基于SPME-GC×GC-TOFMS技術的丹參紅茶和丹參綠茶香氣成分分析

尹峰　羅建群　吳曼曼　趙宏光　李凱旋　張曉丹

摘 要： 為探究丹參紅茶（Salvia miltiorrhiza Bge. black tea，Smbt）和丹參綠茶（S. miltiorrhiza Bge. green tea，Smgt）香氣差異的物質基礎，采用固相微萃?。⊿olid phase microextraction，SPME）技術分別對其香氣成分進行提取，并通過全二維氣相色譜-飛行時間質譜聯用（Comprehensive two-dimensional gas chromatography-time-of-flight mass spectrometry，GC×GC-TOFMS）對香氣成分進行定性與定量分析。結果表明：從Smbt中鑒定出245種香氣成分，Smgt中鑒定出233種香氣成分；2種茶葉的共有香氣成分有124種，以醇類、醛類、烯烴和飽和烷烴為主，這4類化合物占比高于70%，構成這2種茶葉的基本香氣成分。醇類、醛類、烯烴和飽和烷烴等物質在2種茶葉中的占比不同，Smbt中醇類占比最高（25.771%），而Smgt中醛類占比最高（30.435%），飽和烷烴的占比均較低；正己醇等化合物只存在于一種茶葉中。香氣成分的差異導致2種茶葉呈現不同的香型。該文為丹參葉的制茶工藝提供參考，并為丹參地上部分的進一步開發利用奠定理論基礎。

關鍵詞： 丹參紅茶；丹參綠茶；固相微萃??；全二維氣相色譜-飛行時間質譜；香氣成分

中圖分類號： TS272.5

文獻標志碼： A

文章編號： 1673-3851 （2023） 09-0638-07

引文格式：尹峰，羅建群，吳曼曼，等. 基于SPME-GC×GC-TOFMS技術的丹參紅茶和丹參綠茶香氣成分分析［J］. 浙江理工大學學報（自然科學），2023，49（5）：638-644.

Reference Format： YIN Feng， LUO Jianqun， WU Manman， et al. Analysis of the aroma components in Salvia miltiorrhiza Bge. black tea and S.miltiorrhiza Bge. green tea based on SPME-GC×GC-TOFMS［J］. Journal of Zhejiang Sci-Tech University，2023，49（5）：638-644.

Analysis of the aroma components in Salvia miltiorrhiza Bge. black tea and S.miltiorrhiza Bge. green tea based on SPME-GC×GC-TOFMS

YIN Feng1， LUO Jianqun2， WU Manman2， ZHAO Hongguang3， LI Kaixuan4， ZHANG Xiaodan1

（1.College of Life Science and Medicine， Zhejiang Sci-Tech University， Hangzhou 310018， China; 2.Guangzhou Hexin Instrument Co.， Ltd.， Guangzhou 510530， China; 3.Shanxi Tasly Plant Pharmaceutical Co.， Ltd.， Shangluo 726000， China; 4.Institute of Mass Spectrometer and Atmospheric Environment， Jinan University， Guangzhou 510632， China）

Abstract：? To explore the material basis of the aroma difference between Salvia miltiorrhiza Bge. black tea （Smbt） and S.miltiorrhiza Bge. green tea （Smgt）， solid phase microextraction （SPME） was used to extract the aroma components， and qualitative and quantitative analyses of the aroma components were performed by comprehensive two-dimensional gas chromatography-time-of-flight mass spectrometry （GC×GC-TOFMS）. The results show that 245 aroma components are identified from Smbt and 233 from Smgt. From both kinds of tea， the 124 shared aroma components detected are dominated by alcohols， aldehydes， olefins and saturated alkanes， which account for over 70% and constitute the basic aroma components of the two kinds of tea. However， the proportions of alcohols， aldehydes， olefins and saturated alkanes in these two kinds of tea are different. Specifically， Smbt has the highest proportion of alcohol （25.771%）， while Smgt has the highest proportion of aldehyde （30.435%）， and the proportion of saturated alkanes is relatively low in both types of tea. Additionally， such compounds as hexanol are only found in one kind of tea. The difference in aroma components leads to two types of tea showing different aroma types. This study provides some reference for the tea making process of S.miltiorrhiza Bge. leaves and lays a foundation for the development and utilization of the aboveground part of S.miltiorrhiza Bge.

Key words： Salvia miltiorrhiza Bge. black tea; S.miltiorrhiza Bge. green tea; solid phase microextraction; comprehensive two-dimensional gas chromatography-time-of-flight mass spectrometry; aroma components

0 引 言

丹參（Salvia miltiorrhiza Bge）是唇形科鼠尾草屬植物，具有活血祛瘀、通經止痛、清心除煩、涼血消癰的功效［1］。丹參作為傳統大宗中藥材，應用廣泛，需求量大。丹參以根莖入藥，地上部分一般不做藥用，往往被丟棄［2］。丹參地上部分約占全草重量的60%～70%［3］，且含有酚酸類、黃酮類、三萜類、甾體類等化合物［4］，如地上部分得不到合理地利用容易造成資源浪費和環境污染。關于丹參地上部分的開發利用，顧俊菲等［5］提出了精細高值化開發利用、轉化增效資源開發利用和粗放低值化開發利用三大策略，由丹參葉制成的保健茶富含丹酚酸及多種微量元素，具有抗氧化、抗衰老、促進睡眠等功效。

茶葉香氣是體現茶葉品質的重要指標之一。在茶葉中鑒定出來的香氣化合物有700多種［6］。茶葉香氣成分提取的常用方法有水蒸氣蒸餾法［7］、同時蒸餾萃取法［8-9］、超臨界流體萃取法［10］和旋轉錐體柱提取法等［11］。固相微萃取（Solid phase microextraction，SPME）技術是一種集采樣、萃取、濃縮、進樣于一體的樣品制備技術，能夠極大簡化樣品的前處理過程，是復雜基質中目標化合物的高靈敏度分析的有效途徑［12-14］。全二維氣相色譜-飛行時間質譜聯用（Comprehensive two-dimensional gas chromatography-time-of-flight mass spectrometry，GC×GC-TOFMS）是利用2根性質不同的色譜柱，將第一維色譜柱的流出物再經第二維色譜柱中進行兩次分離，具有高分辨率、高靈敏度、高峰容量的特點，能夠有效解決一維氣相色譜-質譜聯用（Gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）技術靈敏度低、分辨能力不足的問題［15-17］，該技術廣泛地應用于石油化工、食品、藥物、農藥殘留和代謝組學等領域。

本文采用SPME-GC×GC-TOFMS技術對丹參紅茶（Salvia miltiorrhiza Bge. black tea，Smbt）和丹參綠茶（S.miltiorrhiza Bge.green tea，Smgt）的香氣成分進行提取和定性、定量分析，以初步探明2種茶葉香氣差異的物質基礎，從而為丹參葉的制茶工藝提供技術指導，并為丹參地上部分的相關開發利用奠定一定的理論基礎。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

制作Smbt的Smgt的丹參鮮葉由陜西天士力植物藥業有限責任公司提供。

GGT 0620型全二維氣相色譜-飛行時間質譜聯用儀（廣州禾信儀器股份有限公司）、全自動多功能在線前處理進樣器（瑞士CTC公司）和SPME Arrow 1.10 mm DVB/Carbon WR/PDMS固相微萃取頭（廣州智達實驗室科技有限公司）。

1.2 實驗方法

1.2.1 Smbt的制備

將丹參鮮葉攤晾在萎凋槽上，晾曬至顏色暗綠和葉質柔軟，放入揉捻機中揉捻90 min使葉子成螺形；將螺形茶葉裝于竹籃后稍加壓，蓋上發酵布，放入發酵箱發酵5～6 h，至葉脈呈紅褐色，將發酵好的茶葉均勻鋪在篩子上，厚約3 cm，放入烘焙機中，烘焙至觸手有刺感，取出攤晾，即得Smbt成品。

1.2.2 Smgt的制備

取丹參鮮葉于干凈器具上，攤晾至葉片失水30%，于300 ℃殺青至葉色暗綠，青氣消失時出鍋；再次攤晾，使茶葉恢復至室溫；放置過夜，放入揉捻機揉捻約40 min，使葉子成條，再放入干燥滾筒中干燥，至葉片含水量小于10%，即得Smgt成品。

1.2.3 SPME檢測

分別取Smbt和Smgt 10 g，經中藥粉碎機粉碎，過60目篩得到茶葉粉末；稱取茶葉粉末2 g于20 mL頂空瓶中，封閉瓶口，放入自動進樣器中。萃取前老化溫度為230 ℃，70 ℃預孵化10 min，然后70 ℃萃取20 min，解析3 min。

1.2.4 全二維氣相色譜檢測

進樣口溫度220 ℃，不分流進樣；一維色譜柱：DB-5（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；二維色譜柱：DB-17MS（1.5 m×0.18 mm×0.18 μm）；載氣為高純氦，柱流量為1 mL/min；柱溫箱采用程序升溫，起始溫度為35 ℃，保持5 min，然后以3 ℃/min升溫到230 ℃，保持5 min，共75 min。

1.2.5 全二維氣相調制器檢測

采用固態熱調制器，選擇HV調制柱，調制周期為10 s，進口溫度偏置30 ℃，出口溫度偏置120 ℃。

1.2.6 飛行時間質譜檢測參數

電子轟擊離子源，燈絲發射電流200 μA，電離能70 eV；離子源溫度230 ℃，傳輸線溫度240 ℃；檢測器電壓-1800 V，采集速率100譜/s，質量掃描范圍35～550 m/z。

1.3 數據處理

采用全二維氣相色譜數據處理工作站軟件Canvas載入數據，繪制全二維總離子流輪廓圖，對信噪比大于3 dB的峰自動識別，標識出的每個峰點代表一種化合物。在Canvas軟件上通過對每個化合物的質譜圖進行NIST 17標準質譜數據庫比對檢索，并結合保留指數（Retention index，RI）對化合物進行定性分析，具體方法參考文獻［18-19］。采用峰面積歸一化法自動生成各成分的相對含量。根據各化合物的定性定量信息，統計Smbt和Smgt樣品中的香氣成分，并根據化合物官能團對香氣成分進行分類，統計各成分的數量和相對含量。

2 結果與分析

2.1 Smbt與Smgt香氣成分GC×GC-TOFMS輪廓圖

根據GC×GC-TOFMS的結果，每個化合物由一對保留時間確定，X軸方向為第一維保留時間（min），Y軸方向為第二維保留時間（s）。使用Canvas工作站對Smbt和Smgt香氣成分數據進行自動峰積分，并使用NIST 17數據庫結合保留指數對每個峰進行檢索定性。Smbt與Smgt香氣成分GC×GC-TOFMS輪廓圖見圖1。由圖1可知，2種茶葉的大部分香氣化合物通過正交分離都得到了較好的分離效果，體現了全二維氣相色譜高分辨率的特點。

2.2 Smbt與Smgt香氣成分分析

2.2.1 Smbt與Smgt共有香氣成分分析

從Smbt和Smgt中共鑒定出349種香氣成分，其中Smbt中245種，Smgt中233種，主要化合物見表1。二者的共有香氣成分有124種，主要包括24種飽和烷烴、23種醇類、17種酮類、16種烯烴、15種醛類、5種芳烴、4種酯類、3種呋喃酮3種環烷烴以及種類較少的酸類、呋喃、酚類、吡嗪和吡啶等。在124種共有香氣中，部分化合物在2種茶葉中占比均較高，而部分化合物在2種茶葉中差異較大。占比較高的化合物構成了2種茶葉的基本香氣，高占比的正己醛和2-庚烯醛使得2種茶葉均具有清香氣味；而具有果香的γ-己內酯［20］在Smbt中占比是Smgt的3.9倍，具有玫瑰花香的苯乙醇［21］在Smbt中占比是Smgt的3.8倍，因此Smbt具有更濃郁的花果香氣。

2.2.2 Smbt與Smgt香氣成分的差異分析

從Smbt及Smgt中鑒定的化合物分類見表2。由表2可知，Smbt共鑒定出245種香氣成分，根據官能團將其分成不同類別，其中占比較高的是醇類、醛類、烯烴及飽和烷烴，峰面積分別占比25.771%、21.469%、14.485%和8.358%，酸酐、吡啶、吡嗪、鹵代烴等物質也有檢出，但占比較低（不足1%）。

Smgt共鑒定出234種香氣成分，根據官能團分類，占比較高的是醛類、烯烴、醇類，峰面積分別占比30.435%、20.462%和17.979%，最少的3類物質是酸酐（0.04%）、環氧烷（0.046%）和吡啶（0.058%），均不足0.1%。Smbt與Smgt香氣物質均以醇類、醛類、烯烴和飽和烷烴為主，對茶葉的香氣品質形成促進作用；對比Smbt與Smgt香氣成分，醇類化合物在Smbt中占25.771%，高于Smgt中的17.979%，醇類化合物多呈現花果香氣，使得Smbt的花果香氣更加濃郁；Smbt中醛類占21.469%，低于Smgt中的醛類占比（30.435%），醛類化合物形成茶葉的各種特異香氣，多呈現清香氣息，因而Smgt的清香更加濃郁，可能是Smgt未經過發酵的原因。Smgt（20.462%）中烯烴占比高于Smbt（14.458%），飽和烷烴在2種茶葉中占比差異不大，酮類、環烷烴、吡嗪、呋喃以及其他含氮化合物占比Smgt均高于Smbt，單獨從Smbt中檢測出4種鹵代烴，從Smgt中單獨檢測出吡咯啉、醚類、環氧烷各1種，但占比均較低（均低于0.5%）。一些化合物在其中一種茶葉中檢出，且占比較高，對2種茶葉的香氣差異具有較大影響，具有青草香的順-3-己烯-1-醇［22］、具有果香的正己醇［23］、具有清香和可可香氣的3-甲基丁醛［24］在只在Smbt中檢出，且占比較高，賦予Smbt濃郁的花果香氣；而具有果香的戊醇［25］和具有烘烤杏仁氣味的苯甲醛［25］等只在Smgt中檢出，且占比較高，使Smgt體現出烘烤杏仁的香味。

3 討 論

丹參以根莖入藥，葉片不做藥用而被丟棄。以丹參葉片制成的Smbt和Smgt風味獨特，清新爽口，以水沖泡有利于丹酚酸等水溶性類成分的溶出，因此，丹參葉片制茶產業化對于丹參藥材的充分利用具有重要意義。

對于茶葉香氣化合物的分離鑒定多使用一維GC-MS技術，董玉瑋等［26］采用一維GC-MS技術從牛蒡茶中分離鑒定到97種香氣成分，張俊杰等［27］采用一維GC-MS技術從山蘇茶中鑒定出60種香氣成分。具有茶葉香氣的化合物眾多，一維GC-MS技術在分析茶葉香氣成分時顯得靈敏度低、分辨能力不足，本文采用GC×GC-TOFMS技術對丹參制成的2種茶葉的香氣物質進行檢測，鑒定化合物種類多（共349種），且能檢測出在Smbt中吡啶、酸酐，Smgt中的環氧烷等微量化合物，體現了GC×GC-TOFMS技術的高峰容量、高靈敏度的特點。

已有文獻表明，各種茶葉的香氣成分均以醛類、醇類、烯烴為主［28-31］，這與本文的結果一致。含量占比上，Smgt中醛類和烯烴占比較高，而Smbt中醇類和飽和烷烴占比較高，這幾類化合物對茶葉香氣的形成具有重要意義，不同類型的化合物呈現不同的香型，其中醇類化合物多呈現花香和果香，而醛類化合物多呈現清香，因而Smbt的花果香氣更加濃郁，而Smgt清香更加明顯。2種茶葉中均檢出酸類化合物（Smbt中占6.374%，Smgt中占1.410%），這類化合物往往呈現出酸臭、腐臭等令人不愉快的味道，但由于其香氣閾值較高，所以對于茶葉風味的貢獻較小。針對2種丹參茶葉共有香氣成分的研究發現，Smbt中具有果香的γ-己內酯［20］占比是Smgt的3.9倍，具有玫瑰花香的苯乙醇［21］占比是Smgt的3.8倍，表明Smbt的花香、果香更加濃郁，只在一種茶葉中檢出且占比較高的香氣化合物對于茶葉的香氣差異具有重要影響。本文在Smbt中檢出了高含量占比的具有青草味的順-3-己烯-1-醇［22］、具有果香的正己醇［23］和具有清香、可可香的3-甲基丁醛［24］，而這些化合物在Smgt中并未檢出，Smgt中檢出了高含量占比的具有酯類香氣的戊醇［25］、具有烘烤杏仁味的苯甲醛［25］，這些化合物在Smbt中未檢出。Smbt呈現出更濃郁的花香、果香，而Smgt則呈現出清香、酯香、烘烤杏仁香等較為復雜的香味，由于這2種茶葉均使用丹參葉片制成，推測香氣差異的形成可能與2種茶葉的制作工藝不同有關。

4 結 論

本文運用SPME-GC×GC-TOFMS技術，對Smbt和Smgt的香氣成分進行鑒定，并對香氣成分的差異進行分析，主要結論如下。

a）分析丹參葉片制作茶葉的香氣成分，在2種茶葉中鑒定出245種和233種香氣成分；

b）香氣成分分析表明，Smbt具有更濃郁的花果香氣，而Smgt清香氣息更加明顯；

c）本文將為丹參葉的制茶工藝提供參考，并為丹參地上部分的開發利用奠定理論基礎。

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（責任編輯：張會?。?/p>

收稿日期： 2023-02-17網絡出版日期：2023-06-08網絡出版日期

基金項目： 廣州市黃埔區廣州開發區科技計劃項目（2020GH16）

作者簡介： 尹 峰（1996- ），男，江西贛州人，碩士研究生，主要從事食品工藝方面的研究。

通信作者： 張曉丹，E-mail：zxd_211@aliyun.com