基于SBSE-GC-MS的紫芽茶揮發性成分分析

2021-09-10 07:22:44田軍呂海鵬馬婉君石亞麗林智

中國茶葉 2021年6期

田軍呂海鵬馬婉君石亞麗林智

摘要：采用攪拌棒吸附萃?。⊿BSE）技術結合氣相色譜質譜聯用（GC-MS）分析了6個代表性紫芽茶中的揮發性成分。結果表明，紫芽茶中具有豐富的揮發性成分，化合物種類和數目高于對照綠茶;芳樟醇、香葉醇、α-松油醇、α-紫羅酮、β-紫羅酮、（E， E）-2， 4-庚二烯醛、水楊酸甲酯、鄰甲氨基苯甲酸甲酯、二氫獼猴桃內酯和對乙酰氨基苯酚等化合物是紫芽茶中含量最豐富的香氣成分。相對氣味活性值（ROAV）分析表明，β-大馬士酮、β-紫羅酮、反式-2，4-癸二烯醛、2-己烯醛、α-紫羅酮和芳樟醇等6種香氣成分可能是紫芽茶中一些關鍵的致香成分;另外，1-辛烯-3-醇、二氫獼猴桃內酯、正己醛、正癸醛、β-環高檸檬醛、反式-2-壬醛、正庚醛、β-環檸檬醛和正辛醛等9種成分可能對紫芽茶的整體香氣具有重要的修飾作用。

關鍵詞：紫芽茶;揮發性分析;攪拌棒吸附萃取-氣相色譜質譜聯用;相對氣味活性值

Volatile Compounds of Purple

Teas Based on SBSE-GC-MS

TIAN Jun1，? Lü Haipeng2， MA Wanjun2，3， SHI Yali2，3， LIN Zhi2

1. Kunming Colourful Yunnan King-shine Tea Industry Co.， Ltd.， Kunming 650000， China;

2. Tea Research Institute， Chinese Academy of Agricultural Sciences， Hangzhou 310008， China;

3. Graduate School of Chinese Academy of Agricultural Sciences， Beijing 100081， China

Abstract： Volatile components of six typical purple teas were analyzed by stir bar sorptive extraction （SBSE） combinedwith gas chromatography-mass spectrometry （GC-MS）. Results show that purple teas were rich in volatile components，?whose abundance and contents were much higher than those in the green tea. Volatile compounds including linalool，?geraniol， α-terpineol， α-ionone， β-ionone，（E， E）-2， 4-heptadienal， methyl salicylate， methyl methanthranilate， dihydroactinidiolide and acetaminophen were the most abundant ones in purple teas. Results of ROAV analysis show thatthe aroma components， such as β-damascenone， β-ionone，（E， E）-2， 4-decadienal， 2-hexenal， α-ionone and linalool，?might be the key aroma components in purple teas. Besides， nine components， including 1-octene-3-ol， dihydroactinidiolide， hexanal， decanal， β-cyclohomocitral， trans-2-nonanal， heptanal， β-cyclocitral and octanal， might have?important modification effects on the overall aroma of purple teas.

Keywords： purple tea， volatile compounds， SBSE-GC-MS， ROAV

茶樹為多年生常綠植物，其葉片通常為黃綠色，但在基因和環境條件的改變下，葉片顏色可發生紫色突變[1]，研究發現花青素的含量與芽葉紫色的深淺一般呈現正相關關系[2]。葉色特異茶樹品種具有開發特色或健康茶產品的前景，引起了人們的廣泛關注。日本、斯里蘭卡、肯尼亞和印度等國的科研人員已經針對紫化茶開展了大量的研發工作。我國紫芽茶茶樹品種的選育始于20世紀80年代中期，目前選育的特異品種主要有紫娟、紅芽佛手、苔香紫及紫嫣等[3]。紫芽茶的香氣品質一般比較特殊，例如，紫娟綠茶香氣特殊，紅茶香型高雅;紫嫣烘青綠茶有嫩香，紅茶香氣濃郁、有甜香[4];再如，紫娟綠茶特別是曬青茶滋味帶有特殊的辛辣味[5]。以往關于紫芽茶化學成分的研究主要集中在其非揮發性成分方面，已經查明了紫芽茶中的花青素、多酚、兒茶素、氨基酸、黃酮、咖啡堿等品質化學成分的含量水平等[6-9]。然而，目前在紫芽茶揮發性成分方面的研究報道較少，限制了人們對紫芽茶香氣品質的科學認知。

茶香實際上是不同的芳香物質通過不同濃度組合，并對嗅覺神經綜合作用所形成的茶葉特有的香型。紫芽茶香氣成分的研究對查明其特殊茶香的化學本質和提升紫芽茶加工技術具有重要價值。以往在紫芽茶香氣成分分析方面，研究人員采用的香氣成分富集方式主要有同時蒸餾萃?。⊿imultaneous distillation extraction，SDE）法[10]和固相微萃取（Solid phase microextraction，SPME）法等[11]。近年來，攪拌棒吸附萃?。⊿tir bar sorptive extraction，SBSE）法作為一種新型的樣品前處理技術具有獨特的優勢，引起了人們的關注[12]。SBSE是一種環境友好型的萃取技術，具有良好的重復性，且能夠降低樣品分析的檢測限;其攪拌棒上的涂層吸附量是SPME的50～250倍，富集倍數較SPME高。因此，本研究擬采用SBSE-GC-MS技術查明紫芽茶中揮發性成分的組成特點，以期為揭示紫芽茶香氣品質物質基礎提供依據。

一、材料與方法

1. 試驗材料

試驗材料為近年來收集于江蘇省、浙江省、四川省、云南省等地的12個紫芽茶產品，基本都是用一芽二葉制備的烘青綠茶樣品。對這12個樣品進行感官審評，主要側重香氣感官品質差異，從中篩選出6個具有代表性的紫芽茶烘青綠茶樣品作為研究對象。這6個樣品包含紫娟烘青綠茶1個，編號為ZJ-1;其他5個紫芽茶烘青樣品編號為ZY2 ～ ZY6;另外設置中茶108茶樹鮮葉制備的烘青綠茶樣品作為對照（CK）。

2. 揮發性成分的SBSE-GC-MS分析方法

（1）揮發性成分的富集方法

采用攪拌棒吸附（SBSE）方法，稱取600 mg茶粉與500 mg NaCl同置于頂空瓶中，加入10 mL沸水沖泡，放入PDMS轉子平衡1 min后置于磁力攪拌器上吸附30 min（1 200 r/min，80 ℃）[12]。

（2）揮發性成分的鑒定方法

采用6890-5975 GC-MS聯用儀，色譜條件：選用HP-5MS色譜柱（30 m×250 μm，0.25 μm），美國Agilent公司;升溫程序：50 ℃ 保持2 min，以4 ℃/min的速率升溫至170 ℃，保持5 min，再以10 ℃/min的速率升至265 ℃，保持5 min，總共運行時長51.5 min。質譜條件：電子電離源;電離能量70 eV;離子源溫度230 ℃;質譜掃描模式為全掃描，質量掃描范圍33～600 u。

（3）揮發性成分的定性定量方法

將樣品原始數據導入色譜軟件，經過預處理后，通過譜庫檢索（nist，mainlib，replib等數據庫）匹配化合物信息，并通過比對化合物保留指數試驗值與參考值驗證，以各香氣組分的峰面積占總峰面積之比值表示組分相對含量（%）。

3. 關鍵呈香成分的鑒定方法

在相對定量的基礎上，查閱各香氣化合物在水中的閾值，參考馬士成等[13]的研究方法，按下式計算各香氣成分的相對氣味活性值ROAV：

式中：Ci為茶葉中香氣組分i的相對含量（%）;Ti為組分i在水中的香氣閾值（μg/kg）;Cmax與Tmax分別表示對樣品總體風味貢獻最大的組分的相對含量（%）和香氣閾值（μg/kg）。ROAV≥1的組分被確定為茶葉中的活性香氣化合物，0.1≤ROAV<1的組分被認為對樣品的總體風味具有重要的修飾作用。

二、結果與分析

1. 紫芽茶樣品中的揮發性成分分析

對6個紫芽茶和1個綠茶進行揮發性成分分析，其中1個代表性紫芽茶樣品和綠茶對照樣揮發性成分的SBSE/GC-MS總離子流圖分別如圖1和圖2。研究表明，在紫芽茶中鑒定出的揮發性成分的數量明顯高于對照綠茶。在6個紫芽茶樣品中通過譜庫檢索以及保留指數對比分析，共鑒定出了66種揮發性香氣成分，而在對照綠茶樣品中共鑒定出54種揮發性成分（表1）。與該研究結果類似，姜東華等[11]采用HS-SPME-GC-MS分析發現，紫娟曬青茶和紫娟烘青茶香氣成分較接近，但比大葉種茶豐富且差異較大;此外，夏麗飛等[10]采用SDE-GC-MS法分析發現，紫娟茶香氣物質較大葉種茶豐富且成分差異較大，紫娟茶中分離出大葉種茶未檢出的化合物有21種?？梢姡M管不同研究中采用的香氣萃取富集方式不同，但研究結果都表明紫芽茶比一般綠茶具有更加豐富的揮發性成分。

根據揮發性成分化學結構等方面的差異，它們可以分為醇類、酮類、醛類、酯類、內酯類、碳氫化合物、酚類以及雜氧類化合物等。紫芽茶與綠茶對照中主要香氣成分及其相對含量如表1，醇類成分是紫芽茶中含量最豐富的成分，6個樣品中醇類成分的相對含量都超過30%，其中在ZY-2中相對含量最高，為50.10%;其次為紫娟綠茶ZJ-1，為42.23%。另外，紫芽茶醇類成分中，含量最豐富的香氣成分為芳樟醇，其次為二氫芳樟醇、芳樟醇氧化物、香葉醇、α-松油醇以及植醇等。芳樟醇是茶葉中重要的香氣成分[14]，具有顯著花香。芳樟醇含量在紫芽茶中占比最高，一般都超過8%，尤其是在ZY-2中相對含量高達24%以上。二氫芳樟醇是紫娟曬青茶中的主要香氣成分之一[15]，具有新鮮木香伴有柑橘氣息。3種芳樟醇氧化物的含量在紫芽茶中均明顯高于對照綠茶，可能與芳樟醇以及芳樟醇的前體糖苷類物質含量水平在紫芽茶中較高有關，也有可能與紫芽茶中芳樟醇系列化合物轉化酶的活力水平較高有關。具有花香、木香、烘烤香的芳樟醇系列化合物在紫芽茶中含量占比相對較高，可能是紫芽茶中主要香氣特征成分。香葉醇一般表現為甜花香、果甜香，閾值為20 μg/kg，其在紫芽茶中也具有較高的相對含量（>3%）。α-松油醇具有松樹、丁香花香，閾值為350 μg/kg，其相對含量水平在紫芽茶中一般可到2%左右。另外，植醇在紫芽茶中也具有較高的相對含量，它具有清香、草香的呈香特性。與紫芽茶樣品相比，對照綠茶樣品中含量豐富的香氣成分為芳樟醇、香葉醇、α-松油醇和芳樟醇氧化物等。

6個紫芽茶中酮類成分的含量介于9.66%～18.40%之間;其中含量豐富的成分為β-紫羅酮、α-紫羅酮以及異佛爾酮等。β-紫羅酮具有甘甜醇厚的花香，并伴有微弱的木香氣息，閾值為0.09 μg/kg，在紫芽茶中平均含量為8.60%;α-紫羅酮具有紫羅蘭花香，閾值為0.4 μg/kg，在紫芽茶中平均含量為1.48%，其中在ZY-5中含量占比最高（2.21%）。與紫芽茶樣品相比，對照綠茶樣品中酮類含量豐富的香氣成分為β-紫羅酮，高達17.69%。

紫芽茶中醛類成分的平均含量為13.06%，其中（E， E）-2， 4-庚二烯醛和正己醛是含量最豐富的成分，它們的平均含量分別為4.68%和4.09%。（E， E）-2， 4-庚二烯醛具有瓜果的清香氣息，閾值為56 μg/kg，在紫芽茶樣品ZY-6（8.81%）及紫娟綠茶（7.83%）中含量較高。與紫芽茶樣品相比，對照綠茶樣品中醛類含量一般都偏低，含量較高的香氣成分有（E， E）-2， 4-庚二烯醛（4.02%）和β-環檸檬醛（1.24%）等。醛類化合物中正己醛、正庚醛、正辛醛、正癸醛、苯乙醛和反式-2，4-癸二烯醛含量高于對照綠茶;這些具有青草香型特征的醛類化合物雖然含量占比不高，但可能也為紫芽茶貢獻了主要的木質青草氣息。

6個紫芽茶中也含有豐富的酯類成分，其相對含量介于12.26%～28.18%之間;其中鄰甲氨基苯甲酸甲酯和水楊酸甲酯等成分的含量較高。鄰甲氨基苯甲酸甲酯具有花粉香、果甜香，在紫芽茶ZY-3中含量最高（16.14%）;水楊酸甲酯一般具有冬青油、薄荷香氣，閾值為40 μg/kg，在紫芽茶ZY-4中含量較高（8.50%）。與紫芽茶樣品相比，對照綠茶樣品中酯類含量略高于紫芽茶的平均水平，其中鄰甲氨基苯甲酸甲酯（12.17%）和鄰苯二甲酸二乙酯（3.74%）的含量最高。此外，二氫獼猴桃內酯是在紫芽茶樣品中檢測到的唯一的內酯類化合物，其一般具有香豆素并伴有麝香氣息，在紫芽茶中的平均含量為5.03%，低于對照綠茶樣品中的含量（7.70%）。

6個紫芽茶中碳氫化合物的平均含量為5.80%，略高于對照綠茶樣品（5.34%）。其中甲苯在紫芽茶和對照綠茶中的含量差異較大，分別為1.58%和0.79%。與對照綠茶相比，紫芽茶中的酚類揮發性成分的含量較低（3.74%）。酚類揮發性成分中，盡管對乙酰氨基苯酚在紫芽茶中檢出含量較高（3.12%），但該化合物不具有氣味屬性，對茶葉香氣一般不具有貢獻作用。另外，一些雜氧化合物成分，例如2-戊基呋喃在紫芽茶中都能檢測到，平均含量為0.15%，而在對照綠茶中未檢測到。

總體而言，紫芽茶的揮發性成分以芳樟醇、香葉醇、α-松油醇、α-紫羅酮、β-紫羅酮、（E， E）-2， 4-庚二烯醛、水楊酸甲酯、鄰甲氨基苯甲酸甲酯、二氫獼猴桃內酯和對乙酰氨基苯酚等化合物為主。雖然6個紫芽茶樣品中的揮發性化合物含量組成存在一定差異，可能與其品種及烘青工藝不同有關，但整體而言紫芽茶與對照綠茶的揮發性成分差異更為明顯。比較紫芽茶與對照綠茶的揮發性成分可以發現（圖3），紫芽茶中醇類、醛類和雜氧類化合物含量水平要高于對照綠茶，而酮類、內酯類、酚類化合物含量水平低于對照綠茶，其他類型的揮發性成分的含量水平差異不明顯。另外，有研究指出[15]，紫娟烘青茶香氣成分的組成特點是以萜烯醇、脂肪醇和碳氫化合物含量較高，芳香醇和酮類含量次之，酸類含量最低。

2. 基于ROAV值的紫芽茶樣品中關鍵香氣成分分析

在食品中已累計鑒定出上萬種揮發性化合物，但是這其中僅有一小部分化合物對食品風味具有顯著貢獻作用，即關鍵香氣化合物。目前，可以通過化合物相對含量和閾值來計算相對氣味活性值（ROAV）從而判斷化合物對食品風味的貢獻程度[16]，達到初步判斷關鍵香氣化合物的目的。

通過計算紫芽茶中主要揮發性化合物的ROAV值（表2），發現了6種對紫芽茶香氣貢獻顯著（ROAV≥1）的化合物，分別為β-大馬士酮（99.45）、β-紫羅酮（56.89）、反式-2，4-癸二烯醛（5.01）、2-己烯醛（3.22）、α-紫羅酮（2.14）和芳樟醇（1.30），推斷這6種化合物對紫芽茶的香氣品質具有顯著貢獻作用。具有蘋果味、甜香氣息的β-大馬士酮雖然在紫芽茶中相對含量不高（0.40%），但因其氣味閾值極低（0.002 μg/kg），較低濃度就能被人感知到氣味，因此計算得到的ROAV值最高，對紫芽茶香氣貢獻最大;其次是具有甘甜醇厚花香氣息的β-紫羅酮，同時具備高相對含量（8.60%）和低閾值（0.09 μg/kg）的特點，對紫芽茶香氣品質貢獻較為顯著;具有黃瓜、甜瓜香的反式-2，4-癸二烯醛和具有青草香的2-己烯醛都屬于清香型不飽和醛類化合物，可能對紫芽茶的清香起主要貢獻作用;此外，具有紫羅蘭花香的α-紫羅酮和具有鈴蘭花香的芳樟醇可能主要對紫芽茶貢獻花香。

除了以上6種化合物之外，研究還發現有9個化合物可能對紫芽茶的香氣品質具有重要修飾作用（0.1≤ROAV<1），即1-辛烯-3-醇（0.91）、二氫獼猴桃內酯（0.79）、正己醛（0.56）、正癸醛（0.36）、β-環高檸檬醛（0.26）、反式-2-壬醛（0.24）、正庚醛（0.19）、β-環檸檬醛（0.12）和正辛醛（0.11）。這些不同類型的化合物的香氣特征差異較大，例如1-辛烯-3-醇具有蘑菇味，二氫獼猴桃內酯則具有香豆素、麝香氣息，β-環檸檬醛具有煙草、酸味，而β-環高檸檬醛則表現出樟腦、涼木香，其余的醛類物質如正己醛、反式-2-壬醛、正庚醛均表現出類似的青草香，而正癸醛和正辛醛則表現出柑橘、橙花香等香氣特征。這些化合物可能會與其他香氣成分產生協同或拮抗作用，從而對紫芽茶整體香氣品質起到修飾、協調的作用。

三、結論

本研究采用SBSE-GC-MS技術分析了6個代表性紫芽茶樣品和1個綠茶對照樣品的揮發性成分組成及含量差異情況等。研究表明，紫芽茶中具有豐富的揮發性成分，化合物種類和數目高于對照綠茶。紫芽茶中醇類、醛類和雜氧類化合物含量水平要高于對照綠茶，而酮類、內酯類、酚類化合物含量水平低于對照綠茶;芳樟醇、香葉醇、α-松油醇、α-紫羅酮、β-紫羅酮、（E， E）-2， 4-庚二烯醛、水楊酸甲酯、鄰甲氨基苯甲酸甲酯、二氫獼猴桃內酯和對乙酰氨基苯酚等化合物是紫芽茶中含量最豐富的香氣成分。ROAV值分析表明，β-大馬士酮、β-紫羅酮、反式-2，4-癸二烯醛、2-己烯醛、α-紫羅酮和芳樟醇等香氣成分可能是紫芽茶中一些關鍵的致香成分，另外，1-辛烯-3-醇、二氫獼猴桃內酯、正己醛、正癸醛、β-環高檸檬醛、反式-2-壬醛、正庚醛、β-環檸檬醛和正辛醛等9種成分可能對紫芽茶的整體香氣具有重要的修飾作用。

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