不同干燥方式的桂熱2號紅茶香氣成分分析及判別

陽景陽,李子平,陸金梅,何 文,馮紅鈺,劉漢焱,徐冬英,梁光志,羅蓮鳳

(廣西南亞熱帶農業(yè)科學研究所,廣西崇左 532415)

桂熱2號茶樹品種為廣西南亞熱帶農業(yè)科學研究所從凌云白毫群體種中采用單株選擇-無性繁殖方法選育的優(yōu)良品種,品種登記號為(桂)登(茶)2006010[1]。該品種屬于喬木大葉種,芽葉肥壯內含物豐富,具備制作優(yōu)質紅茶的基礎。以桂熱2號為原料研制的紅茶品質優(yōu)異,以其獨特持久的甜毫香,深受消費者喜愛。

香氣是決定紅茶品質的重要因子。紅茶在干燥過程中揮發(fā)低沸點青味物質,激化保留高沸點芳香物質[2-3],隨著芳香物質的轉化、生成與損失,氨基酸與糖類經過美拉德(Maillard-Reaction)反應,產生大量的吡咯類、呋喃類、吡嗪類化合物等芳香物質,從而形成紅茶的香氣特征[4]。傳統紅茶干燥通常以常壓熱風干燥、日曬干燥為主,隨著科技的發(fā)展真空冷凍干燥、微波干燥等多種干燥方式也逐漸興起[5]。熱風干燥和微波干燥通過高溫鈍化酶活性,終止發(fā)酵過程,而冷凍干燥與日曬干燥溫度相對較低,未失活的酶可以繼續(xù)參與后發(fā)酵過程[6]。研究人員對不同干燥方法對本地區(qū)紅茶香氣的影響開展了研究,任洪濤等[4]研究了云南大葉種紅茶進行熱風干燥后的香氣物質變化。高明珠[7]運用真空冷凍干燥與常壓熱風干燥結合的真空脈動干燥技術制作工夫紅茶,此方法相較于一般冷凍干燥,更有利于茶葉香氣的形成。葉飛等[2]以福鼎大白鮮葉為原料,比較熱風干燥和滾炒干燥處理對宜紅茶品質影響,熱風干燥處理宜紅茶的甜香型香氣成分相對較多。仇方方等[8]對宜紅茶運用熱風、遠紅外、微波、光波、微波+光波五種提香方式,所有提香后茶葉中芳樟醇、苯甲醇等部分物質含量下降,苯甲醛、(E)-β-紫羅酮、反式-橙花叔醇等物質含量升高,同時還出現吡嗪、嘧啶等具有烘烤香的雜環(huán)化合物,芳香物質的變化利于茶葉甜香風味的形成。

呂世懂等[9]分析云南3種曬青紅茶和3種烘青紅茶的香氣成分,并利用主成分分析(principal component analysis,PCA)和聚類分析(clustering analysis,CA)找出這2種不同干燥方式紅茶的異同點,但不能判定高溫干燥的烘青紅茶比曬青紅茶香氣更豐富。Fang等[10]結合GC-MS數據和PCA、逐步線性判別分析(stepwise linear discriminant analysis,SLDA)成功判定鑒別了祁門紅茶的地理源頭。此外,還有研究人員通過統計學方法探索了不同干燥方式的綠茶[11-17]、普洱茶[18-19]等茶類的香氣優(yōu)缺點。同時,PCA、正交偏最小二乘判別分析(orthogonal partial least squares discrimination analysis,OPLS-DA)和聚類分析(Hierarchical Cluster Analysis,HCA)等統計學方法還被廣泛運用于食品[20-21]、藥材[22-25]、飲料[26-27]、工業(yè)材料[28-29]等的圖譜分析中。目前,通過PCA、OPLS-DA、HCA等方法研究香氣品質的技術已得到一定應用,可為茶葉香氣的研究提供理論參考。

目前對桂熱2號紅茶的工藝已有研究[30-31],為了進一步明確不同干燥方式對桂熱2號紅茶香氣的影響,本文運用SPME-GC-MS技術對熱風干燥、真空冷凍干燥、日曬干燥、凍干+熱風干燥四種干燥方式桂熱2號紅茶香氣成分進行檢測,利用PCA、OPLS-DA、HCA方法進行建模分析,探明不同干燥方式桂熱2號紅茶的香氣特征,確定差異香氣成分,實現干燥方式判別,為進一步開發(fā)研究提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

桂熱2號鮮葉 廣西南亞熱帶農業(yè)科學研究所名優(yōu)茶葉種植基地(制茶試驗于2018年4～10月在廣西南亞熱帶農業(yè)科學研究所名優(yōu)茶廠進行);癸酸乙酯 美國Sigma-Aldrich;NaCl 國藥集團化學試劑有限公司。

6CWD-6型茶葉萎凋槽 南寧市創(chuàng)宇茶葉機械有限公司;6CR-35型揉捻機、YX-6CFJ-10B型全自動紅茶發(fā)酵機 福建安溪永興茶葉機械廠;DW-86L388J超低溫冰箱 青島海爾特種電器有限公司;ZDG-10型真空冷凍干燥機 廣東永利機械設備有限公司;6CTH型烘干機 浙江上洋機械有限公司;茶葉水分測定儀、固相微萃取手動SPME進樣手柄、50/30 μm DVB/CAR/PDMS固相微萃取頭 美國Supelco公司;7890A-5975C型氣相-質譜聯用儀 美國Agilent公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 制茶方法 將新鮮采摘的桂熱2號鮮葉放入萎凋槽內萎凋處理20 h(攤葉厚度1 cm,設置溫度25 ℃,濕度70%);將萎凋葉放入揉捻機空壓10 min、輕壓20 min、重壓10 min、松壓5 min制成揉捻葉;揉捻葉放入智能紅茶發(fā)酵機發(fā)酵3 h,攤葉厚度10 cm,發(fā)酵葉溫度35 ℃,發(fā)酵濕度90%[31];將發(fā)酵葉進行理條15 min后采用四種干燥方法(熱風/凍干/日曬/凍干+熱風)進行干燥;干燥葉經過除雜、撿剔等精制過程制成桂熱2號紅茶樣品。

1.2.2 干燥方法

1.2.2.1 熱風干燥(H組) 將發(fā)酵葉平攤至烘干架上,攤葉厚度0.2～0.8 cm,放入烘干機內,溫度65～75 ℃,烘干時間2～3 h,溫度95～100 ℃,烘干時間15～45 min,至茶葉含水率7%以下[31]。

1.2.2.2 真空冷凍干燥(D組) 將發(fā)酵葉裝入封口袋中,放入超低溫冰箱冷凍6 h,待凍實后取出放入冷凍干燥機;主凍干真空度0.8 mbar,溫度-22 ℃,時間6～8 h;后凍干真空度0.05 mbar,溫度-38 ℃,時間2～3 h;至茶葉含水率7%以下[32]。

1.2.2.3 日曬干燥(S組) 將發(fā)酵葉平攤在攤青布上,放在陽光直射的地方曬干(2～3 d),地表溫度40～50 ℃,至含水率7%以下[9]。

1.2.2.4 凍干-熱風干燥(DH組) 將發(fā)酵葉裝入封口袋中,放入超低溫冰箱設-50 ℃冷凍6 h,待凍實后取出放入冷凍干燥機;凍干真空度0.8 mbar,溫度-22 ℃,時間6～8 h,含水率10%～15%取出;將茶樣平攤至烘干架上,攤葉厚度0.2～0.8 cm,放入烘干機中,溫度95～100 ℃,烘干時間15～45 min,至茶葉含水率7%以下。

1.2.3 感官審評方法 感官審評參照茶葉感官審評方法GB/T 23776-2018[33],邀請5名具備專業(yè)資格的評茶員對茶樣進行密碼審評。采用柱形杯審評法,取3.0 g茶樣,茶水比1∶50 g/mL,置于相應評茶杯中,注滿沸水、加蓋計時5 min,依次等速濾出茶湯,葉底留于杯中,按外形、湯色、香氣、滋味、葉底順序逐項審評打分,將單項因子得分與該因子評分系數相乘,并將各個乘積值相加,即為該茶樣審評總分。

1.2.4 SPME提取 采用固相微萃取(Solid-phase micro-extraction,SPME)方法提取茶葉香氣物質,根據GB/T 8303-2013《茶磨碎試樣的制備及其干物質含量測定》[29]中的緊壓茶試樣制備法,取出粉末茶樣,混勻、磨碎,然后稱取1 g茶樣放入萃取瓶中,萃取溫度120 ℃,保溫20 min,吸附時間3 min。SPME進樣針:50/30 μm DVB/CAR/PDMS(Dibinylbenzene/Carboxen/polydimethylsiloxane)

1.2.5 GC-MS條件 色譜條件:色譜柱Agilent(60 m×250 μm×0.25 μm);進樣口溫度270 ℃;升溫程序:40 ℃(保持5 min),以15 ℃/min升溫至280 ℃(保持5 min),以15 ℃/min升溫至305 ℃(保持5 min);分流比10∶1,流速2.0 ml/min。質譜條件:SCAN掃描范圍:29～550 m/z。

1.3 數據處理

由GC-MS分析得到的質譜數據經計算機在NIST標準譜庫的檢索,依據相關資料對各峰加以確認,鑒定樣品中的揮發(fā)性香氣成分,用峰面積歸一法[34]分析各組成分相對含量。對數據于SIMCA14.1中進行主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)、正交信號校正偏最小二乘判別分析(Orthogonal Partial Least Squares Discrimination Analysis,OPLS-DA)和聚類分析(Hierarchical Cluster Analysis,HCA)。

2 結果與分析

2.1 感官審評

紅茶審評中香氣因子占權重的25%,以嫩香、嫩甜香、花果香為最佳[33],四個茶樣香氣因子得分H≈DH>S>D,見表1。H(93.0分)表現為香氣甜毫香明顯,DH(93.0分)表現為甜毫香濃郁持久,香氣表現較好;而D(87.2分)和S(90.4分)香氣中都帶有些青氣,表現較差。外形DH為最優(yōu),緊結,顯金毫;湯色D、DH都表現為金黃明亮,較優(yōu);滋味以H表現最好,有明顯回甘,S表現最差;葉底D表現最好,肥嫩,紅明亮。綜合得分H≈DH>D>S,H與DH為最好(92.0分),S最差(89.1分)。

表1 感官審評結果(分)Table 1 Results of sensory quality evaluation(scores)

2.2 GC-MS結果分析

GC-MS結果經NIST標準譜庫檢索,對各峰加以確認后用峰面積歸一法分析各組成分相對含量,剔除匹配度SI<80的香氣物質,結果見表2。12個茶樣共鑒定出36種香氣物質,可鑒定組分的峰占到了總峰面積的87.13%(D)、86.76%(DH)、86.10%(H)、83.85%(S),其中醇類14種占總峰面積的33.27%(D)、38.21%(DH)、38.77%(H)、39.60%(S),含量較高有的芳樟醇(蘭花香)[35-36]、苯乙醇(玫瑰花香)、苯甲醇(芳香味)、橙花醇(新鮮柑橘香)、橙花叔醇(甘甜帶木香),對桂熱2號花果甜香的貢獻較大。DH組芳樟醇含量顯著(P<0.05)高于D組,說明凍干后面的高溫烘干處理有助于芳樟醇的形成。橙花醇是香葉醇的異構體,D組的橙花醇顯著(P<0.05)低于S和H組,而D組橙花叔醇顯著(P<0.05)高于其他組。醛類鑒定出8種,占總峰面積的7.09%(D)、8.61%(DH)、9.03%(H)、5.60%(S),含量最高是苯乙醛(果甜香),DH組顯著(P<0.05)高于S組,其他組差異不顯著。酮類3種,占總峰面積0.96%(D)、0.96%(DH)、1.33%(H)、0.62%(S),D組的β-紫羅蘭酮(木質香氣)顯著(P<0.05)高于其他組。酸類1種,乙酸(醋酸味)相對含量為0.50%(D)、0.57%(DH)、1.19%(H)、1.19%(S)。酯類1種,水楊酸甲酯(薄荷香味)相對含量為3.33%(D)、4.52%(DH)、3.49%(H)、4.33%(S),方差分析含量差異不顯著。其他類包含氮類、碳氫類、內酯類、雜環(huán)類等,占含量的41.97%(D)、33.88%(DH)、32.29%(H)、32.51%(S),其中含氮化合物咖啡因含量D組(32.20%)顯著(P<0.05)高于其他組,DH(30.32%)組顯著(P<0.05)高于H組(27.87%)。

表2 四種不同干燥方式的桂熱2號紅茶香氣成分及相對含量(%)Table 2 Aroma compounds and relative content of four kinds of Guire 2 black tea treated with different drying methods(%)

四組茶樣共有的香氣成分有33種,占總峰面積1%以上的有咖啡因、芳樟醇、苯乙醇、水楊酸甲酯、苯甲醇、2-甲基丁醛、苯乙醛、橙花叔醇、橙花醇、二甲基硫、異戊醛、1-乙基-1H-吡咯-2-甲醛,這些香氣成分之和占到了總峰面積的76.12%(D)、76.76%(DH)、74.57%(H)、75.06%(S),說明上述物質構成了桂熱2號紅茶的甜香的香氣基調。

2.3 PCA分析

主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)是一種通過降維方式提取有效信息的多變量統計方法,能在最大程度保留數據原始信息的基礎上,在低維度內,找出變量間的關系,對樣品加以區(qū)分[37-38]。將12個紅茶樣品(編號:D1～D3、DH1～DH3、H1～H3、S1～S3)的GC-MS數據構成12×36的矩陣,對數據采取帕累托標度化(Pareto scaling,Par)后進行主成分分析擬合主成分得圖如圖1。

表3 香氣成分的主成分載荷矩陣Table 3 Loading matrix of principal components of aroma

模擬生成3個主成分,在95%的置信區(qū)間內,第1、第2主成分能累積反映69.5%的數據信息,累積Q2=0.48;第1、2、3主成分能累積反映82.2%的數據信息,累積Q2=0.49,表示模型解釋度高,預測能力較好。得分圖能反映各獨立樣本間的差別,圖1中H組與DH組主要分布于第一四象限,S組分布于第四象限,D組分布于第二三象限,除DH組與H組間較為相近外,其他試驗組間都能實現較好的區(qū)分。

圖1 PCA分析散點圖 Fig.1 PCA of samples distribution scatter plots 注:a:二維分布圖;b:三維分布圖。

載荷因子是PCA分析中重要變量貢獻的集合,反映了各香氣物質對主成分負荷的相對大小和作用方向,可以顯示具體變量對主成分的貢獻情況[20],正系數大代表該香氣物質對主成分正向的貢獻大,反系數大代表該香氣物質對主成分反向的貢獻大。在第一主成分中,咖啡因(0.661)具有較大的正系數值,橙花醇(-0.383)具有較大的負系數值;第二主成分中苯乙醇(0.369)、芳樟醇(0.340)、2,6,11-三甲基十二烷(0.318)、3,4-二甲基-2,5-二氫-1H-吡咯-2-酮(0.307)具有較大的正系數值,苯甲醇(-0.37)具有較大的負系數值;第三主成分中芳樟醇(0.467)、水楊酸甲酯(0.341)具有較大的正系數值,橙花醇(-0.43)、二甲基硫(-0.354)具有較大的負系數值。

2.4 OPLS-DA分析

圖2 組間S-plot Fig.2 S-plot between groups注:a:D組與DH組;b:D組與H組;c:D組與S組;d:DH組與H組;e:DH組與S組;f:H組與S組。

圖3 組間VIP預測值分布散點圖Fig.3 VIP predictive scatter diagram between groups

2.5 HCA分析

將12個紅茶樣品的GC-MS數據進行聚類分析(Hierarchical Cluster Analysis,HCA),如圖4所示,在距離為6.23處可將茶樣分為4類,第一類包括D1、D2、D3,第二類包括S1、S2、S3,第三類包括H2、H3第四類包括DH1、DH2、DH3及H1,除H組與DH組有部分難以區(qū)分外,其他組別間都實現了較好的區(qū)分度,分聚在不同類別。結果表明,聚類分析能有效通過香氣成分對不同干燥方式的桂熱2號紅茶進行分類,但對都經過95 ℃以上加溫的熱風干燥組與凍干+熱風組分類精度不高。

圖4 不同干燥方式紅茶HCA聚類分析圖Fig.4 HCA analytical diagram of black tea with different drying methods

3 結論

四種干燥方式的桂熱2號紅茶共鑒定出36種香氣物質,其中咖啡因、芳樟醇、苯乙醇、水楊酸甲酯、苯甲醇、2-甲基丁醛、苯乙醛、橙花叔醇、橙花醇、二甲基硫、異戊醛、1-乙基-1H-吡咯-2-甲醛等是主要呈香物質,構成了桂熱2號花果甜香的基礎。

GC-MS結合PCA、OPLS-DA、HCA分析能實現對多種干燥方式紅茶的區(qū)分和聚類,差異成分的香氣特質與感官審評香氣評價相吻合,干燥過程中溫度>95 ℃,香氣成分中咖啡因等含量降低,芳樟醇、橙花醇等呈現花果香的物質含量升高,花果甜香顯現,青氣逐漸消失。本研究對紅茶的干燥技術改進具有一定的參考價值,但是針對多種方式相結合的干燥方法的應用與精確判別還需深入研究。