炭焙和電焙白茶的關鍵風味物質和品質差異

吳全金，周 喆，漆思雨，吳 穎，孫威江,*

（1.福建開放大學文經學院，福建 福州 350003；2.福建農林大學園藝學院，福建 福州 350002；3.福鼎市白茶古鎮茶業有限責任公司，福建 福鼎 355200）

白茶是我國特有的茶類，在我國悠久的飲茶歷史上占有重要地位。白茶因其制作工藝不炒、不揉而保留了豐富的活性酶和多酚類等物質，屬于輕發酵的茶類，具有出色的藥理和保健作用。白茶具有抗氧化[1-2]、抗腫瘤[3]、抗輻射[4]、降脂減肥[5]、降血糖[6]、保護肝功能[7]、抗菌消炎[8-9]、護膚[7,10]等功效，廣受消費者喜愛。白茶加工分為萎凋和干燥兩道工序，通過自然萎凋、加溫萎凋或復式萎凋進行輕發酵，茶多酚類化合物進行酶促氧化；再通過干燥固定茶葉品質，干燥時茶多酚等物質進一步轉化，滋味更加醇和。干燥對白茶滋味和香氣的形成也有重要作用[11]。目前福鼎白茶生產中主要采用電焙和炭焙2 種干燥方式。炭焙利用木炭燃燒形成的紅外線，對白茶進行由內到外的熱量輻射，茶葉分子間摩擦、碰撞使內外受熱均勻；而電焙通過熱空氣干燥茶葉，熱量更集中于茶葉表面，受熱不均勻[12]。目前炭焙在茶葉加工中的應用主要集中于巖茶的焙火工藝。武夷巖茶在焙火過程中發生氧化、脫水、糖化等作用，提高茶香，降低苦澀味，使其品質獨具風韻。盧莉等[13]研究傳統炭焙對武夷巖茶感官品質和生化成分的影響，隨著炭焙時間的延長，水浸出物含量逐漸增加，茶多酚、氨基酸、咖啡堿和黃酮含量逐漸降低。林章文等[14]發現，電焙與炭焙成品茶的主要揮發性物質總體一致，炭焙成品茶的二十烷、香葉醇與苯乙醇等物質含量高于電焙成品茶。制茶師們認為炭焙對白茶香氣和口感有一定的改善作用，同時在耐貯藏方面也具有一定的優勢。但炭焙對白茶香氣的形成、主要呈味物質和品質的影響尚未明確。

白茶審評中，香氣和滋味的權重分別為25%和30%，是決定茶葉品質的重要因子，其對茶葉風味類型、品質評定以及消費品飲等都具有重要作用。香氣主要由茶葉中的揮發性物質決定，揮發性成分中存在少量關鍵呈香成分，對茶葉的香氣形成有重要影響，具有重要的研究價值[15]。香氣的形成受多種因素的影響，如茶樹品種、生長環境、加工工藝和貯藏條件等。目前，基于氣相色譜-質譜（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）和高效液相色譜（high performance liquid chromatography，HPLC）技術，主要研究不同等級[16]、加工工藝[17-18]及加工環境[19-20]對白茶品質的影響，及不同品種制成的白茶香氣和滋味物質存在的差異[21-22]，為客觀評價和提升白茶品質提供技術支撐。Chen Qincao等[11]研究表明，香氣前體游離氨基酸和糖苷結合揮發物參與了白茶香氣的形成。Feng Zhihui等[16]采用氣相色譜-嗅覺測定法研究不同等級白茶的特征性香氣成分，研究表明，白毫銀針有明顯的花香、果香和甜味，而白牡丹、貢眉和壽眉有更強的木香和發酵的味道。Wu Huiting等[23]采用頂空固相微萃取（headspace solid phase microextraction，HS-SPME）結合GC-MS技術檢測不同萎凋方式的白茶，日光萎凋的白茶因香葉醇和芳樟醇的增加具有較強的花香，萎凋槽萎凋的白茶因己醛的增加具有較強的草香氣。Qi Dandan等[24]以自然陳化白茶和新鮮白茶為對照，研究了快速陳化工藝對白茶香氣成分和特性的影響，GC-MS結果表明，快速陳化工藝白茶的甜香和草本香氣顯著改善。可見，GC-MS技術能較好反映白茶的香氣品質化學。

本研究以電焙和炭焙白茶為研究材料，采用GC-MS技術檢測樣品中的揮發性化合物，通過正交偏最小二乘判別分析（orthogonal partial least squares-discriminant analysis，OPLS-DA）等化學計量學方法對數據進行降維和篩選，找出區分電焙和炭焙白茶的差異物質；并利用香氣活性值（aroma activity value，OAV）評價各揮發性化合物對炭焙白茶香氣的貢獻度，以此探究電焙白茶和炭焙白茶香氣形成的差異。同時，采用HPLC技術研究兒茶素組分等物質，探究二者的主要呈味物質差異。本研究可為白茶品質調控提供依據，也為消費者選購、白茶加工和倉儲提供技術參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

白茶樣品均由福建省福鼎市白茶古鎮茶業有限責任公司提供，采用福鼎大毫茶進行加工，并經過長期實踐和工藝優化，得到最佳的炭焙和電焙干燥工藝。樣品信息和工藝參數見表1，分別用于茶葉感官審評、茶湯呈味物質和揮發性化合物的檢測。

表1 白茶樣品信息和工藝參數Table 1 Sample information and process parameters of white tea

氯化鈉（分析純） 國藥集團化學試劑有限公司；正己烷（色譜純） 德國Merck公司；標準品（色譜純） 美國BioBioPha/Sigma-Aldrich公司；兒茶素標準品：表沒食子兒茶素沒食子酸酯（epigallocatechin gallate，EGCG）、表兒茶素沒食子酸酯（epicatechin gallate，ECG）、表兒茶素（epicatechin，EC）、表沒食子兒茶素（epigallocatechin，EGC）、兒茶素（catechin，C）、沒食子酸（gallic acid，GA）、咖啡堿（caffeine，CAF） 美國Sigma公司。

1.2 儀器與設備

70炭焙籠 泉州億鈳機械有限公司；JJm-6CH-12Y-70茶葉多功能提香機 安溪縣佳佳美機械設備；7890B-7000D GC-MS聯用儀 美國Agilent公司；MM400球磨儀 美國Retsch公司；MS105DU電子天平美國Mettler Toledo公司；E2695高效液相色譜儀 美國Waters公司。

1.3 方法

1.3.1 茶葉揮發性物質檢測

1.3.1.1 揮發性物質提取

采用HS-SPME法富集揮發性物質，運用GC-MS進行香氣圖譜采集和成分分析。揮發性物質的檢測參考文獻[25-26]的方法，并稍作調整。

稱取1 g茶葉粉末至20 mL頂空小瓶中，加入NaCl飽和溶液，加入10 μL內標溶液（以正己烷為內標，質量濃度為50 μg/mL）；全自動HS-SPME進行樣本萃取，以供GC-MS分析。

HS-SPME萃取條件：采樣前萃取頭在250 ℃老化5 min。在100 ℃恒溫條件下，頂空萃取15 min，于250 ℃解吸5min，然后進行GC-MS分離鑒定。

1.3.1.2 GC-MS條件

GC條件：DB-5MS毛細管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；載氣為高純氦氣（純度不小于99.999%）；恒流流速1.2 mL/min，進樣口溫度250 ℃，不分流進樣，溶劑延遲3.5 min。程序升溫：40 ℃保持3.5 min，以10 ℃/min升至100 ℃，再以7 ℃/min升至180 ℃，最后以25 ℃/min升至280 ℃，保持5 min。

MS條件：參照王莎等[25]的方法進行。

1.3.1.3 揮發性成分定性和定量分析

揮發性成分定性：YZ-D、YZ-T、MD-D、MD-T、SM-D、SM-T和質控樣本mix經前處理后，在優化設定的GC-MS條件下首先獲得總離子流圖。基于MWGC數據庫（來源于NIST庫，與標準品共同構建而成），對樣本的揮發性物質進行質譜定性分析。用MassHunter定量軟件處理樣本下機質譜文件，選擇定量離子進行色譜峰的積分和校正工作。

揮發性成分定量：根據檢測出的各揮發性物質峰面積與內標（正己烷）峰面積的比值進行相對定量（假定各揮發物的絕對校正因子為1.0）[27-28]，按下式計算：

式中：Ci為任一揮發性化合物含量/（μg/g）；Cis為內標質量濃度（50 μg/mL）；V為內標體積（10 μL）；m為茶葉質量（1 g）；Ai為任一揮發性化合物色譜峰面積；Ais為內標正己烷色譜峰面積。

1.3.1.4 差異揮發性物質篩選

根據OPLS-DA模型的變量重要性投影（variable importance in projection，VIP）值（VIP＞1），且差異倍數（fold change，FC）≥1.5或FC≤0.67，篩選出差異化合物[29-30]。

1.3.1.5 OAV分析

OAV即香氣成分的含量與香氣成分閾值之比[21]。在各種揮發性成分定量的基礎上，根據參考文獻[21,28,31-33]中各揮發性物質在水中的風味閾值和屬性描述，并以

1.3.1.3節定量的揮發性化合物的質量濃度和該物質的風味閾值的比值，計算各個揮發性成分的OAV。

1.3.2 茶湯主要呈味物質檢測分析

茶多酚、兒茶素組分和CAF檢測參照GB/T 8313—2018《茶葉中茶多酚和兒茶素類含量的檢測方法》；水浸出物的檢測參照GB/T 8305—2013《茶 水浸出物測定》；氨基酸的檢測參照GB/T 8314—2013《茶 游離氨基酸總量的測定》。

1.3.3 茶葉感官審評

按照GB/T 23776—2018《茶葉感官審評方法》對白茶進行感官審評。評茶員5 人，均擁有國家級評茶員技師證書，審評項目分為外形、湯色、香氣、滋味和葉底。

1.4 數據處理

采用R軟件對揮發性物質進行OPLS-DA，繪制揮發性物質熱圖，采用SPSS 26.0軟件對主要呈味物質和審評結果進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 炭焙和電焙白茶香氣成分分析

2.1.1 揮發性化合物分類及主要成分分析

從樣品中共檢測出15 類262 種揮發性成分。炭焙和電焙白茶，無論是揮發性成分的種類還是數量都保持高度一致，這是由于樣品均由福鼎大毫茶品種加工制作，所以香氣種類和數量較一致，但在相對含量上差異明顯。

化合物一級分類結果表明，揮發性成分中被視為白茶香味主體物質的萜類和酯類數量占絕對優勢，分別達39 種和38 種（未知物除外），二者的數量超過總數的29.3%。而揮發性成分的相對含量分析表明，占比前5的類別分別為萜類、雜環化合物、醇類、酯類和酮類（未知物除外），這5 種類別在樣品中相對含量均在6%以上（圖1）。

圖1 炭焙和電焙白茶中揮發性化合物相對含量Fig.1 Relative contents of volatile compounds in white tea

揮發性萜類、醇類和酯類物質是茶葉呈現花果香的關鍵物質。前人研究表明，新白茶主要香氣成分為芳樟醇及其氧化物、苯乙醇、苯甲醛等[34]，占比較高的前30 個揮發性物質中（圖2），2-苯乙醇、芳樟醇、香葉醇、水楊酸甲酯、月桂烯、(E)-芳樟醇氧化物、(E)-3-己烯醇、環氧-β-紫羅蘭酮、苯甲醛、(Z)-芳樟醇氧化物這些具有花香和甜香的成分，及(Z)-β-法呢烯（青草香）等香氣物質，這些物質共同構成了白茶的基礎香型。本研究與之前報道的芳樟醇、苯乙醇等是白茶主要的香氣物質[34]相符。

圖2 前30 種揮發性化合物的熱圖Fig.2 Heatmap of top 30 most abundant volatile compounds

2.1.2 電焙和炭焙白茶香氣組成的模式識別

OPLS-DA是一種有監督的判別分析統計方法，結合了正交信號矯正和PLS-DA篩選差異變量，判別效果及可視化效果更加明顯。對YZ-D和YZ-T、MD-D和MD-T、SM-D和SM-T分別建立OPLS-DA模型，進行兩兩比較（圖3A～C）。從YZ-D vs.YZ-T的OPLS-DA模型可以看出，YZ-D和YZ-T的樣品分別位于坐標軸的兩側，兩組間分離明顯，存在可視化的差異。同樣，MD-D和MD-T、SM-D和SM-T的OPLS-DA模型也存在可視化的差異，兩組間有明顯的分離。3 組對比都表明，OPLS-DA模型中樣品組間區分明顯，表明電焙和炭焙的干燥方式對白茶揮發性物質的影響存在明顯差異。對建立的3 組模型分別進行驗證（圖3D～F）。R2X、R2Y、Q23 個指標越接近1，表明模型越穩定可靠。模型R2Y分別為0.994、0.999、0.999，均非常接近1，表明模型的解釋能力強，同時Q2分別為0.946、0.866、0.979，表明均為有效的模型。

圖3 OPLS-DA模型得分圖（A～C）和模型驗證圖（D～F）Fig.3 Score plots (A–C) and permutation test (D–F) of OPLS-DA model

2.1.3 炭焙對白毫銀針香氣成分的影響

從YZ-D和YZ-T中共篩選出77 種差異揮發性物質（圖4）。相比于電焙白毫銀針，分別有70 種物質上升、7 種物質下降。其中，與花香和清香相關的反式-橙花叔醇、(-)-α-柏木烯、β-紫羅蘭酮、香葉醇、芳樟醇、月桂烯、(-)-檸檬烯等揮發性物質的相對含量更高。Feng Zhihui等[16]對不同等級的白茶進行研究，表明香葉醇和芳樟醇對白毫銀針和白牡丹的花香和甜味有主要的香氣貢獻，本研究中，炭焙銀針香葉醇和芳樟醇的相對含量也遠高于電焙銀針。

圖4 差異揮發性化合物的熱圖（YZ-D vs.YZ-T）Fig.4 Heatmap of differential volatile compounds (YZ-D vs.YZ-T)

2.1.4 炭焙對白牡丹香氣成分的影響

從MD-D和MD-T中共篩選出16 種差異揮發性物質（圖5）。相比于電焙白牡丹，分別有5 種物質上升、11 種物質下降。其中，3-乙基-1H-吡咯、辛酸己酯、1-碘壬烷等揮發性物質的相對含量更高；而雪松、β-雪松烯、γ-杜松烯（木質氣味）等物質的相對含量更低。

圖5 差異揮發性化合物的熱圖（MD-D vs.MD-T）Fig.5 Heatmap of differential volatile compounds (MD-D vs.MD-T)

2.1.5 炭焙對壽眉香氣成分的影響

從SM-D和SM-T中共篩選出93 種差異揮發性物質（圖6）。相比于電焙白牡丹，分別有77 種物質上升、16 種物質下降；其中，己酸己酯、水楊酸甲酯、β-紫羅蘭酮、香葉醇、紫蘇烯、月桂烯、(-)-檸檬烯、吲哚、2-庚酮等呈花果香的芳香物質的相對含量更高，3-乙基-1H-吡咯等烘烤香物質的相對含量更高；雪松、β-雪松烯、γ-杜松烯等揮發性物質的相對含量更低，這與白牡丹的結果一致。

圖6 差異揮發性化合物的熱圖（SM-D vs.SM-T）Fig.6 Heatmap of differential volatile compounds (SM-D vs.SM-T)

2.1.6 基于OAV進行炭焙白茶主要呈香物質分析

茶葉眾多的香氣成分中，僅有一部分起主導作用，決定了茶葉的香型。依據香氣成分含量的高低無法直接說明茶葉的特征香氣，因此，前人研究采用OAV評價單個香氣組分對茶葉整體香氣的貢獻度。當OAV大于1時認為該香氣組分對茶葉香氣具有一定影響，當OAV大于10時認為該香氣組分對香氣貢獻極大[21]。通過已報道的揮發性物質的閾值計算OAV，本研究篩選出20 個重要揮發性成分的OAV（表2），結果表明不同干燥方式白茶的OAV存在明顯差異。其中芳樟醇的OAV大于10 000（YZ-D除外），香葉醇、2-苯乙醇（SM-D除外）、月桂烯、(E)-芳樟醇氧化物的OAV大于1 000，這些成分在相對含量和香氣強度上表現都很突出，并且都呈現出花果香類型的氣味[35]。通過對比發現，炭焙干燥的白毫銀針、白牡丹和壽眉均體現為芳樟醇、香葉醇、2-苯乙醇和月桂烯的相對含量高于電焙干燥的白茶（表2）；而且這些成分均屬于占比前30的物質（圖2），同時在YZ-D vs.YZ-T，SM-D vs.SM-T的對比組中，香葉醇和月桂烯均是差異揮發性物質。因此，認為芳樟醇、香葉醇、2-苯乙醇和月桂烯是炭焙白茶的重要香氣物質，且香葉醇和月桂烯可以作為炭焙對白茶香型影響的重要標志性物質。另外，反式-橙花叔醇、(＋)-檸檬烯、辛烯-3-醇、水楊酸甲酯、己醛、葵醛、吲哚的OAV大于100，其余成分的OAV大于1。本研究篩選的20 個揮發性物質對炭焙白茶香氣的形成具有較大作用。

表2 揮發性成分OAV和香氣描述Table 2 OAV values and aroma description of volatile compounds in white tea

2.2 炭焙和電焙白茶主要呈味物質分析

兒茶素是茶多酚的主要組成部分，也是茶葉非常重要的呈味物質。檢測結果（表3）表明，簡單兒茶素EGC的含量，YZ-T極顯著低于YZ-D，SM-T極顯著高于SM-D；簡單兒茶素EC的含量，炭焙銀針和壽眉都極顯著高于電焙銀針和壽眉，YZ-T＞YZ-D，SM-T＞SM-D，而白牡丹對比組無顯著差異。酯型兒茶素EGCG的含量，YZ-T極顯著高于YZ-D，而白牡丹和壽眉均呈現炭焙干燥方式的含量極顯著低于電焙，MD-T＜MD-D、SM-T＜SM-D；ECG的含量，YZ-T極顯著高于YZ-D，而MD-T極顯著低于MD-D，壽眉對比組無顯著差異。兒茶素總含量變化與EGCG類似，YZ-T極顯著高于YZ-D，而MD-T極顯著低于MD-D，SM-T顯著低于SM-D。茶多酚的含量變化表現為，YZ-T極顯著高于YZ-D，而SM-T極顯著低于SM-D，白牡丹對比組無顯著差異。由此可見，不同干燥方式顯著影響了白茶兒茶素組分和總量、茶多酚總量的積累。

表3 非揮發性化合物含量Table 3 Contents of non-volatile compounds in white tea%

氨基酸和CAF是重要的滋味品質成分，氨基酸是茶湯鮮味、甜味的重要貢獻因子。對比電焙白茶，氨基酸含量雖然沒有顯著變化，但炭焙茶葉MD-T和SM-T的氨基酸含量都略高于電焙茶葉。CAF含量變化與EGCG類似，YZ-T極顯著高于YZ-D，而白牡丹和壽眉均呈現炭焙干燥方式的CAF含量低于電焙，MD-T＜MD-D、SM-T＜SM-D。氨基酸和CAF與茶葉采摘嫩度有很大關系，越嫩含量越高，本研究也表明氨基酸和CAF含量總體呈現白毫銀針＞白牡丹＞壽眉的趨勢。

水浸出物是茶湯可溶性物質的總和。YZ-T極顯著高于YZ-D，而MD-T極顯著低于MD-D，SM-T顯著低于SM-D，這與EGCG、兒茶素總量和CAF的變化趨勢類似。

2.3 炭焙和電焙白茶感官審評結果

通過對比炭焙和電焙白茶的審評結果表明（表4），炭焙白茶的感官品質均優于電焙白茶，其綜合評分結果均極顯著高于電焙白茶。外形和湯色審評結果表明，炭焙的白茶色澤略帶灰綠色或褐色，湯色更加明亮，這與林章文等[14]的研究結果類似。

表4 感官審評結果Table 4 Sensory evaluation results of white tea

茶葉香氣的感官特征與香氣成分密切相關。雖然炭焙和電焙的香氣成分和種類比較類似，但在香氣成分含量上仍存在較大差異，導致其呈現出不同的香氣特征。研究表明，炭焙銀針（YZ-T）相比于電焙銀針（YZ-D），香氣表現為青氣去除了，且略帶花香，這與銀針的香氣物質檢測結果一致，表現為炭焙銀針花果香成分，如反式-橙花叔醇、香葉醇、芳樟醇、月桂烯等明顯高于電焙銀針。炭焙壽眉（SM-T）感官審評結果表明，香氣純正，略帶花香，這與香氣檢測結果一致。與電焙壽眉（SM-D）相比，炭焙壽眉水楊酸甲酯、香葉醇、己酸己酯、β-紫羅蘭酮等呈花果香的芳香物質更高。Deng Weiwei等[18]研究表明水楊酸甲酯是釋放花香的揮發性有機化合物之一，在白茶花香的形成中起重要作用。本研究中，炭焙壽眉的水楊酸甲酯為（50.62±4.58）μg/kg，遠大于電焙壽眉（25.59±2.42）μg/kg。同時炭焙壽眉在滋味上表現為純正和潤滑，這與非揮發性檢測結果也一致，其EGCG（苦澀味）、茶多酚總量（澀味）、CAF（苦味）、水浸出物（濃度）顯著低于電焙壽眉，因此滋味更加醇和潤滑。

3 結 論

本研究采用GC-MS技術，從炭焙和電焙白茶中共檢測出262 種揮發性化合物。分析表明，高比例的呈現天然花果香、清香或甜香的萜類、醇類和酯類香氣成分是形成炭焙白茶香氣品質的物質基礎。對比電焙的白毫銀針、白牡丹和壽眉，炭焙干燥的白茶分別篩選出77、16 種和93 種差異揮發性物質。基于OAV分析法，鑒定了20 種對炭焙白茶香氣有較大影響的呈香物質，表明芳樟醇、香葉醇、2-苯乙醇和月桂烯是炭焙白茶的重要香氣物質。感官審評結果表明，炭焙白茶的品質均優于電焙白茶，炭焙銀針和壽眉花香顯，滋味更醇和潤滑，這與揮發性和非揮發性物質檢測結果較一致。此外，已鑒定的揮發性物質中有部分化合物由于閾值缺乏，利用OAV方法對樣品中的特征風味化合物的分析存在一定局限性，后續研究可結合高靈敏度的電子鼻等設備對炭焙和電焙白茶的香氣成分特點進行分析，為進一步探究炭焙白茶的香型劃分提供參考依據。本研究為白茶品質調控提供依據，為消費者選購和倉儲提供技術參考，也為加工實踐中提高白茶香氣品質提供理論支撐。