基于GC-IMS對勐海縣曬青毛茶的揮發性組分分析

劉學艷，王 娟，彭 云，呂才有，李若愚

（云南農業大學龍潤普洱茶學院，云南昆明 650201）

云南省西雙版納勐海縣是聞名中外的普洱茶故鄉，有豐富的古茶樹群。勐海縣具有“中國普洱茶第一縣”的美譽，其南糯山、賀開、納卡、布朗山是全國著名的茶葉產地，擁有“老班章”等著名普洱茶品牌。勐海普洱茶“湯色黃綠明亮、香氣純正持久、滋味醇厚回甘”，具有獨特“勐海味”[1]，其豐富的文化底蘊及國內外公認的保健功效賦予了普洱茶無窮的發展潛力和綜合價值[2?3]。勐海曬青毛茶作為純正勐海普洱茶的唯一原料，其主要內含成分、揮發性香氣物質，加工工藝的研究尤其重要。勐海曬青毛茶一般選用國家級茶樹良種—勐海大葉種茶樹鮮葉經攤晾、殺青、揉捻后，采用太陽光曬干而成[4]。勐海曬青毛茶水浸出物含量高達40%以上[5]，氨基酸、可溶性糖和咖啡堿等含量與普洱、保山等地的曬青毛茶有極顯著差異[6]，豐富的兒茶素等內含物質為勐海曬青毛茶的抗氧化等功效奠定了物質基礎[7,8]。作為普洱茶的原材料，曬青毛茶的品質是優質普洱茶的基礎[9]。近年來，越來越多的人追求未經后發酵的曬青茶，認為曬青茶更能體現勐海茶“一山一味”的特征。為了探明“一山一味”的形成原因，很多學者做過相關研究。例如蔡麗等[10]使用HPLC 法測定了勐海縣10 個曬青毛茶樣品的兒茶素，發現各鄉鎮曬青毛茶樣品中兒茶素單體含量差異顯著，田小軍等[11]研究發現曬青毛茶主要香氣為醇類、酮類和碳氫化合物，與未經儲藏的普洱生茶品質相似。劉敏等[12]研究認為曬青毛茶的主要香氣成分由芳樟醇，其次為α-松油醇、香葉醇、4-苯基吡啶和葉綠醇等構成。Wu等[13]選取了景邁和無量山的云南大葉種曬青毛茶分析其香氣特點，還有人研究了人工光源對曬青綠茶品質的影響[14]。

近年來，常用于茶葉揮發性組分分離鑒別方法主要有拉曼光譜、高效液相色譜、氣相色譜-質譜聯用等[15]。氣相離子遷移譜GC-IMS 是最近幾年常用于用于食品風味檢測的技術[16]，例如橄欖油的分類[17]，細菌的檢測鑒定[18]，金華火腿[19]腌豬肉[20]等食用肉類的香氣鑒別分析。此技術將氣相色譜GC與離子遷移譜IMS 相結合[21]，兩者聯用既可提高GC 技術的檢測靈敏度，還能顯著提高IMS 技術的分辨率和線性響應范圍[22]。GC-IMS 技術沒有復雜的樣品前處理過程，可以保證茶葉中香氣物質不因前處理發生改變或流失，更準確地對茶葉香氣物質進行定性和定量分析[23]。林若川[24]、江津津[25]、金文剛[26]分別將此技術應用于綠茶、柑普茶、“漢中仙毫”的氣味指紋差異分析，均認為此技術可用于茶葉揮發性組分的快速鑒別，也可用于茶葉產地區分，質量評估等。

前人大量的研究集中于普洱茶的研究[27?28]，或者是勐海曬青毛茶的常規成分測定以及安全性研究[29]，對于勐海縣曬青毛茶的揮發性組分研究極少。因此，本文選取了勐海縣3 個主產地的12 份曬青毛茶樣品，使用GC-IMS 技術，較準確地分離和定性樣品中的揮發性有機物組分，旨在深入研究勐海曬青毛茶的揮發性組分以及三個主產地樣品之間的異同點。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

曬青毛茶 共12 份，分別來自勐海縣的布朗山鄉、勐宋鄉、格朗和鄉，每個鄉鎮4 份樣品，均為2019年春茶，詳細信息見表1，由云南省西雙版納州勐海縣農產品質量安全檢測站提供。

表1 勐海縣12 份曬青毛茶樣品信息Table 1 12 Sun-dried green tea samples’ informations of Menghai county

FlavourSpec 食品風味分析儀（含CTC 自動頂空進樣器、Laboratory Analytical Viewer（LAV）分析軟件、GC×IMS Library Search 軟件及軟件內置的NIST 數據庫和IMS 數據庫） 德國G.A.S 公司。

1.2 GC-IMS 測試方法

1.2.1 樣品處理 使用感量為0.01 g 的精密電子天平，分別稱取1 g 曬青毛茶樣品于20 mL 頂空瓶中，80 ℃條件下頂空孵育15 min 后進樣。每份樣品做3 組平行實驗，頂空進樣后用FlavourSpec?風味分析儀直接測試，測定結束后，使用用儀器自帶的VOCal 和三款插件（Reporter、Gallery Plot、Dynamic PCA）進行離子遷移譜、差異圖譜和主成分分析。頂空進樣體積為500 μL；進樣針溫度為85 ℃；孵化轉速為500 r/min。

1.2.2 GC-IMS 條件 色譜柱類型：MXT-5（15 m×0.53 mm×1 μm）；柱溫：60 ℃；載氣：高純N2，純度≥99.999%；運行時間：20 min；氣體流量：載氣起始流速2 mL/min，保持2 min 后，18 min 內線性增至100 mL/min，漂移氣持續20 min 保持150 mL/min的流速。

1.3 數據處理

數據分析采用儀器配套的分析軟件 LAV （Laboratory Analytical Viewer）和三款插件以及GCIMS Library Search.我們先用LAV 軟件繪制并分析譜圖，圖中每一個點代表一種揮發性有機物；利用Reporter 插件直觀對比樣品之間譜圖差異；利用Dynamic PCA 插件進行動態主成分分析，可以將樣品進行聚類；利用GC×IMS Library Search 應用軟件內置的NIST 數據庫和IMS 數據庫對茶樣揮發性物質進行二維定性分析；利用Gallery Plot 插件建立茶樣HS-GC-IMS 譜圖中VOCs 的指紋圖譜，對不同樣品之間的揮發性有機物差異進行分析。

2 結果與分析

2.1 曬青毛茶樣品中揮發性有機物指紋圖譜對比

利用Gallery Plot 插件建立了12 份茶樣HSGC-IMS 譜圖中VOCs 的指紋圖譜（如圖1）。圖中從上到下分別為1-12 號樣品的有機物信號峰信息，每一行代表一個樣品，每個樣品平行測定3 次，由該樣品所含的全部揮發性有機物信號峰組成，每一列為同一保留時間及漂移時間下的有機物信號峰。

從圖1中VOCs 的離子峰排列可明顯看出，12 個曬青毛茶樣品中，平行測定的樣品組內含有共有VOCs，即組內樣品具有明顯的相似性，僅區別于濃度大小；由此也說明GC-IMS 儀器對樣品揮發性有機物信號響應值具有很強的的穩定性。不同茶葉樣品含有對應時間內所特有的VOCs，樣品組間則呈現出明顯的差異。即12 個茶葉樣品中有相似的揮發性香氣物質，也有不同種類和含量的揮發性香氣物質。圖1中橫排揮發性有機物信號峰可以看出各個茶葉樣品中所含有的揮發性有機物的種類，比較圖1中豎排信息，則可以看出12 份樣品中，所對應的同種揮發性有機物在含量上的差異。

圖1 曬青毛茶樣品揮發性香氣化合物的指紋圖譜Fig.1 Fingerprint of volatile compounds of sun-dried green tea samples

2.2 曬青毛茶樣品的差異圖譜分析

為了更加清晰地比較樣品間的差異，采用差異對比模式，將12 個茶葉樣品的二維圖譜繪制成差異圖譜（如圖2）。差異圖譜以1 號樣品的譜圖作為參比，剩余11 個樣品的譜圖扣減參比，圖2中白色區域表示二者揮發性有機物一致，扣減后沒有差異，紅色代表該物質的濃度高于1 號茶樣，藍色代表該物質的濃度低于1 號茶樣。

由圖2可知，12 份樣品得到揮發性物質有明顯的差異。如圖中“a 區域”黃色分布較廣，且顏色較深，說明2 號樣品的多種香氣物質含量比1 號樣品高，“b 區域”的黃色和藍色都比較分散，且顏色很淺，說明3 號樣品與1 號樣品差異較小。“c 區域”藍色分布較廣，且顏色較深，說明11 號樣品的很多揮發性香氣含量物質較1 號樣品低。

圖2 曬青毛茶樣品的GC-IMS 差異圖譜Fig.2 Differences fingerprint of volatile compounds in sun-dried green tea samples

2.3 勐海曬青毛茶樣品揮發性香氣成分定性分析

為了定性比較12 份樣品中揮發性香氣物質的相對差異，利用VOCal 插件處理數據，得到12 份曬青毛茶樣品的離子遷移譜圖（如圖3為1 號樣品的離子遷移圖譜），圖中一個點代表一種揮發性有機物，有機物的濃度由這些點的顏色深淺表示。縱坐標表示保留時間（s），橫坐標表示遷移時間，紅色垂直線表示反應離子峰（RIP）。有的化合物有2 個斑點，分別代表濃度和性質不同的單體和二聚體。數字編號所代表的化合物名稱及相關信息見表2。

通過比較12 組樣品特征性風味物質的保留時間和遷移時間，使用外標正酮 C4～C9作為參考標準，校正得到各種揮發性物質的保留指數，并繪制各揮發性香氣物質信息表（表2），圖3種數字編號與表2種編號一一對應。

結合圖2～圖3，表2可以看出12 份茶葉樣品的揮發性有機組分有明顯的差異。其中，老曼峨（3 號樣品）揮發性組分與曼囡曼班一隊茶樣（1 號樣品）揮發性組分相似，都是壬醛、辛醛、苯甲酸甲酯、1-辛烯-3-酮、1-己醇、2-乙基呋喃、2-乙基己醇等物質的含量稍高；曼囡道坎茶樣（2 號樣品）的揮發性組分種類和濃度遠高于曼囡曼班一隊茶樣（1 號樣品），主要表現在醛類（E-2-戊烯醛、癸醛、（E,E）-2,4-庚二烯醛、E-2-己烯醛、丁醛）、酮類（6-甲基-5-庚烯-2-酮、2-丁酮）、酯類（2-苯乙酸乙酯、苯甲酸乙酯）、醇類（芳樟醇、氧化芳樟醇）及烯類（檸檬烯、α-蒎烯）和3-甲基丁酸；曼邁河邊寨茶樣（5 號樣品）中苯乙酮、丁內酯、1-戊醇乙酸等物質的含量較高；曼金囡茶樣（6 號樣品）中醛類（2-十一烯醛、E-2-壬烯醛、E-2-辛烯醛）和2-乙酰基呋喃等物質的含量較高；曼金曼開茶樣（7 號樣品）是醇類（1-辛烯-3-醇、甲醇）和酮類（2-庚酮、2-己酮）占優勢。帕真茶樣（9 號樣品）中醛類（甲基丙醛、苯甲醛、苯乙醛、糠醛、2-甲基丁醛、3-甲基丁醛）揮發性有機組分含量極高；南糯石頭一隊（11 號樣品）中丁酸丁酯、2-甲基噻吩、乙酸乙酯、2-甲基丁醇、戊醛、丙酮、乙醇、二甲基硫醚等物質的含量較高；南糯水河寨（12 號樣品）中香茅醇、β-羅勒烯、2-戊基呋喃等物質的含量較高；曼囡新寨（4 號樣品）、曼邁（8 號樣品）與南糯新路茶樣的（10 號樣品）差異圖譜相似，都是醛類和酯類良種揮發性組分含量較高，主要是庚醛、己醛、丙酸丁酯、水楊酸甲酯、2-甲基己醛、乙酸丁酯、丙酸乙酯、3-甲基-1-戊醇等物質的含量較高，曼囡新寨毛茶、曼邁曬青毛茶與南糯新路曬青毛茶來自于3 個不同的鄉鎮，曼邁與南糯新路地理位置很近，兩個樣品揮發性組分非常相似。但曼囡新寨（4 號樣品）、曼邁（8 號樣品）與南糯新路茶樣（10 號樣品）地理位置間隔很遠，卻有相似的揮發性組分，綜上可知，不同產區曬青毛茶揮發性組分在類別及含量上都有一定的差異。

圖3 1 號曬青毛茶樣品中揮發性化合物特征峰位置點Fig.3 Characteristic peak location point of volatile compounds in sun-dried green tea sample

表2 曬青毛茶樣品的揮發性組分信息Table 2 Sun-dried green tea samples’ volatile component informations

續表2

2.4 曬青毛茶樣品的主成分分析

由圖4可知，本次試驗的12 份曬青毛茶樣品可以分為兩大組，其中，曼囡新寨（4 號樣品）、曼邁（8 號樣品）與南糯新路茶樣（10 號樣品）為B 組，剩下的9 份樣品為A 組。兩組樣品的揮發性組分具有較大的差異，再次說明勐海縣3 個鄉鎮的曬青毛茶在揮發性有機組分之間沒有明顯的鄉鎮聚集性。

圖4 12 組樣品的PCA（主成分分析）圖Fig.4 Analylsis of PCA in 12 tea samples

3 討論與結論

西雙版納州勐海縣格朗和鄉、布朗山鄉、勐宋鄉均是曬青毛茶的主要產地，三個鄉鎮在地理位置上比較接近，由PCA 分析結果可知各個鄉鎮之間的曬青毛茶樣品沒有明顯的鄉鎮聚集性，每一個地區的茶都有特殊的揮發性組分物質，進而形成勐海縣“一山一味”的感官品質特征。曬青毛茶的揮發性組分是多種物質協調作用的復雜體系，其種類及含量是一個復雜的動態變化的過程，前人研究認為兒茶素類生化成分變異系數很高[30]，會受茶樹品種、樹齡[26]、修剪方式[27]、加工工藝、儲存條件等多種因素影響。根據GC-IMS 結果可知，勐海縣曬青毛茶樣品的主要揮發性香氣物質包括醇類、醛類、酮類、酯類、烯類、雜環類等，這與前人研究結果一致，但此次試驗中檢出的醛類物質種類高于醇類物質，可能是因為GC-IMS技術對醛類物質的檢測靈敏度極高，可以把不同性質和濃度的單體和二聚體區分開來，也可能是因為各種檢測技術對揮發性組分的分類方法不一致導致。

本次試驗發現布朗山鄉曼囡道坎的茶樣醛、醇、酮、酯等揮發性組分種類和含量都很高，格朗和鄉帕真茶樣和勐宋鄉曼邁河邊寨茶樣的醛類物質含量很高，而格朗和鄉南糯山石頭一隊的茶樣酯類揮發性組分很豐富，這些新發現為認識和開發利用勐海縣曬青毛茶資源提供了理論依據。此外，尚未發現其他學者采用GC-IMS 技術檢測勐海縣的曬青毛茶揮發性香氣物質，本實驗說明使用GC-IMS 技術，可以快速對茶葉樣品進行分離鑒定，定性比較不同產地之間的樣品揮發性物質差異。但是，本文只對樣品進行了定性比較，對于各地區樣品不同揮發性香氣物質的具體含量還需繼續探索。

通過本實驗可知，來自于相同產地的曬青毛茶，其香氣物質也有一定的差異。即便是非常著名的茶葉產地，其覆蓋范圍內也有揮發性香氣物質較差的茶葉，進一步說明單純從茶葉產地來判斷茶葉品質的好壞是不可行的。當然，要全面判斷茶葉品質，需要從結合智能儀器和人體感官，從茶葉外形和內質（內含成分、香氣、滋味）兩個方面分析，結合樣品的揮發性物質具體含量綜合判斷，這也是課題組后期實驗的方向。