為60.5 min。質譜條件:EI電離能量:-70 eV;質量掃描范圍:33～600 u;離子源溫度:220 ℃。

1.2.3 龍井茶香氣成分的定性和定量 由GC-MS分析得到的質譜數據,經計算機在NIST98.L標準譜庫中檢索,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。香氣成分的相對含量采用峰面積歸一法分析,即以各香氣組分的峰面積占總峰面積的百分比表示各組分的相對含量。

1.3 數據處理

每個樣品檢測實驗重復3次。采用Microsoft Excel 2010對數據進行處理,計算3次分析結果的平均值。

2 結果與分析

2.1 不同茶樹品種龍井茶香氣成分總離子流圖

采用HS-SPME方法對龍井茶香氣成分進行提取,進行GC-MS分析,本研究中6個不同茶樹品種龍井茶香氣成分的GC-MS總離子流圖如圖1所示。從圖1可以初步看出,6個不同茶樹品種龍井茶香氣成分的GC-MS總離子流圖存在較大的差異,說明不同茶樹品種龍井茶的香氣成分,在其主要化學成分種類和組成比例等方面可能存在較大的差異。

圖1 6個不同茶樹品種龍井茶樣品香氣成分的GC-MS總離子流色譜圖Fig.1 Total ion chromatogram of the aroma components in Longjing tea samples produced from 6 different tea germplasms

2.2 不同茶樹品種龍井茶香氣成分分析

6個不同茶樹品種龍井茶的香氣成分組成及其相對含量的分析結果如表2所示。從表2可以看出,龍井長葉中共計鑒定出57種香氣成分,其中含量較高的成分為芳樟醇、α-柏木烯、順-3-己烯基丁酯、1-乙基-2-甲酰吡咯以及Z-3-甲基丁酸-3-己烯酯等;龍井群體種中共計鑒定出36種香氣成分,其中含量較高的成分為(Z)-己酸-3-己烯酯、芳樟醇、順-3-己烯基丁酯、茉莉酮以及壬醛等;龍井43中共計鑒定出41種香氣成分,其中含量較高的成分為(Z)-己酸-3-己烯酯、芳樟醇、3,7-二甲基-2,6-辛二烯-1-醇、α-柏木烯以及壬醛等;烏牛早中共計鑒定出37種香氣成分,其中含量較高的成分為芳樟醇、(Z)-己酸-3-己烯酯、順-3-己烯基丁酯、茉莉酮以及α-柏木烯;迎霜中共計鑒定出39種香氣成分,其中含量較高的成分為(Z)-己酸-3-己烯酯、芳樟醇、1-乙基-2-甲酰吡咯、順-3-己烯基丁酯以及茉莉酮;鳩坑群體種中共計鑒定出50種香氣成分,其中含量較高的成分為芳樟醇、(Z)-己酸-3-己烯酯、順-3-己烯基丁酯、α-柏木烯以及正辛醇等。由此可見,盡管這6個不同品種的龍井茶香氣成分在化學組成上存在較大的差異,但相對含量較高成分一般都以芳樟醇、順-3-己烯基丁酯、(Z)-己酸-3-己烯酯、檸檬烯、茉莉酮、α-柏木烯、β-紫羅蘭酮等為主。

表2 不同茶樹品種龍井茶香氣成分組成及其相對含量(%)Table 2 Relative concentrations of the aroma components in Longjing tea samples produced from 6 different tea germplasms

續表

續表

醇類成分中,經GC-MS分析,分別從龍井長葉、龍井群體種、龍井43、烏牛早、迎霜以及鳩坑群體種龍井茶中鑒定出12、6、8、7、8和10種醇類香氣成分,醇類成分的總量分別為14.73%、14.65%、18.95%、18.21%、19.04%和22.89%。在這些醇類成分中,含量最高的香氣成分一般為芳樟醇及其氧化物成分等。芳樟醇是植物揮發性成分中重要的香氣物質之一。研究表明,芳樟醇是西湖龍井茶[15]、烏龍茶[16]以及黑茶[17]中重要的呈香成分和香氣活性物質。此外,芳樟醇具有左旋、右旋兩種光學異構體,但是兩種光學異構體有著完全不同的香氣品質;其中3S-(+)-芳樟醇偏甜香、橙香,閾值為7.4 μg·g-1,而3R-(-)-芳樟醇偏木香、薰衣草香,閾值為0.8 μg·g-1[18]。研究表明,芳樟醇在烏牛早中相對含量最高,而在龍井長葉中的相對含量最低。后續采用手性色譜技術,分析其兩種光學異構體的組成比例關系及其對于龍井茶香氣品質的影響具有較為重要的研究價值。

酯類成分中,經GC-MS分析,分別從龍井長葉、龍井群體種、龍井43、烏牛早、迎霜以及鳩坑群體種龍井茶中鑒定出7、5、6、7、6和7種酯類香氣成分,酯類成分的總量分別為10.38%、20.12%、12.69%、17.61%、17.22%和13.37%。在這些酯類香氣成分中,含量最高的成分一般為(Z)-己酸-3-己烯酯、水楊酸甲酯、順-3-己烯基丁酯等。研究表明,(Z)-己酸-3-己烯酯呈現強烈彌散性梨香[19],對西湖龍井茶香氣的形成具有顯著貢獻[20-21]。本研究發現,(Z)-己酸-3-己烯酯在龍井群體種中的相對含量最高,而在龍井長葉中的相對含量最低。

酮類香氣成分中,經GC-MS分析,分別從龍井長葉、龍井群體種、龍井43、烏牛早、迎霜以及鳩坑群體種龍井茶中鑒定出5、3、5、4、3和4種酮類香氣成分,酮類成分的總量分別為4.26%、5.87%、5.71%、5.29%、4.70%和6.19%。在這些酮類香氣成分中,含量最高的成分一般為茉莉酮和β-紫羅蘭酮。茉莉酮是存在于茶葉中的天然物質,帶有天然花香;β-紫羅蘭酮具有甘甜醇厚的花香氣息,微帶木香氣息;采用氣相色譜-嗅聞(GC-O)結合芳香萃取物稀釋分析(AEDA)技術已經發現二者對龍井茶香氣品質具有較大的貢獻[22]。茉莉酮在迎霜中的相對含量最高(3.65%)而在龍井長葉中的相對含量最低(1.18%);β-紫羅蘭酮在龍井43中的相對含量最高(2.13%),然而在迎霜中未檢出。

碳氫化合物成分是龍井茶香氣中種類比較豐富的成分,本研究中主要為苯及萘衍生物類、烯類和烷烴等化合物,其中烯類成分種類最多。經GC-MS分析,分別從龍井長葉、龍井群體種、龍井43、烏牛早、迎霜以及鳩坑群體種龍井茶中鑒定出9、8、9、7、8和9種烯類化合物香氣成分,烯類化合物成分的總量分別為11.23%、6.03%、16.32%、8.50%、7.99%和12.12%;含量比較高的烯類成分一般為α-柏木烯、β-柏木烯、檸檬烯等,其中,α-柏木烯和β-柏木烯一般都在龍井長葉中的相對含量最高,龍井43次之,而在龍井群體種中最低。本試驗還從龍井茶樣品中檢測出7種烷烴類成分和5種苯及萘衍生物類成分,其中烷烴類成分一般不會對龍井茶香氣品質產生重要影響,含量較高的烷烴類成分為十四烷等;苯及萘衍生物類中檢出率及相對含量較高的成分為鄰異丙基甲苯等。

醛類香氣成分中,經GC-MS分析,分別從龍井長葉、龍井群體種、龍井43、烏牛早、迎霜以及鳩坑群體種龍井茶中鑒定出3、3、5、3、2和4種醛類香氣成分,醛類成分的總量分別為3.07%、4.18%、6.28%、2.45%、3.30%和3.32%。在這些醛類香氣成分中,含量最高的成分一般為壬醛,其在龍井43中的相對含量最高(3.40%),而在烏牛早中的相對含量最低(1.47%)。

此外,雜環化合物類香氣成分、酚類化合物類香氣成分以及酸類香氣成分,這三者在不同茶樹品種龍井茶中的檢出率都比較低,一般不超過3種甚至檢測不到;酸類成分中的反式-2-己烯基己酸在不同茶樹品種龍井茶中均有檢出,烏牛早中的相對含量最高(2.50%),而在鳩坑群體種中的相對含量最低(0.95%)。

總體上比較而言,龍井長葉、龍井群體種、龍井43、烏牛早、迎霜和鳩坑群體種這6個不同茶樹品種龍井茶中香氣化合物種類的組成特點存在較大的差異。鳩坑群體種中具有較高含量的醇類香氣成分、酮類香氣成分和酚類香氣成分;龍井群體種中有豐富的酯類香氣成分;龍井43香氣中有豐富的碳氫化合物香氣成分和醛類香氣成分;迎霜香氣成分中有較多的雜環化合物類香氣成分,而龍井長葉香氣中有較多的酸類香氣成分。

3 結論

采用HS-SPME/GC-MS技術,分別從龍井長葉、龍井群體種、龍井43、烏牛早、迎霜以及鳩坑群種6個不同茶樹品種的龍井茶中鑒定出57、36、41、37、39和50種香氣成分;盡管這6個不同茶樹品種龍井茶在香氣組成上存在較大的差異,但相對含量較高的成分都以芳樟醇、順-3-己烯基丁酯、(Z)-己酸-3-己烯酯、檸檬烯、茉莉酮、α-柏木烯、β-紫羅蘭酮等為主。

根據鑒定出的這些香氣化合物的化學結構特點對其分類,發現龍井長葉、龍井群體種、龍井43、烏牛早、迎霜和鳩坑群體種這6個不同茶樹品種龍井茶中香氣化合物種類組成上也存在較大的差異。其中,鳩坑群體種中具有相對豐富的醇類、酮類和酚類香氣成分;龍井群體種中有相對豐富的酯類香氣成分;龍井43中有相對豐富的醛類香氣成分;迎霜中有較多的雜環化合物類香氣成分,而龍井長葉中有較多的酸類香氣成分。