普洱茶粉挥发性成分全二维气相色谱/飞行时间质谱研究

刘顺航，徐咏全，李长文，何忠荣，王 超

（云南天士力帝泊洱生物茶集团有限公司，云南 普洱 665000）

普洱茶粉挥发性成分全二维气相色谱/飞行时间质谱研究

刘顺航，徐咏全，李长文，何忠荣，王 超*

（云南天士力帝泊洱生物茶集团有限公司，云南 普洱 665000）

以非极性柱Rxi-5SilMS为第一维柱，中等极性柱Rtx-200为第二维柱，对普洱茶粉的挥发性成分进行全二维气相色谱-飞行时间质谱分析。结合飞行时间质谱普检索图库与全二维特有结构信息谱图，鉴定出相似度大于800、含量≥0.1%的物质90种，占总峰面积的66.306%。研究结果表明，全二维气相色谱-飞行时间质谱联用系统的高分离度、高峰容量和高灵敏度，以及全二维分离特有的结构谱图特征，非常适合于普洱茶粉中复杂挥发性组分的研究。

普洱茶粉；全二维气相色谱-飞行时间质谱（GC×GC-TOFMS）；挥发性组分

以云南特有的大叶茶［camellia sinensis （Linn.） assamica （Masters） Kitamura］ 晒青毛茶为原料，经特殊的后发酵工艺生产而成的普洱茶，因其独特的香气特征和保健功效，近年来备受国内外消费者的关注［1］。其中普洱茶特有香气是消费者追求的主要品质特征之一，也是目前市场上决定普洱茶价格的重要因子，历来受到研究者的重视［2-4］。普洱茶珍，一种为迎合大众健康快节奏生活方式应运而生的速溶普洱茶产品，是经浸提、浓缩、喷粉或冷冻干燥制成的普洱茶速溶茶。目前，气相色谱（GC）和气相色谱-质谱联用（GC/MS）是普洱茶挥发性成分的主要分析手段，但由于普洱茶挥发性组分复杂，且含量不均一，常规GC与GC/MS的分离能力有限，导致峰重叠严重，低含量组分定性分析不准确，很难得到满意的分析结果。

多维色谱可以提高系统的分辨率和灵敏度，与质谱联用可对组分进行准确的定性分析，是复杂体系分离分析的有效方法。全二维气 相 色 谱（comprehensive two-dimensional gas chromatography，GC×GC）技术是20世纪九十年代发展起来的多维色谱技术，但它不同于通常的二维色谱（GC+GC），它是用一个调制解调器把分离机理不同而又相互独立的两根色谱柱（如非极性柱和极性柱或手性柱）以串连方式结合在一起，调制解调器起捕集、聚焦、再传送的作用，从第一根色谱柱分离出来的每一个馏分，均先进入调制器聚焦后，再以脉冲方式送到第二根色谱柱作进一步分离。与传统的一维GC相比，GC×GC具有分辨率高、峰容量大、灵敏度好、分析时间短、定性更有规律可循和信息量大等特点，与飞行时间质谱（Time-of-Flight Mass Spectrometry， TOFMS）联用，可以解决复杂基质的分离和结构鉴定［5-6］。目前，已有多篇文献报道了GC×GC-TOFMS在茶叶［7］、白酒［8］、香精香料［9］、中药挥发油［5］等方面的应用，且取得了满意的分析结果。

本实验采用顶空固相微萃取（HS-SPME）和GC×GC-TOFMS对帝泊洱普洱茶粉挥发性成分进行较为全面的剖析。

1　材料与方法

1.1材料与试剂

普洱茶粉（2014年产）云南某生物茶集团有限公司；氯化钾（分析纯） 天津市化学试剂一厂。

1.2仪器与设备

固相微萃取（SPME）装置（美国 Supelco公司）；75 μm Carboxen-PDMS固相微萃取萃取头（美国Supelco公司）；全二维气相色谱/飞行时间质谱系统（GC×GC-TOFMS）由Agilent 7890B气相色谱仪和双阶四喷口热调制器以及Pegasus 4D 飞行时间质谱（美国 Leco 公司）组成；数据处理系统为ChromeTOF软件4.50（美国LECO公司）；IT-09A型恒温磁力搅拌器（上海一恒科学仪器有限公司）；YP1200型电子天平（上海精科电子有限公司）。

1.3方法

1.3.1HS-SPME 萃取条件

取普洱茶粉4.0 g置于100 mL顶空瓶中，放入转子，加入3.6 g KCl，冲入煮沸的蒸馏水12 mL，立即密封顶空瓶。将样品瓶置于加热的磁力搅拌器上，70℃水浴、400 rpm条件下平衡15 min，将手动SPME装置直接插入样品瓶中，推出萃取头，吸附60 min，然后将手动SPME装置插入气相色谱（GC）进样口，250℃解吸附4 min，同时启动仪器收集数据。

1.3.2GC×GC条件

GC×GC条件见表1.

表1 全二维色谱条件Table1　Experiment condition of GC×GC

1.3.3飞行时间质谱条件

飞行时间质谱（TOFMS）工作参数：质谱检测器Pegasus 4D飞行时间质谱仪，电子轰击电离源的电压为70 eV，检测器电压为1450 V，传输线的温度为250℃，离子源温度为220℃，采集质量数范围为35～400 amu，采集频率为100张谱图/s，由Pegasus 4D工作站进行控制。

1.3.4定性定量分析

GC×GC-TOFMS数据处理采用LECO公司的ChromaTOF 4.50工作站软件，自动识别信噪比大于100的色谱峰，根据峰面积归一化法计算相对含量。

2　结果与讨论

2.1普洱茶粉挥发性成分定性分析

采用GC×GC分离方法，对HS-SPME富集的普洱茶粉挥发性成分进行分析，获得普洱茶粉样品挥发性成分的GC×GC二维轮廓图（图1）。GC×GC数据经LECO公司的ChromaTOF软件（带有自动峰查找和谱图解卷积）进行处理，自动识别信号噪音比大于100的峰，再利用NIST 08标准谱图库和Wiley 7标准谱图库对各色谱峰进行自动检索，检索结果自动生成“峰表”。检索结果经人工核对，并结合文献报道，最后鉴定出相似度大于800，含量≥0.1%的物质90种，占到总峰面积的66.306%。从表2中可知，普洱茶粉挥发性成分中醇类18种、烃类31种、醛类8种、酮类16种、酯类4种、甲氧基苯类4种、呋喃类2种、含氮类3种、酚类1种、酸类3种。

其中醇类和烃类的相对含量较高，分别是20.220%和16.276%；其次为含氮类（8.262%）、醛类（6.389%）、酯类（5.328%）、酮类（5.038%）和甲氧基苯类化合物（3.116%）；酸类（1.150%）、酚类（0.137%）和呋喃类（0.390%）相对含量较低。与报道研究结果相比（27.01%～39.7%）［10］，甲氧基苯类化合物的相对含量明显较低，因为茶粉生产需经高温提取、浓缩和喷粉干燥，从而导致茶叶部分香气损失。

在所有挥发性成分中，相对含量较高（＞1.0%）的成分有：咖啡因（7.180%）、α-松油醇（5.116%）、二氢猕猴桃内酯（4.495%）、顺-香叶醇（3.282%）、苯乙醛（2.546%）、橙花叔醇（2.303%）、异植醇（1.619%）、（E）-β-金合欢烯（1.527%）、1，2，4-三甲氧基苯（1.469%）、脱氢-β-紫罗兰酮（1.455%）、藏红花醛（1.402%）、脱氢芳樟醇（1.366%）、植醇（1.363%）、2，6，10-三甲基十五烷（1.320%）、2，6，10，14-四甲基十六烷（1.244%）、柠檬烯（1.243%）、芳樟醇氧化物Ⅰ（1.184%）、3-甲基-十五烷（1.164%）、萘（1.074%）、1，2，3-三甲氧基苯（1.048%）。

图1 普洱茶粉挥发性成分GC×GC/TOFMS分离图谱Fig 1.　The GC×GC/TOFMS separation plots of total ion current （TIC） of the volatiles of instant pu-erh tea sample

表2 普洱茶粉挥发性成分GC×GC-TOFMS的鉴定结果Table 2　Identification of volatile constituents in instant pu-erh tea by GC×GC-TOFMS

续表

普洱茶粉具有独特的陈香、木香和花香，这与其中的挥发性成分有很大的关系，如1，2，3-三甲氧基苯、1，2，4-三甲氧基苯、1，2，3-三甲氧基-5-甲基苯、1，2，3，4-四甲氧基苯，脱氢芳樟醇等具有陈香气味的化合物，赋予了普洱茶粉陈香风味；α-紫罗兰酮、2，6-二甲氧基苯酚等化合物赋予了普洱茶粉木香。

3 结论

由于普洱茶粉挥发性成分组成复杂，含量不均匀，基体复杂，种类繁多，而且大部分物质均为痕量组分，检测十分困难；目前为止，还没有普洱茶及相关深加工产品挥发性组分组成结构的详细名单或相关数据库。常规的GC与GC/MS方法由于分离能力不足，导致峰重叠严重，低含量组分定性、定量不准确。GC×GC/ TOFMS具有高灵敏度、高分辨率和高峰容量等优点，在普洱茶粉微量成分分析及产品香气品质控制方面有很大的优势。

［1］吕海鹏，钟秋生，王力，等. 普洱茶加工过程中香气成分的变化规律研究［J］. 茶叶科学，2009，29（2）：95-101.

［2］张文彦，朱春华，周红杰，等. 普洱生茶在贮藏过程中香气成分的变化［J］.食品科学，2010，31（12）：153-155.

［3］罗发美，詹家芬，罗正刚，等. SPME-GC-MS分析普洱茶的挥发性成分［J］.林产化学与工业，2010，30 （5）：95-98.

［4］陈婷，卓婧，郭钢军，等.普洱茶香气成分的提取及其微胶囊化技术研究［J］.云南大学学报，2008，6 （23）：811-817.

［5］吴建芳，路鑫，许国旺，等.全二维气相色谱/飞行时间质谱用于连翘挥发油的研究［J］.中国天然药物，2003（3）：150-153.

［6］郑晓云，熊晓敏，万敏，等.薄荷卷烟中香味成分的全二维气相色谱/飞行时间质谱分析［J］.化学研究，2010，21 （5）：76-81.

［7］朱荫，杨停，施江，等.西湖龙井茶香气成分的全二维气相色谱-飞行时间质谱分析［J］.中国农业科学，2015，48（20）：4120-4146.

［8］季克良，郭坤亮，朱书奎，等.全二维气相色谱/飞行时间质谱用于白酒微量成分的分析［J］.酿酒科技，2007（3）：100-102.

［9］朱书奎，路鑫，许国旺，等.全二维气相色谱/飞行时间质谱用于烟用香精化学组分的分析［J］.分析化学研究报告，2006，34 （2）：191-195.

［10］Du L. P， Li J. X， Li W， et al. Characterization of volatile compounds of pu-erh tea using solid-phase microextraction and simultaneous distillation-extraction coupled with gas chromatography-mass spectrometry. Food Res Int， 2014（57）：61-70.

Analysis of Volatile components in Instant Puerh Tea by Comprehensive Two-Dimensional Gas Chromatography/Time-of-Flight Mass Spectrometry

LIU Shun-hang，XU Yong-quan，LI Chang-wen，HE Zhong-rong，WANG Chao*
（Yunnan TaslyDeepure Biological Tea Group Co.， Ltd， Pu'er 665000， China）

A method was established to determine volatile components in instant pu-erh tea using comprehensive two-dimensional gas chromatography （GC×GC） coupled with time-of-flight mass spectrometry （TOFMS）. A non-polar column Rxi-5SilMS（30 m×0.25 mm×0.25 μm）and a middle-polar column Rtx-200 （2 m×0.15 mm×0.15 μm） were used as frst and second dimensional columns， respectively. By TOFMS spectral library searching and comparison with unique comprehensive two-dimensional profles with structural information， 90 volatile components （relative content≥ 0.1%）with similarity of more than 800 were identifed in this study， accounted for 66.306% of the total peak area. The results showed that GC×GC-TOFMS method is suitable for separation and identifcation of the complex volatile compounds in instant pu-erh tea.

Instant pu-erh tea，Comprehensive two dimensional gas chromatography-time of fight mass spectrometry （GC×GC-TOFMS），Volatile compounds

S571.1，TS272.7

A

1009-525X（2016）03-13-18

2016-05-20

2016-07-19

刘顺航（1976-），男，福建仙游人，高级工程师，主要从事普洱茶提取和安全控制方面的研究。

王超，wangchao2809@126.com