實時直接分析質譜法對碧螺春紅茶香氣物質的快速鑒別

張麗，劉騰飛，劉明，段曉琨，董明輝，*

（1.蘇州市職業大學，江蘇蘇州215104；2.蘇州市農業科學院，江蘇蘇州215155；3.中國食品發酵工業研究院，北京100015；4.華質泰科生物技術（北京）有限公司，北京100101）

近年來，隨著蘇州地區茶葉消費的興起和消費群體的日趨龐大，自產碧螺春綠茶供不應求，同時，蘇州碧螺春茶區以綠茶生產為主，生產季節多限于春季生產，造成優質的夏秋鮮葉資源的浪費，也直接降低了企業的經濟效益[1]。因此合理利用蘇州洞庭山地區鮮葉加工成紅茶不僅可以很好地滿足市場需求，還可以充分開發當地茶樹鮮葉資源，豐富蘇州洞庭山茶區茶葉產品的多樣性，進一步優化茶葉的產業結構。

蘇州洞庭東西山的茶企和茶農們已經開始嘗試以制作碧螺春紅茶，并獲得較好的市場美譽度。碧螺紅茶是一款基于洞庭山碧螺春傳統工藝基礎上研制成功的紅茶，屬全發酵茶，以茶樹新芽葉為原料，經萎凋、揉捻、發酵、干燥等典型工藝過程精制而成，其不僅具有碧螺春的條索纖細、卷曲成螺、香氣濃郁等特點，還使其擁有了紅茶的紅葉、紅湯、紅葉底等獨特優點，在原料上更為精細，而且有一股特別的果香味[2]。但是，目前市售的碧螺春紅茶的加工工藝缺乏相應的生產標準和規程，產品質量等級的評定也沒有國家相關標準，市場上紅茶品質參差不齊，假冒偽劣，以次充好的現象時有發生，因此有必要對碧螺春紅茶的品質真偽進行鑒別，質量等級進行評價，保證原產地茶葉的質量和特色，促進蘇州洞庭碧螺春紅茶的良性發展[3]。

香氣是影響茶葉品質的重要因素，其不僅影響到茶葉的等級，也是大眾消費的重要導向之一。紅茶是我國茶類中的瑰寶，紅茶具有與其他茶類不同的獨特品質，尤其是紅茶的香氣令人心礦神怡，花香、甜香、果香等是紅茶香氣的特征。全世界已經從各種茶葉中鑒定出幾百種香氣物質，包括醇、醛、酸、酯等[4]。茶葉香氣的檢測目前主要以蒸餾萃取、固相微萃取等分離方法結合氣質聯用進行檢測，這些方法要對樣品進行前處理，而且耗時較長，不能滿足快速、原位檢測的要求。

實時直接分析質譜法（direct analysis in real timemass spectrometry，DART-MS）是2005年發展起來的常溫常壓質譜離子化技術，不僅可以對樣品的化學成分進行原位分析，而且可以在短時間內對大量樣品的分析和鑒別[5-6]。DART作為一種新的常壓離子源，相比于其他電離技術，DART對樣品分析無需繁雜的化學處理和冗長的色譜分離，大幅簡化了分析步驟，縮短了分析周期，樣品不需處理或只需簡單的前處理即可分析[7-8]。因此，DART源已被廣泛應用食品[9-10]、醫藥[6-7，11]、司法[12-13]領域的檢測分析中。

因此，本研究運用DART-MS檢測對不同產地、不同等級的碧螺春紅茶的香氣物質，期望建立一種快速、高效、簡便、準確鑒定碧螺春紅茶質量的方法，以便于區分產地和鑒定紅茶質量，發揮碧螺春茶葉的地域優勢和產品優勢，從而更好的保護碧螺春的茶葉產業。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所用碧螺春紅茶購買于蘇州洞庭東山、西山、旺山和無錫新區。

1.2 儀器

實時直接分析離子源（DART-SVP）：IonSense公司；高分辨質譜（Q Exactive）：賽默飛科技公司。

1.3 試驗方法

茶葉樣品稱取10g，放入清潔的自封袋中。DART離子源出口與VAPUR接口用T型玻璃三通管密封，T型管與采樣袋用特氟龍管連接，將茶葉的香氣成分通過DART真空泵的抽吸采集到離子源出口處，生成離子。

1.4 儀器條件

DART源：反應氣為氦氣，氣流量3.0 L/min；加熱器300℃；柵極電壓100 V；正離子模式。

質譜條件：掃描范圍50 m/z～350 m/z；毛細管溫度250 ℃；分辨率 70 000；AGC 1e6；吹掃氣 9 arb；正離子模式。

通過對色譜圖峰的分析，根據相對分子質量、化學式及分子結構確定峰物質名稱。以最高峰為基峰，其他物質的峰高與基峰的比值計算相對豐度。

2 結果與討論

本試驗測定了4個不同產區（東山、西山、旺山和無錫）的碧螺春紅茶，采用DART-MS進行香氣物質檢測，鑒定出碧螺春紅茶中的28種香氣物質（如表1所示），主要有酯類、酮類、醛類、酚類等，還有少量醇類、烴類和含氮類化合物。

碧螺春紅茶的主要酯類物質有茉莉酸甲酯、水楊酸甲酯、丙酸橙花酯、丁酸橙花酯、乙酸橙花酯、茉莉內酯、甲酸香葉酯等；醇類主要有橙花叔醇、芳樟醇和苯乙醇等；酮類主要有1-羥基-4-氧代-α-紫羅蘭酮、3-氧代-β-紫羅蘭酮、紫羅蘭酮、茉莉酮和茶螺烯酮等；烴類有長葉烯、去氫白菖蒲烯、茶螺烷；酚類物質主要有異丁香酚、百里香酚、4-乙烯基愈創木酚、4-甲基愈創木酚、愈創木酚；醛類主要有橙花醛和反-2，4-庚二烯醛。還檢測出含氮類化合物如吲哚。

表1 經DART-MS鑒定的不同產區碧螺春紅茶中的風味物質及相對豐度Table 1 Relative abundance of aroma components of Biluochun black tea from different regions detected by DART-MS

2.1 不同產區的碧螺春紅茶的香氣物質種類比較

前人研究表明，紅茶屬于全發酵茶，其香氣成分主要來自發酵過程中多酚類物質的酶促氧化及偶聯反應，形成以酯類、酮類和醇類為主要特征成分的甜花香，主要有苯甲醇、苯乙醇、芳樟醇及其氧化物、水楊酸甲酯等[14]。其中芳樟醇既有紫丁香、鈴蘭花香，又有果香氣息。香葉醇具有溫和、甜的玫瑰花氣息[15]，苯乙醇具有典型的玫瑰花香。在本研究中鑒定出了3種醇類，橙花叔醇、芳樟醇和苯乙醇，研究表明，醇類是紅茶香氣中最重要的物質，祁紅香氣物質中67.21%都是醇類物質[16]。我國的紅茶香氣大概分為3個類型，第一類是芳樟醇及其氧化物的含量特別高；第二類是中間型，芳樟醇和香葉醇的含量均比較高；第三類是香葉醇的含量占主導地位[17]，有研究為市售祁紅中的苯甲醇、香葉醇、苯乙醇等成分含量較高，可能是祁紅的特征香氣成分[18]。在本研究中未鑒定出香葉醇，推測碧螺春紅茶的香型屬于第一類。

圖1到圖4分別表示不同產區碧螺春紅茶DART-MS的離子圖，鑒定結果如表1所示，東山和西山產區醇類物質的離子相對豐度較高，旺山產區次之，無錫產區最低。橙花叔醇在無錫產區的紅茶中未檢出。苯乙醇在4個產區的離子相對豐度普遍高于其他醇類，東山產區的苯乙醇相對豐度最高。

圖1 東山產區碧螺春紅茶樣品的DART-MS離子圖Fig.1 DART-MS ion map of Dongshan region“Biluochun”black tea

圖2 西山產區碧螺春紅茶樣品的DART-MS離子圖Fig.2 DART-MS ion map of Xishan region“Biluochun”black tea

圖3 旺山產區碧螺春紅茶樣品的DART-MS離子圖Fig.3 DART-MS ion map of Wangshan region“Biluochun”black tea

圖4 無錫產區碧螺春紅茶樣品的DART-MS離子圖Fig.4 DART-MS ion map of Wuxi region“Biluochun”black tea

酮類化合物也是花香特征的物質基礎，形成于發酵階段，茶葉中大量的類胡蘿卜素氧化，部分降解形成紫羅酮、大馬士酮等[19]。本試驗鑒定出的酮類物質主要有 1-羥基-4-氧代-α-紫羅蘭酮、3-氧代-β-紫羅蘭酮、紫羅蘭酮、茉莉酮和茶螺烯酮等。紫羅蘭酮、茉莉酮和茉莉酸甲酯呈現茉莉、梔子等甜醇濃厚的花香[20]。茶螺烯酮為β-胡蘿卜素的氧化降解產物，主要呈現果實、干果類香氣，以上幾種酮類皆是評價紅茶品質的重要香氣物質。本次試驗結果表明，以上4種酮類物質的離子相對豐度在東山、西山產區的紅茶樣品中較高，其次是旺山，無錫產區最低。

酯類主要有茉莉酸甲酯、水楊酸甲酯、丙酸橙花酯、丁酸橙花酯、乙酸橙花酯、茉莉內酯、甲酸香葉酯。其中茉莉內酯在4個不同的紅茶樣品中離子的相對豐度均較高，其次是丙酸橙花酯。丙酸橙花酯有果味蜂蜜香氣，茉莉內酯呈現茉莉花香，也有研究表明茉莉內酯及其他內酯呈現果味香[16]，推測這兩種酯類是碧螺春紅茶的特征香氣成分。這兩種酯類物質的相對豐度尤其以東山茶樣中最高，西山、旺山次之，無錫最低。丙酸橙花酯、丁酸橙花酯、乙酸橙花酯主要呈現玫瑰花香和水果的甜香，丙酸橙花酯還有果味蜂蜜香氣，甲酸香葉酯呈現愉快的天竺葵玫瑰香氣。茉莉酸甲酯和水楊酸甲酯是典型的紅茶的香氣成分，水楊酸甲酯呈現出一定的鮮爽而細銳的冬青葉和類似薄荷精油香味[21]，丁酸橙花酯在無錫和西山產區的紅茶樣品中未檢出。

本試驗鑒定出6個酚類物質，異丁香酚和百里香酚，以及呈現木香味的愈創木酚和衍生物。百里香酚和4-乙基愈創木酚是碧螺春紅茶的特征峰，尤其以東山產區相對豐度最高。其他幾個酚類物質如4-乙烯基愈創木酚、4-甲基愈創木酚等，也是以東山產區的相對豐度最高。

本試驗鑒定出4個烴類物質，檸檬烯在無錫和東山是離子強度最高的峰，茶螺烷和長葉烯的相對豐度在4個樣品中也普遍較高，推測這3個烴類物質是碧螺春紅茶主要的烴類物質，呈現木香和清淡的香脂香氣。

本試驗還鑒定出兩個醛類物質，分別是反-2，4-庚二烯醛和橙花醛，這兩類物質是碧螺春紅茶呈現清香味的主要因素。這兩個物質在西山和旺山產區離子強度最高，在無錫和東山產區較低。醛類化合物可在發酵、干燥階段，通過氨基酸的轉化或脂質氧化降解等方式形成。醛類化合物的呈香特征除了花香以外，也是紅茶清香氣息的重要原因，一般與紅茶的發酵程度有關[20]。

2.2 不同產區的碧螺春紅茶的主要特征香氣物質

經DART-MS得出，碧螺春紅茶共有的特征性香氣成分有茉莉內酯、百里香酚、檸檬烯、橙花醛、紫羅蘭酮等，不同產區的碧螺春紅茶的特征性香氣成分各有不同。

東山地區特征香氣物質：茉莉內酯、橙花醛、4-乙基愈創木酚、百里香酚、檸檬烯、茶螺烷、紫羅蘭酮、異丁香酚、苯乙醇、愈創木酚等。

西山地區特征香氣物質：長葉烯、茶螺烷、茉莉內酯、橙花醛、4-乙基愈創木酚、百里香酚、檸檬烯。

旺山地區特征香氣物質：長葉烯、去氫白菖蒲烯、茶螺烷、紫羅蘭酮、茉莉內酯、橙花醛、百里香酚、檸檬烯等。

無錫地區特征香氣物質：茉莉內酯、橙花醛、4-乙基愈創木酚、百里香酚、檸檬烯。

茶樹遺傳特性、生產環境和栽培方式等因素會影響茶葉中化學成分的種類和含量，茶葉的加工過程對茶葉品質的轉化起到了關鍵的作用，因此來自不同地區的品種原料制成的茶樣品質各有不同[21]。本試驗結果與茶樹栽培的模式有關。在洞庭東西山，茶樹的栽培模式主要以茶果間作為主，茶樹種植在枇杷、楊梅、桃樹、板栗等十多種果樹花叢中，花果樹覆蓋率在30%左右，茶樹飽吸四季花果之香[22]，所以發酵生產的紅茶香氣中檢出此類物質的離子豐度也較高。

不同加工工藝對紅茶香氣成分也有較大的影響，茶內物質的組成與含量因加工方法的不同而有明顯差別。在紅茶制作工藝中，最后一步提香或者干燥工藝會造成低沸點的香氣物質揮發，同時通過美拉德反應等，增加一些吡咯衍生物、吡嗪類衍生物等物質，使得干茶具有焦糖香或烘炒香特征[4]。但是本次試驗4個產區均未鑒定出這類物質，除了與茶樹品種有關，還可能與加工工藝有關。

2.3 不同級別的碧螺春紅茶的主要特征香氣物質

茶香不僅是評價茶葉等級的標準，也是消費者選擇的重要依據。本試驗采用不同級別的碧螺春紅茶（參照國標GB/T 13738.2-2008《工夫紅茶標準》），經DART-MS測定香氣物質，圖5到圖8分別表示西山產區I級到IV級的DART-MS離子圖，結果表明，不同級別的碧螺春紅茶的特征性香氣成分各不相同。

由表1可以看出，第I級別西山產區碧螺春紅茶特征香氣成分中，以烯烴類（檸檬烯、橙花醛、長葉烯、去氫白菖蒲烯）和酚類物質（4-乙基愈創木酚、百里香酚、愈創木酚、4-乙烯基愈創木酚、4-甲基愈創木酚）離子強度較高，其他物質種類較少，主要有苯乙醇、反-2，4-庚二烯醛、紫羅蘭酮、茉莉內酯。

圖5 西山I級碧螺春紅茶樣品的DART-MS離子圖Fig.5 DART-MS ion map of Xishan region“Biluochun”black tea（Grade I）

圖6 西山II級碧螺春紅茶樣品的DART-MS離子圖Fig.6 DART-MS ion map of Xishan region“Biluochun”black tea（Grade II）

圖7 西山III級碧螺春紅茶樣品的DART-MS離子圖Fig.7 DART-MS ion map of Xishan region“Biluochun”black tea（Grade III）

圖8 西山IV級碧螺春紅茶樣品的DART-MS離子圖Fig.8 DART-MS ion map of Xishan region“Biluochun”black tea（Grade IV）

第II級別和第III級別也顯示同樣的特征，以烯烴類（檸檬烯、長葉烯、去氫白菖蒲烯）和酚類物質（百里香酚、4-甲基愈創木酚、愈創木酚）為主，其他種類主要有橙花醛、反-2，4-庚二烯醛、苯乙醇、紫羅蘭酮、茉莉內酯等。

第IV級別西山產區碧螺春紅茶特征香氣成分：茶螺烷、茉莉內酯、橙花醛、4-乙基愈創木酚、百里香酚、檸檬烯、反-2，4-庚二烯醛等。

級別較高的碧螺春紅茶，烴類物質和酚類物質種類較多，級別較低的碧螺春紅茶這兩類物質種類相對較少，其他物質種類普遍存在于各個級別的紅茶中。前人研究表明不同級別的滇紅樣品檢測出的香氣物質種類不同，高品質的滇紅中含有更多的芳樟醇及其氧化物、香葉醇和松油醇等，級別較低的樣品中青葉醛、苯甲醛和苯乙醛的含量較高[23]。

目前，碧螺春紅茶的質量等級還沒有相應的國家標準，大部分是茶農靠個人經驗生產，實際生產中對碧螺春紅茶的等級判定還是根據個人經驗判定，雖然碧螺春紅茶的加工雖然已經制定地方標準（DB3205/T 233-2015蘇州市農業地方標準-蘇州紅茶加工技術規程），但是在實際生產過程中還是農戶根據自己的經驗手工加工，機械化程度較低，會導致紅茶樣品的品質參差不齊，香味滋味各有差異，難以統一，因此，未來亟需對碧螺春紅茶的感官品質制定地方標準，更好地發展蘇州地域特色產品。

3 結論

本試驗使用DART-MS方法對不同產區和不同級別的碧螺春紅茶的香氣物質進行檢測，結果表明碧螺春紅茶的主要特征香氣成分主要有酯類、酮類、醛類、酚類等，其中茉莉內酯、百里香酚、檸檬烯、橙花醛、紫羅蘭酮等是特征香氣成分，還有少量醇類、烴類和含氮類化合物。

不同產區的紅茶香氣成分種類不同，其中東山和西山以茉莉內酯、橙花醛、4-乙基愈創木酚、百里香酚、檸檬烯、茶螺烷等為主要的特性香氣成分，且離子相對豐度較高，而無錫和旺山離子種類較少，且離子相對豐度較低。

不同級別的碧螺春紅茶的特征性香氣成分各不相同，級別較高的碧螺春紅茶，離子種類較豐富，其中烴類物質和酚類物質種類較多，而級別較低的碧螺春紅茶，離子種類較少，各類離子相對豐度較低，這也說明了級別越高的碧螺春紅茶，香氣越濃郁。

綜上所述，本研究使用一種快速、便捷且不需要樣品前處理的方法DART-MS對碧螺春紅茶的香氣物質進行檢測，初步對不同產區和不同級別進行了快速鑒別，為碧螺春紅茶品質的提升和指導實際生產提供了參考依據，未來可以使用DART結合串聯質譜等更先進的方法對碧螺春紅茶的香氣物質進行更多種類的香氣物質進行鑒別。