陳香六堡茶品質特征及香氣質量評價方法建立

溫立香,張 芬,何梅珍,黃壽輝,彭靖茹,林家威,袁冬寅,陳家獻

(1.廣西壯族自治區亞熱帶作物研究所,廣西南寧 530001; 2.廣西壯族自治區梧州茶廠,廣西梧州 543002)

六堡茶是我國歷史名茶,以“紅、濃、陳、醇”的獨特品質特點深受消費者喜愛[1],2011年獲得國家地理標志產品保護[2],近年來國內外黑茶熱銷推動六堡茶消費需求快速上升,六堡茶成為黑茶市場上的后起之秀[3],其外形條索緊結勻整,色澤黑褐光潤,湯色紅濃明亮,滋味醇和爽口,香氣醇陳或有檳榔香、荷香、參香等香氣,葉底紅褐,受廣大消費者喜歡[4],且是“陳香”這一傳統品質特征,已成為大部分消費者判斷六堡茶好壞的標準,這類產品也是目前占六堡茶市場份額比例最大的一類。

雖然很多消費者知道有“陳香、陳味”才是好六堡茶,卻不知到底何為六堡茶的“陳香、陳味”,甚至長時間以來很多消費者模糊的認為所有黑茶都一樣,其實不同黑茶的品質特點及香氣特征性組分是有差異的。研究表明,β-芳樟醇、癸醛、壬醛、水楊酸甲酯、3,4-二甲氧基甲苯等成分在云南黑茶熟普的陳香中起到重要作用[5],而生普主要的香氣成分為醇類、酮類和碳氫化合物[6],因未完成充分的后發酵過程,其內部的一些香氣物質與綠茶較為相似[7];湖北黑茶青磚茶中的陳香、木香的主要呈香物質是β-環檸檬醛、β-紫羅酮、β-二氫紫羅酮、己醛等[8],而湖南茯磚茶的賦香物質可能為醇類、酮類、醛類、雜氧化合物等物質[9]。近年來也有很多學者對六堡茶的香氣開展了一些研究,主要檢測手段包括氣相色譜-質譜聯用技術(GC-MS)、氣相色譜-嗅覺測量技術(GC-O)、全二維氣相色譜/飛行時間質譜聯用技術(GC×GC-TOFMS)[10]及仿生儀器電子鼻[11]等。陳文品[12]從農家六堡茶樣和精制六堡茶樣中分別鑒定出74種和80種揮發性香氣組分,黃林杰等[13]分析六堡茶中的揮發性物質,共得到40種香氣成分,穆兵等[14]分析六堡茶香氣成分,共鑒定出307種香氣成分,得出結論有機酸類和酮類化合物對六堡茶香氣品質具有重要影響。劉澤森等[15]在檳榔香六堡茶中共鑒定出66種香氣組分,推測具有陳香特征的呈香物質如α-雪松醇、β-雪松烯等含量要比普通六堡茶高。

香氣是決定茶葉品質的主要因素之一[16],目前六堡茶香氣的研究主要集中在組分的檢測及歸類上,利用重要芳香組分對六堡茶呈香特征的深入挖掘及建立香氣質量客觀評價方法的較少。主成分分析方法能將多個變量簡化為少數幾個指標,并盡可能多地反映原始變量的信息,近年來也被逐漸引入到研究某類茶的特征性香氣成分上,包括蘭香型烏龍茶、綠茶[17]、安溪鐵觀音[18]、福建白茶[19]、湖南綠茶[20]等。本文以陳香型六堡茶為切入點,開展其主要品質成分及芳香物質特性研究,利用主成分分析法及綜合評價函數法構建陳香型六堡茶香氣質量評價模型,以期為消費者客觀認識六堡茶、為完善六堡茶質量評價體系及加工技術研究等提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

六堡茶 具有“陳香”特征的樣本,來源包括梧州茶廠、梧州中茶茶業有限公司、梧州茂圣茶業有限公司、梧州天譽茶業、圣源茶業、銀泰茶業等生產廠家及六堡茶加工合作社、農家茶,樣本共計105個;福林酚、甲醇、茚三酮、濃硫酸、濃鹽酸、堿式乙酸鉛等 均為國產分析純。

TRACE DSQ GC-MS 美國Thermo公司;UV-1800型紫外可見分光光度計 上海美普達儀器有限公司;DGH-9008型電熱恒溫鼓風干燥箱 上海精宏實驗設備有限公司;Master S15型純水儀 上海和泰儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 目標樣本的篩選方法 結合專業審評人員(具有高級評茶員職業資格以上)與六堡茶資深愛好茶客的評審結果篩選“陳香型六堡茶”目標樣本,對搜集的105個樣本進行篩選,篩選符合“有陳香、有陳味”要求的樣本共計51個,全部樣品進行理化檢測,在感官審評結果中選取包括初顯陳香(JF171835-1)、陳香明顯(F190100-5、JF190100-3)、陳香高長(JF190100-1)、陳香濃郁(JF171835-2、JF171835-3)等香氣濃郁程度不同的6個典型樣本作為芳香物質分析樣本。

1.2.2 感官審評方法 采用審評專用茶杯、茶碗,參照GB/T 23776《茶葉感官審評方法》[21]中黑茶與緊壓茶的審評方法要求進行,茶水比1∶50,沸水沖泡2次,第一次沖泡時間2 min,對湯色、香氣、滋味、葉底進行初次評價后進行第二次沖泡,沖泡時間5 min,再次對香氣和滋味進行重點評價。

1.2.3 理化檢測方法 水浸出物:參照GB/T 8305-2013《茶 水浸出物測定》[22];茶多酚:參照GB/T 8313-2018《茶葉中茶多酚和兒茶素類含量的檢測方法》[23];咖啡堿:參照GB/T 8312-2013《茶 咖啡堿測定》[24];氨基酸:參照GB/T 8314-2013《茶 游離氨基酸總量的測定》[25]。

1.2.4 芳香物質檢測及分析

1.2.4.1 檢測方法 芳香物質組分測定(GC-MS)委托國家農業部茶葉質量監督檢驗測試中心進行,方法具體如下:

預處理條件:采用HS-SPME(頂空固相微萃取)法,將6.0 g茶樣置于100 mL樣品瓶中,加入30 mL 100 ℃蒸餾水在60 ℃ 恒溫水浴中5 min,插入老化5 min的萃取頭,頂空吸附50 min,直接插入GC-MS進樣器中240 ℃ 解吸附5 min 同時啟動Thermo-DSQ收集數據。

色譜條件:氣相色譜柱為DB-WAX毛細管柱(60 m×0.25 μm×0.32 mm),載氣為高純氦氣純度99.999,柱流量1.5 mL/min,進樣方式為手動無分流進樣。程序升溫 50 ℃保持5 min,以2 ℃/min上升至170 ℃保持5 min,再以5 ℃/min 上升至215 ℃保持5 min。

質譜條件:進樣口240 ℃,離子源230 ℃。電子轟擊源EI,電子能量70 eV,掃描質量范圍為50～650 amu。

1.2.4.2 定性和定量方法 對獲得的GC-MS圖譜通過計算機檢索與NIST質譜庫提供的標準質譜圖進行對照,使用已發表的質譜圖鑒定芳香物質,相對百分含量按峰面積歸一化法計算,根據色譜圖保留峰面積計算各種香氣成分的相對百分含量。

1.3 數據處理

采用SPSS 19.0和Excel 2007軟件進行數據處理與分析。

2 結果與分析

2.1 陳香型六堡茶主要品質成分特性分析

如圖1,對所篩選符合要求的51個陳香型六堡茶樣進行茶多酚、氨基酸、咖啡堿、水浸出物等主要品質成分檢測分析,探索陳香型六堡茶的內在理化品質特征。結果顯示目前市場接受度比較好的陳香型六堡茶的茶多酚含量為13.05%±2.14%,氨基酸含量1.80%±0.13%,咖啡堿含量4.44%±0.36%,水浸出物含量38.00%±2.81%。

表1 陳香型六堡茶芳香物質成分及相對含量Table 1 Fragrant components and relative contents of stale flavor Liupao teas

續表

圖1 陳香型六堡茶主要品質特點Fig.1 Main quality characteristics of stale flavor Liupao teas

2.2 陳香型六堡茶芳香物質分析

2.2.1 芳香物質種類與含量 芳香物質組分結果如表1所示:陳香型六堡茶共檢測出68種芳香化合物,包括α-雪松醇、β-芳樟醇、α-萜品醇、橄欖醇、香葉醇等醇類13種,苯甲醛、藏紅花醛、正己醛等醛類11種,檸檬烯、β-欖香烯、α-法尼烯、α-雪松烯、β-雪松烯、β-蓽澄茄油烯等烯類13種,β-紫羅酮、α-紫羅酮、香葉基丙酮、β-二氫紫羅酮、3,5-辛二烯-2-酮等酮類16種,二氫獼猴桃內酯、水楊酸甲酯等酯類4種,1,2,3-三甲氧基苯等雜氧類化合物6種,萘及其他化合物4種。其中醇類物質含量最高,占比28.08%～43.97%,其次為酮類,占比20.28%～33.52%,然后是烯類、酯類、醛類,分別占到6.51%～14.61%、7.78%～14.23%和9.48%～11.76%,之后是雜氧化合物,占比1.09%～11.22%,不同樣品跨度較大,最后是萘及其他化合物,分別為1.84%～4.47%和1.24%～2.51%。

從表1不同香氣濃郁程度茶樣的芳香化合物檢測結果可看出:陳香初顯的六堡茶樣本(JF171835-1)烯、酯類兩類物質較其他樣本含量高,分別為14.61%和14.23%,其中β-雪松烯、α-雪松烯、檸檬烯和β-欖香烯為其烯類主要構成物質,水楊酸甲酯為其酯類主要構成物質,且幾個主要構成物質含量遠高于陳香濃郁及陳香明顯的樣本;陳香明顯至陳香高長茶樣(JF190100-1、JF190100-3、JF190100-5)的醇、酮類總含量較高,平均值達到39.02%和28.91%,此外α-雪松醇、二氫獼猴桃內酯、異薄荷酮3種芳香化合物含量整體較其他茶樣的高,其中二氫獼猴桃內酯含量約為陳香初顯茶樣的2倍,α-雪松醇含量最高達到陳香初顯茶樣的4倍,異薄荷酮在陳香初顯茶樣中未檢出;感官審評陳香表現比較馥郁和濃郁的茶樣(JF171835-2、JF171835-3)的雜氧化合物含量較高,均值達到9.51%,陳香初顯樣本的為5.57%,陳香明顯至高長樣本的均值為1.60%,此外,陳香濃郁樣本的β-芳樟醇、橄欖醇、β-紫羅酮和β-二氫紫羅酮及1,2,4-三甲氧基苯幾種芳香化合物含量整體比其他樣本較高。對比不同香氣濃郁程度茶樣的芳香化合物組分及含量,發現各種芳香化合物并不是隨著陳香濃郁程度的增加而呈簡單增加趨勢,說明六堡茶呈香是多種芳香化合物綜合作用的結果,另外可能也與芳香物質的香味閾值有關。

表2 共有香氣成分Table 2 Common aroma components

2.2.2 芳香物質組分主成分分析結果 茶葉香氣是多種芳香物質綜合呈現的感官效果,但不是所有芳香物質組分都對茶葉的香氣品質起決定作用,一般只有少數幾種物質能左右某類茶的香氣,并且在缺失其中一種或者幾種的條件下,將失去這類茶的香氣特征,各香型茶葉均有其特征香氣成分[26],此外,茶葉的整體香氣不僅與其單種成分的香氣強弱有關,也與各揮發性化合物之間的協同效應有關[27-28]。為探索陳香型六堡茶即“陳香”的特征性香氣成分,提取陳香型六堡茶所檢測出的共有香氣成分,如表2所示,得到26種共有芳香化合物,將這26種化合物作為變量(X1到X26)并進行主成分分析。

以6個典型“陳香”樣本共有的26種香氣物質含量構成6×26的矩陣,由SPSS 19.0軟件分析,按照剔除最小特征值的主成分對應的最大特征向量的原則,一次剔除一個變量,剩余的變量再進行主成分分析[29],經有限次剔除后,保留了5個變量X1、X2、X3、X4和X5,這5個芳香化合物分別是α-雪松醇、β-芳樟醇、二氫獼猴桃內酯、α-萜品醇和β-紫羅酮,包括醇類3個,酯類1個,酮類1個。α-雪松醇具有溫和的木香、α-萜品醇具有木香帶丁香的香味、β-紫羅酮具有柏木、覆盆子香氣,二氫獼猴桃內酯呈木香帶花香的香氣類型[30-32],芳樟醇具有似鈴蘭的清淡花香[33],由主要芳香化合物的呈香特性來看,六堡茶的“陳香”其實是以木香為主,夾雜著其他花香的一種復合香氣。

表3 主成分特征根和貢獻率Table 3 Principal component characteristic roots and contribution rates

將以上5個香氣組分作為變量進行主成分分析,由表3主成分特征根和貢獻率統計結果可知:按特征值由大到小順序排列、計各主成分的貢獻率和累計貢獻率:第一主成分特征根λ1=13.770,它解釋了總變異的52.962%,第二主成分特征根λ2=5.415,解釋了總變異的20.825%,第三主成分特征根λ3=3.991,解釋了總變異的15.348%,第四主成分特征根λ4=1.974,解釋了總變異的7.592%,前4個主成分的特征根均大于1,累計方差貢獻率達96.728%,即涵蓋了大部分原始變量的信息,初步得出α-雪松醇、β-芳樟醇、二氫獼猴桃內酯、α-萜品醇和β-紫羅酮這5個芳香化合物為陳香型六堡茶的的主要特征香氣物質。前4個主成分能夠代表最初的26個指標來分析陳香型六堡茶的香氣特征,故提取前4個主成分來評價陳香型六堡茶香氣是可行的,各主成分分別記作F1、F2、F3、F4,對陳香型六堡茶的香氣評價由原來的26種物質降為4個彼此不相關的主成分,達到了降維的目的。

表4 主成分載荷矩陣圖Table 4 Principal component load matrix

由SPSS 19.0軟件計算各變量在各主成分上的載荷值,載荷的相對值越大,說明該變量與該主成分的相關性越強,如表4所示:變量X1、X2、X3、X5與第一主成分F1相關性較強,載荷值分別為-0.922、0.825、-0.876、0.946。根據各變量在不同主成分上的載荷值和各主成分的特征根可計算各變量對應的主成分系數即特征向量(主成分系數=各自主成分載荷值/各自主成分特征根的算術平方根)[29],得到前5個變量對應主成分的特征向量結果,如表5。

表5 前5個變量對應主成分的特征向量Table 5 Eigenvectors of the first 5 variables corresponding to the principal components

結合表3、表5可建立四個主成分的線性回歸方程:第一主成分F1=-0.248X1+0.355X2-0.438X3-0.377X4+1.025X5,攜帶原變量信息的52.962%;第二主成分F2=-0.071X1+0.092X2+0.082X3+0.313X4+0.153X5,攜帶原變量信息的20.825%;第三主成分F3=-0.013X1+0.218X2-0.105X3-0.473X4-0.315X5,攜帶原變量信息的15.348%;第四主成分F4=-0.072X1+0.042X2+0.037X3+0.104X4-0.017X5,攜帶原變量信息的7.592%。

2.2.3 陳香六堡茶香氣質量評價 以不同特征值的方差貢獻率βi(i=1,2…,k)為加權系數,建立綜合評價函數F=β1F1+β2F2+…+βkFk[18],本研究中建立的陳香型六堡茶香氣綜合評價函數為:F=52.962F1+20.825F2+15.348F3+7.592F4。利用該函數計算各樣本得分,然后對各個樣本的香氣質量進行評價。

如表6所示:對比由綜合評價函數計算的得分與香氣感官審評結果發現,茶樣JF171835-2、JF171835-3排在前1、2,感官審評陳香濃郁且持久,其次是茶樣JF190100-1,陳香高長,再次是茶樣JF190100-5、JF190100-3,陳香明顯,最后是茶樣和JF171835-1,顯陳香。對照感官審評結果與函數評價結果,兩種評價結果基本一致。這一結果進一步說明,用于主成分分析的5個香氣成分α-雪松醇、β-芳樟醇、二氫獼猴桃內酯、α-萜品醇和β-紫羅酮為六堡茶“陳香”的主要特征香氣物質,以此為基礎建立的綜合評價函數來評價六堡茶“陳香”的香氣質量是可行的。

表6 函數評價與感官審評評價結果對比Table 6 Comparison of evaluation results of function evaluation and sensory evaluation

3 結論

綜合樣本的分析結果,陳香六堡茶主要品質成分特征為:茶多酚含量13.05%±2.14%,氨基酸含量1.80%±0.13%,咖啡堿含量4.44%±0.36%,水浸出物含量38.00%±2.81%;采用HS-SPME-GC-MS共鑒定出68種揮發性物質組分,對26種共有芳香物質進行主成分分析,提取出5個陳香六堡茶的特征性芳香化合物,分別是α-雪松醇、β-芳樟醇、二氫獼猴桃內酯、α-萜品醇和β-紫羅酮,由特征性芳香化合物的呈香特性來看六堡茶的“陳香”其實是以木香為主,夾雜著其他花香的一種復合香氣類型。

經分析前4個主成分的累計方差貢獻率達96.728%,涵蓋了大部分原始變量的信息,建立了四個主成分的線性回歸方程為F1=-0.248X1+0.355X2-0.438X3-0.377X4+1.025X5,F2=-0.071X1+0.092X2+0.082X3+0.313X4+0.153X5,F3=-0.013X1+0.218X2-0.105X3-0.473X4-0.315X5,F4=-0.072X1+0.042X2+0.037X3+0.104X4-0.017X5;以不同主成分特征值的方差貢獻率為加權系數,結合主成分線性回歸方程構建了陳香六堡茶的香氣質量綜合評價函數F=52.962F1+20.825F2+15.348F3+7.592F4,對比感官審評與綜合評價函數評價的結果,兩種方法對香氣的評價結果基本一致,說明利用該綜合評價函數來進行六堡茶香氣的質量評價是可行的。通過主成分分析建立相關的評價模型,為六堡茶香氣質量的評價探索一種新的途徑。同時,以后還可以針對不同香型六堡茶分別構建不同類型六堡茶的香氣評價模型,在之后的研究中擴大樣本量并結合不同芳香化合物的閾值,提高香氣質量評價模型的準確性和實用性。