不同极性色谱柱在滇红香气成分分析中的对比研究

乔阳，杜丽平，肖冬光



不同极性色谱柱在滇红香气成分分析中的对比研究

乔阳，杜丽平*，肖冬光

天津科技大学生物工程学院，天津 300457

采用顶空固相微萃取（HS-SPME）对滇红的香气成分进行富集，分别使用两种不同极性的色谱柱进行色谱分离，气质联用（GC-MS）检测分析，比较了非极性色谱柱HP-5MS和极性色谱柱CP-Wax对红茶香气成分分离效果的差异。结果表明，两种不同极性色谱柱对红茶香气成分的分离效果均表现良好，但分析结果存在一定的差异。因此在对红茶中不同的香气成分进行研究分析时，应根据分析目标的不同选择合适的色谱柱。

滇红；顶空固相微萃取；气质联用；HP-5MS；CP-Wax

茶叶中的香气成分是由多种物质组成的混合物[1]，各物质性质不同、含量不同，从而形成了不同茶叶特有的香气特征[2]。滇红属于发酵型茶，经过萎凋以及发酵等加工过程，其香气的形成和转化较为充分，因此香气成分丰富[3]。目前在对茶叶挥发性成分的研究中，主要采用顶空固相微萃取[4]（HS-SPME）进行前处理，使用气相色谱-质谱联用（GC-MS）进行分析。混合物进入气相色谱后通过毛细管色谱柱进行高效分离，所以，色谱分离的关键在于选择合适的色谱柱。色谱柱的选择基本上要遵循“相似相溶”的基本原理，根据目标化合物的性质选择合适的色谱柱[5]。在非极性色谱柱中，化合物基本上按照沸点顺序进行分离，沸点低的组分先流出，如果被分离的组分是极性和非极性的混合物，则同沸点的极性物质先流出；在极性色谱柱中，各组分的流出顺序按照极性排列，极性小的先流出，极性大的后流出，如果样品是极性与非极性的混合物，则非极性物质先流出。

目前在茶叶香气的研究中，多数研究者使用HP-5MS等非极性色谱柱[6-10]，同时，也有一部分研究者使用DB-FFAP、DB-Wax等极性色谱柱[11-12]。为了解不同极性色谱柱对茶叶香气成分分离效果的差异，本文选用云南滇红为样品，采用HS-SPME对其挥发性成分进行富集，使用非极性色谱柱HP-5MS和极性色谱柱CP-Wax两种不同极性的色谱柱进行色谱分离，GC-MS检测分析，比较了两种不同极性色谱柱对滇红香气成分分析的差异，为茶叶香气的进一步研究提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

滇红茶样，市购；NaCl（天津市化学试剂一厂）；乙醇（色谱纯）（天津市百世化工有限公司）；癸酸乙酯（美国Sigma试剂公司）。7890A-5975C型气质联用仪（美国Agilent公司）；IT-09A5磁力搅拌器（上海一恒科学仪器有限公司）；FA2004电子天平（上海精密科学仪器有限公司）；手动进样手柄、75 μm CAR/PDMS萃取头[13]（美国Supelco公司）；100 mL顶空萃取瓶；正构烷烃混标（C8-C40，上海Sigma-Aldrich公司）。

内标溶液配制：取癸酸乙酯标准品0.1 mL于100 mL容量瓶中，无水乙醇定容，配制成质量浓度为0.862 g·L-1的标准液，然后稀释到43.1 mg·L-1，放置4℃下备用。

1.2 实验方法

1.2.1 HS-SPME操作方法

称取2.0 g粉碎的滇红茶样与3.6 g NaCl加入到100 mL顶空萃取瓶中，按茶水比1∶6加入12 mL沸腾蒸馏水以及20 μL癸酸乙酯内标溶液，四氟乙烯封口，于60℃、400 r·min-1磁力搅拌器水浴平衡10 min后插入装有75 μm CAR/PDMS萃取头的手动进样手柄，吸附萃取60 min后，取出萃取头，迅速插入GC-MS进样口中，于250℃解析5 min。

1.2.2 色谱条件

CP-Wax色谱柱：石英毛细管柱（50 m× 0.25 mm，0.20 μm）；进样口温度为250℃；载气为高纯氦气（纯度>99.999%），流速0.8 mL·min-1；柱温：初始温度为40℃，以每分钟2℃的速度升至85℃，保持5 min，再以每分钟3℃的速度升至160℃，最后以每分钟7℃的速度升至240℃，保持10 min；不分流进样。

HP-5MS色谱柱：石英毛细管柱（60 m× 0.32 mm，0.25 μm）；进样口温度为250℃；载气为高纯氦气（纯度>99.999%），流速0.8 mL·min-1；柱温：初始温度为40℃，保持3 min，以每分钟2℃的速度升至85℃，保持5 min，再以每分钟3℃的速度升至160℃，最后以每分钟10℃的速度升至240℃，保持5 min；不分流进样。

电子电离离子（EI）源，离子源温,度230℃，电子能量70 eV，四极杆温度150℃，传输线温度280℃，扫描范围/为30~500 amu。

1.2.3 数据处理

将采集到的质谱图与NIST11标准谱库对照，并结合保留指数[14-15]对滇红香气成分进行定性。利用面积归一化法计算各香气成分的百分含量（除去溶剂峰），以癸酸乙酯为内标对测得的香气成分进行定量分析，计算出香气物质的含量。计算公式为：各香气成分的含量（μg·g-1）=f（校正因子）×各组分的峰面积×内标质量分数（μg·g-1）/内标峰面积（校正因子设为1）[16]。

2 结果与分析

2.1 香气种类及含量分析比较

图1、图2分别为HP-5MS色谱柱以及CP-Wax色谱柱得到的滇红茶样的总离子流色谱图，两种色谱柱对滇红香气成分的分离效果均表现良好。表1、表2分别为滇红茶样通过HP-5MS色谱柱以及CP-Wax色谱柱得到的香气化合物的分析结果。

HP-5MS为非极性色谱柱，其固定相为（5%-甲基）-甲基聚硅氧烷，对活性化合物，包括酸性和碱性化合物具有优异的惰性。

表1 色谱柱HP-5MS红茶香气成分分析结果

续表1

序号No.保留时间Retention time/min香气成分Aroma component保留指数Retention Index含量/μg·g-1Content序号No.保留时间Retention time/min香气成分Aroma component保留指数Retention Index含量/μg·g-1Content 431.21氧化芳樟醇II10850.315456.172,4-二叔丁基苯酚15180.038 532.37芳樟醇10980.253含氮类N-heterocyclic carbenes 632.77二氢芳樟醇11050.276112.372-甲基吡嗪8230.050 733.66苯乙醇11160.641217.752-乙酰基呋喃9100.080 837.90氧化芳樟醇III11720.080317.832-乙基吡嗪9110.179 938.28氧化芳樟醇IV11770.216430.293-乙基-2,5-甲基吡嗪10730.076 1039.40α-萜品醇11910.059535.172-甲基-3（2-甲基丙基）吡嗪11360.016 1141.94橙花醇12310.088635.382-丙酰基吡啶11390.026 1243.76香叶醇12624.297735.70苯乙腈11430.120 1357.83反式-橙花叔醇15700.020864.03咖啡碱 18970.046 醛类Aldehyde碳氢类 Hydrocarbons 18.772-甲基-2-丁烯醛7630.00419.62甲苯7770.006 211.13正己醛8020.060223.30月桂烯9820.217 312.93糠醛8320.341325.95右旋萜二烯10160.096 414.01反式-2-己烯醛8500.112438.67萘11820.054 520.81反式-2-庚烯醛9490.016539.92正十二烷11980.056 621.03苯甲醛9520.667641.393-苯基呋喃12220.084 721.355-甲基呋喃醛9560.376741.812-莰烯12290.020 824.74(E,E)-2,4-庚二烯醛10010.493845.481-十三烯12900.025 925.422-吡咯甲醛10090.040945.60α-甲基萘12920.031 1027.21苯乙醛10330.5641045.92十三烷12980.058 1127.621-乙基-1H-吡咯-2-甲醛10380.3421146.53β-甲基萘13090.017 1228.41反式-2-辛烯醛10480.2021248.801,1,6-三甲基-1,2-二氢萘13540.053 1333.17(E,E)-2,4-辛二烯醛11100.0351350.98正十四烷13970.055 1433.424-乙酰基-1H-吡咯-2-甲醛11130.0441453.634-甲基十四烷14560.015 1537.16反式-2-壬烯醛11620.0971555.46正十五烷14970.048 1640.36癸醛12050.0541656.58去氢白菖烯15310.034 1740.972-（4-甲基-3-环己烯基)丙醛12150.0511757.29α-二去氢菖蒲烯15430.015 1841.36β-环柠檬醛12210.0041857.692-甲基十五烷15690.013 1942.62(Z)-柠檬醛12420.1071958.71正十六烷15970.094 2044.44(E)-柠檬醛12730.2252059.862,6,10-三甲基十五烷16490.023 2144.57α-亚乙基-苯乙醛12750.1912160.91正十七烷16970.057 2255.25可卡醛14920.0652261.022,6,10,14-四甲基十五烷17020.031 酸类Acid2362.61正十八烷17970.015 126.34 反式-3-己烯酸10210.0982462.762,6,10,14-四甲基十六烷18070.046 228.79 反式-2-己烯酸10530.050酮类Ketones 349.68 香叶酸13710.180116.392-庚酮8900.005 酯类Ester223.03甲基庚烯酮9780.041 122.85己酸乙烯基酯9760.007329.14苯乙酮10580.002 237.55乙酸苄酯11650.046431.773,5-二辛烯-2-酮10920.052 339.11丁酸叶醇酯11870.024550.38大马士酮13840.054 439.62水杨酸甲酯11940.715651.15茉莉酮14020.048 550.16己酸叶醇酯13810.091752.44α-紫罗兰酮14290.029 650.86癸酸乙酯13950.431853.51香叶基丙酮14530.037 756.93二氢猕猴桃内酯15420.052954.94(3E)-4-(2,6,6-三甲基-1,3-环己二烯-1-基)-3-丁烯-2-酮14850.027 865.37棕榈酸乙酯19930.0191055.06β-紫罗兰酮14880.123

表2 色谱柱CP-Wax红茶香气成分分析结果

续表2

序号N o.保留时间Retention time/min香气成分Aroma component保留指数RetentionIndex含量/μg·g-1Content序号No.保留时间Retention time/min香气成分Aroma component保留指数RetentionIndex含量/μg·g-1Content 酯类Ester223.60甲基庚烯酮13180.096 132.24异丁酸叶醇酯14450.020335.933,5-二辛烯-2-酮15030.055 242.03癸酸乙酯16400.431445.53苯丙酮17020.007 342.73己酸叶醇酯16400.064549.53大马士酮18050.024 444.63甲酸香叶酯16820.019653.94β-紫罗兰酮 19380.077 545.64乙酸苄酯17050.018754.22茉莉酮19480.023 646.89乙酸香叶酯17370.021

CP-Wax为极性色谱柱，其固定相为聚乙二醇，应用范围较广，对低沸点的分析物可获得高分离度。两种不同极性色谱柱由于其固定相的不同，对各个化合物的保留效果不同，所以造成了分离效果的不同。由表1、表2可知，色谱柱HP-5MS共分离得到92种香气成分，占总组分的81.4%，其中包括醇类13种（39.5%）、醛类22种（21.1%）、酸类3种（1.7%）、酯类8种（7.0%）、酚类4种（0.9%）、含氮类8种（3.1%）、碳氢类24种（6.0%）以及酮类10种（2.2%）；色谱柱CP-Wax共分离得到99种香气成分，占总组分的78.1%，其中包括醇类21种（38.5%）、醛类19种（16.0%）、酸类4种（2.1%）、酯类11种（7.2%）、酚类8种（1.3%）、含氮类9种（4.5%）、碳氢类20种（6.6%）以及酮类7种（1.9%）。

2.2 主要香气成分分析比较

红茶的主要香气成分[17-18]如芳樟醇氧化物、芳樟醇、二氢芳樟醇、苯乙醇、香叶醇、苯甲醇、苯甲醛、苯乙醛、水杨酸甲酯、β-紫罗兰酮、(E,E)-2,4-庚二烯醛及二氢猕猴桃内酯等，利用HP-5MS与CP-Wax均可分离得到，红茶的主要香气成分在两种色谱柱上均可得到较好的分离。此外，这些成分利用HP-5MS色谱柱检测到的含量均高于CP-Wax色谱柱。因此，若需对其主要香气成分进行分析，选用HP-5MS色谱柱效果较好。

2.3 不同种类香气成分的分析比较

由于极性较强的物质在极性色谱柱中的分离效果较好，因此红茶由色谱柱CP-Wax分离得到的醇类物质多于色谱柱HP-5MS。如正戊醇、顺-2-戊烯-1-醇、正己醇、叶醇、正庚醇、顺-2-己烯-1-醇、正辛醇、壬醇和糠醇等醇类物质只通过色谱柱CP-Wax分离得到。此外，酯类、酚类、含氮类物质以及吡嗪类物质通过色谱柱CP-Wax分离得到的物质种类均多于色谱柱HP-5MS，如2,3-二甲基吡嗪、5-丙基吡嗪、2-(1-甲基乙烯基)-吡嗪、2-乙酰基吡嗪等吡嗪类物质只通过色谱柱CP-Wax分离后检测到。因此，若研究红茶中的酯类、酚类、吡嗪类以及非主要香气成分的醇类物质时，选用色谱柱CP-Wax效果更好。醛类、碳氢类以及酮类物质通过色谱柱HP-5MS分离得到的物质种类多于色谱柱CP-Wax，所以，对红茶中的醛类、碳氢类和酮类物质进行研究时应选择HP-5MS色谱柱进行分离。

除红茶的主要香气成分外，两种不同极性的色谱柱共同检测到的其他香气成分中大部分物质由色谱柱HP-5MS分离后检测到的含量高于CP-Wax，因此，在对红茶中其他香气成分进行分析时，应根据所研究目标物质的不同选择不同的色谱柱。

由表1、表2可以看出，芳樟醇氧化物I、邻甲酚、苯乙醛、β-环柠檬醛，以及正十三烷等物质的含量结果差异较大，这可能是由于色谱柱对于化合物的选择性不同，使得不同色谱柱对不同化合物具有不同的保留效果造成的。

3 结论

本文采用HS-SPME对滇红的香气成分进行富集，分别使用两种不同极性的色谱柱进行色谱分离，GC-MS分析检测，比较了不同极性的色谱柱对滇红香气成分分离效果的差异。结果表明，两种色谱柱对红茶香气成分的分离效果均表现良好。在对红茶香气成分进行分析时，应根据分析目标的不同选择合适的色谱柱。若需对红茶的主要香气成分进行分析，应该选择非极性色谱柱HP-5MS；对酯类、酚类、含氮类和除主要香气成分外的其他醇类物质进行分析时，应选择极性色谱柱CP-Wax。总之，对红茶香气成分进行分析时，应根据所研究目标化合物的不同性质，选择合适的色谱柱。

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A Comparative Study of Different Polarity Chromatographic Column in Analysis of Aroma Components in Black Tea

QIAO Yang, DU Liping*, XIAO Dongguang

Tianjin University of Science and Technology, Tianjin 300457, China

The aroma components in black tea were extracted and analyzed by headspace solid phase micro extraction (HS-SPME) coupled with capillary gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). Two different polarity chromatographic columns were used for the separation of the aroma components in black tea. The result of semi-standard non-polar chromatographic column HP-5MS and standard polar chromatographic column CP-Wax were compared by analysis. The results indicated that the separation effect of two different polarity chromatographic column are satisfactory, and there are some differences between the analysis results. Therefore, in the analysis of different aroma components in black tea, we should select suitable chromatographic columns according to the various analytes.

black tea, HS-SPME, GC-MS, HP-5MS, CP-Wax

TS272.5+2；Q946.8

A

1000-369X（2016）01-038-07

2015-04-24

2015-07-08

教育部“长江学者和创新团队发展计划”（IRT1166）

乔阳，女，硕士研究生，主要从事茶叶检测分析与分离工程研究。*通讯作者：dlp123@tust.edu.cn