實時直接分析質譜法在茶葉品質評價中的應用研究進展

潘劍蕾，王 瑞，張曉鴻，王鈺歆，曾定玲，張曉強

（深圳市質量安全檢驗檢測研究院，廣東深圳 518051）

感官審評是茶葉品質評價中常用的傳統方法。隨著國內外專家對茶學領域與多學科領域知識相融合的研究，以及科學技術（光學、電學、計算機科學、信息處理等）的發展，越來越多新技術、新方法應用在茶葉品質評價研究中。作為一種新的大氣壓電離質譜技術，實時直接分析質譜法具有快捷、簡便、靈敏、高效、無損、廣譜及綠色等特點而被廣泛地應用于食品安全與檢測、環境分析檢測、藥物及臨床分析、商品與材料檢測等領域，但目前在茶葉品質評價方面應用不多。為多角度、多維度地研究評價茶葉品質，本文綜述了實時直接分析質譜法在茶葉品質評價中的應用研究進展。

1 茶葉品質評價的概念及指標

當人們去評價一種茶葉品質的優劣，更多的是去了解茶葉的色、香、味、形的組成和表現[1]。茶葉中具有豐富的化學成分，包括茶多酚及其氧化物、氨基酸、生物堿、糖類、脂類、有機酸、蛋白質、維生素、揮發性香氣成分等[1-6]。這些成分通過不同比率的浸出形成具有不同風味特色的茶湯。正是這些化學成分才使茶葉具有一定的保健功效。清代陳元龍在《格致鏡原》中寫道：神農嘗百草，一日而遇七十二毒，得荼以解之[7]。《神農本草經》中有記載：苦菜，味苦，寒。主五臟邪氣，厭谷，胃痹。久服，安心益氣，聰察少臥，輕身、耐老[8]。茶具有清臟腑熱、消食化積、提神醒腦、養生保健等功效。

茶葉質量安全是茶葉的基礎，茶葉中的風險物質主要來源于茶葉種植和茶葉加工過程。茶葉種植過程包括生態環境、栽培技術等，茶葉加工過程包括加工工藝、包裝材料、儲藏環境等。陳宗懋[9-10]、江用文[11]、汪慶華[12]、鄭國建[13]等人指出，中國茶產業的質量安全問題主要體現在農藥殘留、重金屬元素污染、有害微生物污染及其他污染物等方面。

茶葉品質指標并不是單一的，而是多方面、多維度、多功能的。葉乃興[14]參照翟鳳林對作物品種分類的方法，將茶葉品質按照不同特征進行分類，茶葉品質評價則是對茶葉產品屬性，即商品品質、風味品質、營養品質、保健品質和衛生品質等方面進行標準、客觀、定量分析并對茶葉質量作綜合評價的過程。茶葉品質評價指標及其主要影響因素詳見表1。

表1 茶葉品質評價指標及其主要影響因素

2 茶葉品質評價技術研究進展

隨著消費者生活水平的提高和健康意識的增強，對茶葉品質的要求也隨之越來越高[15]，對茶葉品質評價的研究也越來越多。針對茶葉品質評價指標的不同，評價方法也隨之不同。目前，茶葉品質評價方法[16-17]主要分為感官審評、成分分析檢測和新興技術手段等。

2.1 感官審評

茶葉感官審評主要是指審評人通過感覺器官[18]，按照一定的方法，依據規定的評茶程序，對照實物標準樣對茶葉各方面進行逐項審評，然后經綜合評定確定茶葉品質優次的一種評茶方法。茶葉感官審評包括干茶審評和開湯審評，分為外形、香氣、湯色、滋味和葉底5 個項目，每個項目又包含多個因子[19-21]。茶葉感官審評發展至今已建立起成熟、標準的評價體系，如《茶葉感官審評術語》（GB/T 14487—2017）是我國具有代表性的食品感官術語，使用統一的感官分析術語，審評人能夠準確地描述出對茶葉的感官評價。隨著近年來茶產業的發展，張穎彬等認為目前茶葉感官術語還存在待完善之處，如術語詞義易混淆、部分術語定義存在疑難點、部分程度術語關系不明確、組合術語數量過多等[22]。感官審評是茶葉品質評價最傳統、最基本的方法，具有直觀、方便、快捷等特點，但其相當依賴審評人的經驗積累，其主觀性也限制了其發展。

2.2 成分分析檢測

成分分析檢測是指研究人員運用現代分析儀器，用化學方法或物理方法對茶葉的內含物質進行檢測，研究茶葉品質與生化成分之間的關聯性。通常需要對茶葉樣品進行制備、提取和凈化等處理，根據需要有些還需進行濃縮或衍生化處理后制成茶葉樣品提取液，然后運用分析儀器對其提取液進行分析檢測。常用的分析儀器有核磁共振波譜、氣相色譜—質譜聯用、液相色譜—質譜聯用、超高效液相色譜、高效液相色譜、紫外—可見分光光度計等。成分分析檢測旨在以某些主要化合物成分為基礎來分析茶葉品質，比感官審評檢測結果更加準確、客觀[17,23]。成分分析檢測是運用分析儀器對茶葉的內含成分進行檢測的方法，其結果更加客觀準確，但大多需要繁冗的樣品制備、萃取和分離過程，對樣品破壞性大。

2.3 新興技術手段

隨著國內外專家對茶學領域與多學科領域知識相融合的研究，以及科技技術（光學、電學、計算機科學、信息處理等）的發展，越來越多新技術、新方法應用在茶葉品質評價研究中。例如，計算機視覺系統、光譜技術、電化學方法（如電子鼻、電子舌）等[20-21,24]。新興技術手段具有快速、無損、直接分析的優點，但很多新興技術的應用還在研究階段，有待研究人員去探索。

3 實時直接分析簡介

實時直接分析（Direct analysis in real time，DART）為新型原位電離技術，能夠滿足實驗室對樣品高通量分析的要求和對現場、無損、快速、低碳、原位、直接分析的需求。DART 技術由美國的Robert Cody 博士和Jim Laramee 博士于2002 年發明，2005 年DART 離子化技術文章在《Analytical Chemistry》雜志發表，同年由JEOL 公司對DART 商品化，設備問世。DART 解決了以往質譜技術對樣品前處理的過程煩瑣冗長的問題，大大提高了檢測速度，幾秒便可輕松完成測試。不僅如此，它還將檢測對象拓展到氣體、液體或固體，實現了真正意義上的實時、直接分析[25]。

DART 是一種非表面接觸型解析/離子化質譜分析離子源技術。其原理是在大氣壓條件下，中性或者惰性氣體（如氮氣或氦氣）經放電產生激發態原子，對該激發態原子進行快速加熱和電場加速，使其解析并瞬間離子化待測樣品表面的標志性化合物或待測化合物，然后進行質譜或串聯質譜檢測，從而實現樣品的實時直接分析[26-28]。

4 實時直接分析質譜法在茶葉品質評價中的應用

DART 因其快捷、簡便、靈敏、高效、無損、廣譜、綠色等特點，自2005年出現以來，已經被應用在食品安全與檢測、環境分析檢測、商品與材料檢測及藥物及臨床分析等領域，但在茶葉品質評價方面的應用卻不多。本文對國內前期工作者基于實時直接分析質譜法在茶葉品質評價中的應用進行總結，旨在為給多角度、多維度地研究茶葉品質評價新技術提供參考。

4.1 茶葉風味品質分析

茶葉香氣是影響茶葉品質的重要因素，也是風味品質中的評價指標之一。茶葉香氣根據其來源可分為地域香、氣候香、品種香、工藝香、樹齡香、季節香等6 種香氣。若對茶葉香氣建立數據庫，則可不同維度地了解茶葉，如生長地域特點、生長氣候條件、品種特點、工藝結果呈現的區別，不同樹齡吸收到的營養成分的區別，不同季節生長速度的區別等。

張麗等運用實時直接分析質譜法探索出碧螺春紅茶在不同加工過程中香氣物質的變化規律[29]。通過稱取不同加工階段的茶葉樣品，直接經DART 真空泵直接抽吸進樣，對不同加工階段香氣物質進行動態監測。結果表明：1）碧螺春紅茶加工過程中有28 種特征香氣，主要為醇類、醛類、酮類、酯類、酚類、烴類、含氮類等7類化合物；2）實驗發現在茶鮮葉中基本不含有酮類和醇類，萎凋葉和發酵2.5 h階段中含有全部特征香氣物質，且特征香氣物質除醛類的橙花醛特征香氣沒有變化，其他特征香氣含量都有變化；3）發酵5 h 階段中，酯類、酮類和酚類中的部分特征香氣物質暫時檢測不出，但在干茶階段除丁酸橙花酯依然未檢出，其他特征香氣又會重新出現；4）在整個加工階段，碧螺春紅茶的特征香氣不斷變化，但醛類和烴類的含量一直相對較高。

張麗等基于實時直接分析質譜法對碧螺春紅茶的28種特征香氣物質進行監測，建立了對不同產區和不同級別碧螺春紅茶的香氣物質快速檢測的方法[30]。通過稱取不同產區和不同級別的茶葉樣品，直接經DART 真空泵直接抽吸進樣，對不同加工階段香氣物質進行動態監測。結果表明：1）不同產區、不同級別的碧螺春紅茶中特征香氣物質種類各不相同，其中不同產區的碧螺春紅茶中所含的特征香氣物質不同，無錫和東山地區的碧螺春紅茶中，離子相對豐度最高的是橙花醛，其次是茉莉內酯、百里香酚；西山和旺山地區的碧螺春紅茶中，離子相對豐度最高的是橙花醛，其次是檸檬烯。這也證明不同地區的碧螺春紅茶香氣也存在區別，但主香是一致的；2）不同級別的碧螺春紅茶中第I 級別的特征香氣物質的離子相對豐度均高于其他級別，其中酚類和烴類化合物的離子相對豐度較高，且級別越高的碧螺春紅茶，酚類和烴類物質種類較多。這也證明級別越高的碧螺春紅茶，香氣越濃郁。

4.2 茶葉營養品質分析

茶湯的滋味常用澀、鮮、苦、甜來描述，其中“鮮”的口感指的是甘爽、鮮爽，它與茶葉中的氨基酸有關。其中，γ-氨基丁酸是一種非常重要的抑制性神經遞質，它能參與腦的生理活動，具有安神、催眠等作用。常用的γ-氨基丁酸含量測定方法有薄層色譜法、紙電泳法、紙層析法、比色法、氨基酸分析儀測定法、毛細管電泳-電化學檢測法、高效液相色譜法等。其中，紙電泳法、紙層析法操作簡單，但精密度不高；薄層色譜法、毛細管電泳-電化學檢測法、高效液相色譜法精密度高，但操作過程復雜，時間比較長，而且高效液相色譜法需要用到衍生試劑，具有一定的毒性，對環境和健康都有一定的危害；比色法、氨基酸分析儀測定法操作簡單，但對樣品純度有一定的要求。

屠鈺等建立了一種利用實時直接分析離子源與三重四極桿串聯質譜聯用法（DART-MS）快速高效定量分析茶葉中γ-氨基丁酸含量的方法[31]。通過稱取一定量茶葉樣品粉末、加入相適應的提取液后、經過濾得到待測液的前處理方法，對10種不同品種的茶葉樣品中γ-氨基丁酸的含量進行檢測。結果表明，不同品種茶葉中γ-氨基丁酸的含量存在較大差異，實驗中九香翠芽中γ-氨基丁酸含量最高（227.2μg·g-1），其次是信陽毛尖（161.2μg·g-1），日照綠茶的γ-氨基丁酸含量最低（75.6μg·g-1）。該方法簡便、高效，為快速篩選具有高含量γ-氨基丁酸的茶葉品種提供了一種簡單有效的方法。

4.3 茶葉保健品質分析

歷代“本草”類醫書在提及茶葉時均說它有驅困輕身、提神益思、瘦身減肥、生津解暑等保健功效，而這都是茶葉中生物堿發揮的作用，因為茶葉中的生物堿具有興奮神經中樞、促進血液循環、抗氧化等功效。茶葉中的生物堿包括咖啡堿（咖啡因）、可可堿、茶葉堿等，三者之中，咖啡堿含量最高，其次是可可堿，它們分別占干重的2%～4%、0.05%和0.002%。咖啡堿屬于甲基黃嘌呤類生物堿，極易溶于水（特別是熱水），具有苦澀味，是構成茶湯滋味的主要因素之一。

茶葉中咖啡堿的測定目前常用高效液相色譜法和紫外分光光度法，由于茶葉的基質背景非常復雜，故需通過提取和凈化等前處理后制成提取液后上機檢測。張佳玲等基于采用實時直接分析質譜法對茶葉中的主要成分（茶氨酸、咖啡堿）的建立了快速檢測的方法，通過直接吹掃茶葉樣品的方法進樣，得到特征的質譜信號離子，建立8 種茶葉中茶氨酸和咖啡堿的特征質譜圖，實現了對這8 種茶葉的快速鑒別[32]。該方法在大氣壓下進行，無需對茶葉進行樣品處理，大大縮短了分析時間，實現了原位、快速、準確且高通量的檢測。

4.4 茶葉衛生品質分析

近年來，我國茶葉貿易出口常常遇到西方國家的貿易壁壘。我國輸歐茶葉頻頻因質量安全問題被歐盟委員會食品與飼料快速預警系統（Rapid Alert System for Food and Feed，RASFF）拒絕入境或退回、銷毀，嚴重影響了我國茶產業國際貿易[33]。對2016—2022 年RASFF 的通報記錄進行統計分析發現，我國茶葉被其通報的質量安全問題主要集中于農藥殘留、金屬元素污染、微生物污染及其他污染物，其中農藥殘留超標占問題總量的80%左右。為了加大對我國茶葉中農藥殘留量的監測力度，適應世界貿易市場的需要，除采取必要的農業措施，降低茶樹、土壤和灌溉中的農藥殘留量，還需不斷尋找操作簡單、檢測快速的茶葉及茶葉制品中多種農藥殘留檢測方法。茶葉中農藥殘留的含量較低，屬于痕量組分分析，茶葉基質背景相當復雜，故茶葉中農藥殘留定性定量分析是一個復雜的過程，包括提取、凈化、濃縮等步驟，過程繁冗，實驗過程長。宮小明等人基于實時直接分析串聯質譜法建立茶葉中農藥殘留的檢測方法，通過QuEChERS 方法對茶葉樣品進行前處理后，用玻璃棒蘸取上清液經實時直接分析串聯質譜法檢測烯酰嗎啉、噻蟲嗪、吡唑醚菌酯、吡蟲啉、滅多威、吡蚜酮、殺線威、仲丁威、啶蟲脒等9 種常見農藥[34]。該方法提取、凈化環節簡單、快速，上機檢測環節無需色譜分離，直接通過實時直接質譜分析，大大節省了分析時間。

5 展望

茶葉品質評價對于茶葉加工和茶葉貿易等至關重要。茶葉品質評價技術也在不斷進步，相比于傳統茶葉品質評價技術，新興技術具有簡單、快速、無損等特點，為茶葉品質評價提供了新的方式。DART 與質譜聯用技術已逐步滲入至許多領域，目前在茶葉品質評價應用的卻比較少，但已有經驗表明實時直接分析質譜法可運用在風味品質、營養品質、保健品質、衛生品質的分析上，且能達到預期效果。近幾十年來，隨著茶葉豐富的營養成分不斷被科學家發現，國內外茶學領域的專家開展了許多茶葉功能性成分的化學結構與生物活性研究，故茶葉品質評價技術的發展也成為一種趨勢。實時直接分析質譜法既可以分析非極性的揮發性物質，又可以分析極性化合物，且檢測對象拓展到氣體、液體或固體，應用比較廣泛。雖然目前有基于采用實時直接分析質譜法開展的定量檢測研究，但其原理是建立在蘸取體積、吹掃體積相同的理論狀態下得出的結論，而實際情況可能會存在誤差，造成精密度無法達到相關要求的情況。基于此問題，定量分析具有同位素的化合物的研究及探討如何提高其定量分析的精密度，十分有意義。常溫常壓下敞開式原位電離檢測技術的迅猛發展，對樣品無需前處理或簡單前處理，具有檢測速度快、綠色無污染、無損傷檢測的優點，更適合做定性快速篩查。從某種程度上說，DART 非常適用于茶葉品質評價，特別是在與固相微萃取等技術聯用后，待測物得到富集，靈敏度大大提高，在茶葉品質評價中的應用將會更加廣泛。