“周寧高山云霧茶”綠茶風味成分分析研究

倪子鑫,周子維,劉彬彬,高 峰,李林金,武清揚,鄧慧莉,孫 云,*

(1.福建農林大學園藝學院，茶學福建省高校重點實驗室,福建福州 350002; 2.福建省農業廳,福建福州 350001; 3.周寧縣茶業管理局,福建周寧 355400)

周寧縣位于福建省東北部,最低海拔65 m,最高海拔1506 m,平均海拔800 m,氣候條件優越[1-2]。周寧縣為全國重點產茶縣[3],其地理標志證明商標產品“周寧高山云霧茶”以優質炒青綠茶為代表,香氣清新馥郁，滋味鮮濃醇厚,具獨特高山雅韻[4]。高山茶自古以來被譽為高品優質茶的代表[5],芽葉肥壯、色綠、條索緊結、香氣馥郁、滋味鮮濃醇厚[6]。“周寧高山云霧茶”香氣鮮嫩、清高持久,滋味濃厚鮮爽[7]的優良品質是內外因素綜合作用的結果,研究表明海拔越高,茶葉中呈甜香、花香和木香的萜烯類含量越高,茶多酚含量越低,氨基酸含量越高,酚氨比越低,構成鮮醇的滋味[8-12];而茶園所在環境條件的不同均會對茶葉品質造成影響,如相對低溫、豐富的漫射光散射光、相對較高的濕度、有機質含量高且呈砂礫狀土壤均對高山好茶品質形成具有重要作用[13-18]。

福建省烏龍茶品種種質資源豐富,烏龍茶天然馥郁的花果香是其與其他茶類相區分的重要特征之一[19],部分采用烏龍茶品種付制的綠茶、白茶、紅茶等茶類的香氣與滋味品質得到了明顯提高[20-24],但目前關于烏龍茶品種與傳統菜茶品種中滋味與香氣成分差異研究較少。本研究選用不同海拔、品種具代表性優質“周寧高山云霧茶”炒青綠茶為試驗材料,旨在分析“周寧高山云霧茶”綠茶總體品質風味特征以及不同海拔、品種間特征成分差異,為栽培品種選擇、栽培條件的改善、產品品質定位提升及標準化的制定提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

14個樣品 選自周寧縣海拔200～900 m間的8個鄉鎮不同品種的“周寧高山云霧茶”綠茶,其中低海拔(200～400 m)茶樣4個,中海拔(600～800 m)茶樣6個,高海拔(820～900 m)茶樣4個。綠茶品種分為菜茶品種和烏龍茶品種(金觀音、梅占、金牡丹、金萱、軟枝烏龍),且每個海拔分組內菜茶品種與烏龍茶品種數量相當(表1)；1% AlCl3溶液、乙腈、正丁醇、乙酸乙酯、甲醇、草酸、茚三酮、碳酸鈉、碳酸氫鈉、10% 福林酚試劑、95%乙醇、氯化亞錫、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鉀、沒食子酸標準儲備溶液、堿式乙酸鉛、0.01 mol·L-1鹽酸溶液、4.5 mol·L-1硫酸溶液、咖啡堿標準液 市售。

表1 樣品信息Table 1 Information of samples

Agilent 7890B氣相色譜儀 美國安捷倫公司;MPS自動進樣器 德國哲斯泰公司;Pegasus高通量飛行時間質譜 美國力可公司;多功能酶標儀 瑞士帝肯公司;UV-2800AH紫外可見光光度計 尤尼克(上海)儀器有限公司;722S 可見光分光光度計 上海光譜儀器有限公司;LXJ-IIB冷凍高速離心機 上海安亭科學儀器廠;DK-S24電熱恒溫水浴鍋 上海精宏實驗設備有限公司;BSA124S分析天平 德國賽多利斯公司;DHG-9000電熱鼓風恒溫干燥箱 蘇州江東精密儀器有限公司;SHB-Ⅲ循環水式真空泵 鄭州長城科工貿有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 生化成分的測定 黃酮的測定采用AlCl3比色定量法[25];茶多酚根據國家標準 GB/T 8313-2008[26],采用福林酚法測定；水浸出物根據國家標準 GB/T 8305-2013[27]測定;游離氨基酸總量根據國家標準 GB/T 8314-2013[28],采用水合茚三酮比色法測定;咖啡堿根據國家標準 GB/T 8312-2013[29],采用紫外分光光度法測定。

1.2.2 SPME-GC-MS香氣測定 茶樣稱取:稱取2.0 g磨碎茶樣轉移至固相微萃取(SPME)螺紋瓶中,旋緊帶有硅膠隔墊的螺紋瓶蓋。

香氣提取:參照劉彬彬等[30]的方法,萃取頭(65 μm PDMS/DVB固相微萃取頭)老化溫度250 ℃,老化時間30 min。孵育溫度:80 ℃,孵育時間31 min。樣品香氣提取時間為60 min,解吸附時間3.5 min。

色譜條件:采用Rxi?-5silMS毛細管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm,320～350 ℃);進樣方式為不分流進樣。GC進樣口溫度250 ℃,GC-MS連接接口溫度275 ℃,載氣采用純度>99.999%氦氣,過柱流速1 mL·min-1,清洗氣流速3 mL·min-1;程序升溫:起始溫度50 ℃保持5 min后,先以3 ℃·min-1速率升溫至210 ℃后保持5 min,再以15 ℃·min-1速率升溫至230 ℃。

質譜條件:離子源溫度250 ℃,電子能70 eV;質譜檢測器電壓:1530 V;采集速率:10 spectra·s-1;質量范圍:30～500 u;質譜數據采集時間200 s。

1.3 數據處理

GC-TOF-MS獲得的原始數據通過Chroma TOF軟件分析處理,總離子色譜圖通過美國國家標準與技術研究院(NIST)譜庫進行化合物成分檢索,并結合保留時間和質譜進一步確認香氣類別。

方差分析采用SPSS軟件中Tukey法檢驗方差齊次性。各香氣組分含量采用歸一化處理,即計算各香氣峰面積與所有香氣峰面積之和的百分比。采用SIMCA14.1軟件進行主成分分析(PCA)與偏最小二乘法判別分析(PLS-DA),篩選VIP>1并且P<0.05的香氣成分。

2 結果與分析

2.1 “周寧高山云霧茶”綠茶生化特征分析

周寧綠茶主要滋味物質的生化成分含量測定結果見表2。其中,水浸出物含量范圍為37.39%～51.36%,均值為44.78%;黃酮含量為5.93～12.17 mg·g-1,均值為8.14 mg·g-1;茶多酚含量為7.22%～18.12%,均值為13.66%;氨基酸含量為2.43%～3.55%,均值為3.01%;咖啡堿含量為3.57%～6.40%,均值為4.93%;酚氨比2.44～6.54,均值為4.47。

表2 “周寧高山云霧茶”綠茶生化成分含量Table 2 Biochemical components of “Zhouning Cloud-Mist Mountain Tea” green tea

水浸出物是評價茶湯滋味厚薄的因素之一,往往水浸出物越多,茶湯滋味越濃厚[31]。對不同海拔區間綠茶水浸出物含量進行分析,結果如圖1。周寧地域綠茶內含物質豐富,高海拔地區茶葉水浸出物含量為42.47%,中低海拔地區水浸出物含量為45.01%～46.17%,均大于40%,不同海拔之間差異不顯著(P>0.05)。

圖1 不同海拔、品種“周寧高山云霧茶”綠茶水浸出物含量Fig.1 Water extracts content in different altitudes and varieties of “Zhouning Cloud-Mist Mountain Tea” green tea注:不同小寫字母間表示差異顯著(P<0.05)。

不同品種綠茶水浸出物含量T檢驗結果顯示,菜茶品種水浸出物平均為42.96%,顯著低于烏龍茶品種(46.59%)(P<0.05)。

黃酮屬于多酚類化合物,可以增強茶湯中咖啡堿與兒茶素的苦澀味[32]。不同海拔范圍綠茶黃酮含量平均值結果如圖2。中海拔綠茶黃酮含量最高,略高于低海拔綠茶。高海拔地區黃酮含量最低(7.06 mg·g-1),與中低海拔地區黃酮含量(8.47～8.64 mg·g-1)差異極顯著(P<0.01)。

圖2 不同海拔、品種“周寧高山云霧茶”綠茶黃酮含量Fig.2 Flavonoid contents in different altitudes and varieties of “Zhouning Cloud-Mist Mountain Tea” green tea注:不同大寫字母間表示差異極顯著(P<0.01);圖3、圖4、圖6同。

不同品種黃酮含量T檢驗結果顯示,菜茶品種黃酮平均含量為8.91 mg·g-1,極顯著高于烏龍茶品種(7.37 mg·g-1)(P<0.01)。

咖啡堿是茶湯中呈苦味的物質[33]。對不同海拔區間綠茶咖啡堿含量進行分析,結果如圖3。咖啡堿的含量隨海拔的上升呈下降趨勢,且中高海拔咖啡堿含量(4.35%～4.76%)明顯低于低海拔(200～400 m)處咖啡堿含量(5.79%),差異極顯著(P<0.01)。

圖3 不同海拔、品種“周寧高山云霧茶”綠茶咖啡堿含量Fig.3 Caffeine contents in different altitudes and varieties of “Zhouning Cloud-Mist Mountain Tea” green tea

菜茶品種咖啡堿平均含量為4.35%,低于烏龍茶品種5.40%,但并未達到顯著差異(圖3)(P>0.05)。

茶多酚是茶湯中呈澀味的物質,并影響茶湯的濃度[34]。對不同海拔區間綠茶茶多酚含量進行分析,結果如圖4,茶多酚的含量隨海拔的上升而下降,高海拔地區(800～900 m)茶多酚含量極顯著低于低海拔(200～400 m)處(P<0.01);中海拔與高海拔、中海拔與低海拔間茶多酚含量差異未達顯著水平(P>0.05)。

圖4 不同海拔、品種“周寧高山云霧茶”綠茶茶多酚含量Fig.4 Tea polyphenols contents in different altitudes and varieties of “Zhouning Cloud-Mist Mountain Tea”green tea

對不同品種間綠茶茶多酚含量進行T檢驗,結果顯示菜茶品種茶多酚平均含量為12.23%,低于烏龍茶品種(15.16%),并達到極顯著水平(P<0.01)。

氨基酸是茶湯中呈現鮮爽味的主要物質,氨基酸含量越高,茶湯滋味越鮮爽[35]。對不同海拔區間綠茶氨基酸含量進行分析,結果如圖5。中海拔地區氨基酸含量最低(2.82%),極顯著低于低海拔地區氨基酸含量(3.45%)與高海拔地區氨基酸含量(3.18%)(P<0.01),低海拔與高海拔間氨基酸含量差異不顯著(P>0.05)。

圖5 不同海拔、品種“周寧高山云霧茶”綠茶氨基酸含量Fig.5 Amino acids contents in different altitudes and varieties of “Zhouning Cloud-Mist Mountain Tea” green tea注:不同小寫字母間表示差異顯著(P<0.05),不同大寫字母間表示差異極顯著(P<0.01),圖9同。

對不同品種間綠茶氨基酸含量進行T檢驗,結果顯示菜茶品種氨基酸平均含量為2.88%,顯著低于烏龍茶品種氨基酸含量(3.22%)(P<0.05)。

較低的酚氨比利于綠茶品質構成,研究表明優質綠茶酚氨比<8[36]。對不同海拔區間綠茶茶多酚與氨基酸的比值進行分析,結果如圖6。高海拔地區綠茶酚氨比(3.49)極顯著低于中低海拔酚氨比(4.8)(P<0.01)。菜茶品種酚氨比(4.28)略低于烏龍茶品種酚氨比(4.75),但兩者無顯著差異(P>0.05)。

圖6 不同海拔、品種“周寧高山云霧茶”綠茶酚氨比Fig.6 The ratio of polyphenols to amino acids in different altitudes and varieties of “Zhouning Cloud-Mist Mountain Tea” green tea

2.2 “周寧高山云霧茶”綠茶香氣特征分析

2.2.1 總體香氣特征分析 對14個具代表性優質“周寧高山云霧茶”炒青綠茶樣品進行SPME-GC-TOF-MS分析,其中4個代表性樣品(涵蓋了高、中、低海拔與烏龍茶、菜茶品種的綠茶)的總離子色譜圖如圖7。14個樣品共檢出568種揮發性化合物,其中已知香氣成分172種,已知香氣成分含量占檢出化合物總量的80.28%。在檢出的172種香氣成分中,有71種香氣成分為樣品所共有,有101種香氣成分在部分樣品中未被檢出。所有樣品平均含量>0.6%的香氣組分從高至低排序有香葉醇(23.18%),咖啡堿(8.75%),苯乙醇(5.08%),己酸-[Z]-3-己烯酯(3.84%),芳樟醇(3.33%),苯甲醇(3.08%),十六烷(2.47%),反式吡喃型芳樟醇氧化物(2.00%),氧化芳樟醇(反式呋喃型)(1.83%),反式-γ-丁香烯(1.72%),十二甲基環六硅氧烷(1.43%),2,6,10,15-四甲基-十七烷(1.31%),α-法尼烯(1.03%),茉莉酮(1.02%),1-異丙基-4,7-二甲基-1,2,3,5,6,8a-六氫萘(0.99%),吲哚(0.94%),2,2-二甲基十一烷(0.65%),2,6,10-三甲基十二烷(0.64%),水楊酸甲酯(0.64%)。

圖7 “周寧高山云霧茶”綠茶總離子色譜圖Fig.7 Total iron chromatogram of aroma compounds in “Zhouning Cloud-Mist Mountain Tea” green tea注:序號對應化合物:1:香葉醇,2:咖啡堿,3:苯乙醇,4:己酸-[Z]-3-己烯酯,5:芳樟醇,6:苯甲醇,7:十六烷,8:反式吡喃型芳樟醇氧化物,9:氧化芳樟醇(反式呋喃型),10:反式-γ-丁香烯,11:十二甲基環六硅氧烷,12:2,6,10,15-四甲基-十七烷,13:α-法尼烯,14:茉莉酮,15:1-異丙基-4,7-二甲基-1,2,3,5,6,8a-六氫萘,16:吲哚,17:2,2-二甲基十一烷,18:2,6,10-三甲基十二烷,19:水楊酸甲酯;A為中海拔菜茶品種(茶樣9),B為中海拔烏龍茶品種(茶樣10),C為低海拔菜茶品種(茶樣4),D為高海拔菜茶品種(茶樣13)。

參考宛曉春[37]對茶葉香氣的分類方式,香氣成分中碳氫類51種,酯類48種,含氮類22種,醇類13種,酮類10種,醛類9種,雜氧類8種,含硫類5種,其他4種,酸類2種。各類化合物含量占比如圖8所示,除未知化合物外,由高到低分別是醇類化合物(41.78%),碳氫類化合物(14.88%),含氮化合物(10.53%),酯類化合物(7.82%),酮類化合物(2.28%),雜氧化合物(1.82%),醛類化合物(0.66%),酸類化合物(0.59%),含硫化合物(0.31%),其他化合物(0.14%)。

圖8 “周寧高山云霧茶”綠茶香氣分類成分占比Fig.8 Ratio of different type of aromas in “Zhouning Cloud-Mist Mountain Tea” green tea

2.2.2 香氣類別差異分析 不同海拔區間、不同品種綠茶各類別香氣組分含量如圖9所示。高海拔綠茶的特征為含氮化合物、酮類化合物含量高;烏龍茶品種特征物質為較高含量的醇類化合物,而菜茶品種特征為碳氫類化合物、含氮化合物、酮類化合物的含量較高。

圖9 不同海拔、品種“周寧高山云霧茶” 綠茶各類化合物含量Fig.9 Content of different types of aroma in different altitudes and varieties of “Zhouning Cloud-Mist Mountain Tea” green tea

高海拔綠茶檢出香氣成分總含量在平均含量>5%的化合物類別中,醇類化合物含量呈現隨海拔升高而減少的趨勢,但各海拔間差異不顯著(P>0.05);碳氫類化合物各海拔間差異不顯著(P>0.05),含氮化合物含量高海拔顯著高于中低海拔(P<0.05),酯類化合物低海拔低于中高海拔,但無顯著差異(P>0.05)。在不同品種綠茶平均含量>5%的化合物類別中,烏龍茶品種醇類化合物含量(52.71%)為菜茶品種含量(26.91%)的1.96倍,差異極顯著(P<0.01);碳氫化合物菜茶品種含量(18.63%)為烏龍茶品種含量(12.07%)的1.5倍,差異極顯著(P<0.01);含氮化合物在菜茶品種中含量為13.11%,是烏龍茶品種的1.5倍,差異極顯著(P<0.01);酯類化合物菜茶品種含量為8.79%,高于烏龍茶品種含量(7.26%),未達到顯著性差異(P>0.05)。

2.2.3 特征香氣物質差異分析 不同海拔高度、品種綠茶香氣成分多樣性差異可用6個主成分進行刻畫,方差累計貢獻率達到80.8%。前2個主成分方差貢獻率分別為36%和14.4%,累積貢獻率為50.4%。主成分分析(PCA)結果顯示如按海拔進行分組,各個樣品間呈離散分布,不同海拔間香氣成分區分度不明顯;如按品種進行分組,則明顯分為2大類,可以較好將菜茶品種與烏龍茶品種區分(圖10)。

圖10 不同海拔、品種“周寧高山云霧茶” 綠茶香氣成分PCA得分圖Fig.10 PCA score for aroma compounds in different altitudes and varieties of “Zhouning Cloud-Mist Mountain Tea” green tea注:A為海拔分組香氣PCA得分圖, B為品種分組香氣PCA得分圖。

按VIP值從大到小排列,篩選出VIP>1且組間差異性顯著(P<0.05)的前10個已知香氣物質,并在載荷圖中標注(圖11)。結果顯示,按海拔分組排名前十的香氣差異成分分別是苯乙醇、芳樟醇、咖啡堿、氧化芳樟醇(反式呋喃型)、反式-γ-丁香烯、反式吡喃型芳樟醇氧化物、2,6,10,15-四甲基-十七烷、茉莉酮、順式-α法尼烯、1-異丙基-4,7-二甲基-1,2,3,5,6,8a-六氫萘。按品種分組排名前10的香氣差異成分分別是香葉醇、咖啡堿、十六烷、2,6,10,15-四甲基-十七烷、氧化芳樟醇(反式呋喃型)、4,8-二甲基-1,3,7-壬三烯、(3E,7E)-1,3,7,11-三鄰苯四烯、2,2,4,10,12,12-六甲基-7-(3,5,5-三甲基己基)-十三烷、1-異丙基-4,7-二甲基-1,2,3,5,6,8a-六氫萘、2,2-二甲基十一烷。區分海拔的前10種差異香氣主要是碳氫類化合物(4種)與醇類化合物(4種),區分品種的香氣化合物主要是碳氫類化合物(7種)。

圖11 不同海拔、品種“周寧高山云霧茶” 綠茶香氣成分載荷圖Fig.11 Loading-plot for aroma compounds in different altitudes and varieties of “Zhouning Cloud-Mist Mountain Tea” green tea注:A為海拔分組香氣載荷圖,B為品種分組香氣載荷圖。

綜合分析推論,中高海拔綠茶主要特征香氣物質有茉莉酮、順式-α法尼烯,低海拔特征香氣物質為苯乙醇、芳樟醇(及其氧化物)、反式-γ-丁香烯;烏龍茶品種特征香氣物質為香葉醇、氧化芳樟醇,菜茶品種的特征香氣物質為二甲基-壬三烯、三鄰苯四烯、六甲基-十三烷、十六烷等。

2.3 “周寧高山云霧茶”綠茶主要滋味香氣指標

歸納本試驗部分滋味香氣差異指標(表3),不同海拔、品種“周寧高山云霧茶”綠茶各具特色。生產中如在中低海拔茶園種植菜茶品種,在中高海拔種植烏龍茶品種,能充分發揮高海拔地區茶葉滋味鮮爽與適制烏龍茶品種內含物質豐富且多花香成分的特點,既可獲得鮮爽口感又不失濃醇,使茶中的滋味物質與香氣物質達到均衡。

表3 不同海拔、品種“周寧高山云霧茶”綠茶滋味香氣指標Table 3 Index of tastes and aroma in different altitudes and different species of “Zhouning Cloud-Mist Mountain Tea” green tea

3 結論與討論

“周寧高山云霧茶”綠茶內含物質豐富,滋味鮮濃醇厚,香氣清新馥郁。總體水浸出物含量為44.78%,黃酮含量為8.14 mg·g-1,茶多酚含量為13.66%,氨基酸含量為3.01%,咖啡堿含量為4.93%,酚氨比為4.47。檢出已知香氣成分172種,其中碳氫類51種,酯類48種,含氮類22種,醇類13種,酮類10種,醛類9種,雜氧類8種,含硫類5種,其他4種,酸類2種。

中高海拔地區綠茶相對低海拔地區而言,咖啡堿、茶多酚、黃酮含量低;中高海拔特征香氣物質為茉莉酮、順式-α法尼烯,低海拔特征香氣物質為苯乙醇、芳樟醇(及其氧化物)、反式-γ-丁香烯。Sudeshna等[38]研究結果顯示低海拔地區(阿薩姆)芳樟醇含量高于高海拔地區(大吉嶺),也有研究表示低山茶中丁香烯較高山茶更多[6]。茉莉酮有強烈而愉快的茉莉花香,芳樟醇及其氧化物具有百合、玉蘭花香,苯乙醇帶溫和薔薇香,α法尼烯具花果香,丁香烯帶木質香[30,39-41],這也是“周寧高山云霧茶”香氣鮮嫩清高持久,清新馥郁的原因。

在品種方面,烏龍茶品種水浸出物豐富、茶多酚、氨基酸含量高,使茶湯滋味濃厚、鮮爽;而菜茶品種中雖然黃酮含量高,可能增強茶湯中咖啡堿與兒茶素的苦澀味[32],但其茶多酚、咖啡堿含量低,滋味相對清甜。值得注意的是,雖然烏龍茶品種氨基酸含量極顯著高于菜茶品種,但其酚氨比卻略大于菜茶品種,或可較好解釋烏龍茶品種滋味更濃,菜茶品種滋味更清甜的現象。菜茶品種碳氫類化合物較多,其特征性揮發物為二甲基-壬三烯、三鄰苯四烯、六甲基-十三烷、十六烷等,可能與其栗香型香氣有關[42];此外,菜茶清香物質己酸-[Z]-3-己烯酯、吲哚高于烏龍茶品種,栗香組分橙花叔醇的含量(0.40%)是烏龍茶品種的5倍,推測菜茶更具清新幽雅的嫰栗香。烏龍茶中醇類物質保留較多,其特征性香氣物質有香葉醇、氧化芳樟醇,都表現為強烈的花香。本實驗中香葉醇的VIP值達到15,其在烏龍茶品種中平均含量為33.58%,為菜茶品種含量(12.80%)的2.6倍,是烏龍茶與菜茶品種區分度最明顯的香氣物質,這或許是以烏龍茶品種付制綠茶具備馥郁花果香的原因。

綜上所述,“周寧高山云霧茶”中高海拔地區綠茶滋味醇厚鮮爽,呈苦澀味物質含量較少,花果香顯;低海拔地區綠茶滋味濃厚,內含物質豐富,帶木質花香。烏龍茶品種滋味濃厚鮮爽,花香特征明顯;菜茶品種滋味醇和清甜,更具清新的嫩栗香。