顶空固相微萃取-气质联用结合主成分分析法对太平猴魁茶香气成分的研究

杨 停,雷攀登,2,周汉琛,丁 勇,2,崔 朋,程满环,黄建琴,*

(1.安徽省农业科学院茶叶研究所,安徽黄山 245000;2.黄山茶产业技术研究院,安徽黄山 245600;3.黄山学院,安徽黄山 245041)



顶空固相微萃取-气质联用结合主成分分析法对太平猴魁茶香气成分的研究

杨 停1,雷攀登1,2,周汉琛1,丁 勇1,2,崔 朋3,程满环3,黄建琴1,*

(1.安徽省农业科学院茶叶研究所,安徽黄山 245000;2.黄山茶产业技术研究院,安徽黄山 245600;3.黄山学院,安徽黄山 245041)

香气是影响茶叶品质的重要因子之一,太平猴魁茶是历史名茶,其独特的香气受到消费者青睐。本研究利用顶空固相微萃取-气质联用结合主成分分析法对太平猴魁茶的香气成分进行研究。结果表明:从太平猴魁茶样品中共检测到51种挥发性成分,3个不同地域的7个太平猴魁茶样品香气成分在组成及含量上存在一定的差异,但它们的主要香气物质是相似的,主要包括13种醇类物质、8种烯类物质、6种醛类、3种酮类物质、7种酯类物质、4种芳香烃类物质和8种烷烃类物质;采用主成分分析法,鉴定出太平猴魁茶特征香气成分主要有29种,包括7种醇类成分,8种烯类成分,3种醛类成分,5种烷烃类成分,2种酮类成分,3种酯类成分和1种芳香烃类成分。

太平猴魁茶,气相色谱-质谱联用,香气成分,主成分分析

太平猴魁茶产于安徽省黄山市黄山区(原太平县)三合村的猴坑、猴岗、颜家三个自然村落的凤凰山、狮彤山、鸡公山、鸡公尖一带,属于绿茶尖茶类,根据《地理标志产品——太平猴魁茶》国家标准,太平猴魁茶具有“两叶一芽、扁平挺直、魁伟重实、色泽苍绿、兰香高爽、滋味甘醇”的品质特征[1]。太平猴魁茶独特的香气是消费者青睐的重要因子之一,王卿等研究表明太平猴魁茶的香气以醇类和酯类为主[2],雷攀登等应用同时蒸馏萃取结合气相色谱法对不同产地的太平猴魁茶品质成分分析,认为雪松醇、香榧醇、氧化芳樟醇、橙花叔醇、壬醛、庚醛、苯甲酸芳樟酯、新植二烯、β-紫罗酮、叔丁基对甲酚为太平猴魁茶的主要香气成分[3]。

茶叶香气种类众多,前人的研究大多以某些成分相对含量的多少来界定该物质对茶叶整体香气的贡献,而茶叶香气的实质是不同芳香物质以不同浓度组合对人类嗅觉神经综合作用的结果,芳香物质的种类和含量多少影响茶叶香型[4]。在茶叶香气特征的研究中,主成分分析被作为一种常用的分析方法,它可以将大量彼此可能存在相关关系的变量转换成较少的彼此不相关的综合指标[5]。利用主成分分析法分析普洱生茶的主要香气成分为芳樟醇及其氧化物、香叶醇、水杨酸甲酯、α-萜品醇等[6];此外对广东罗坑红茶、湖北伍家台绿茶、板栗香型绿茶等茶叶香气品质的评价均用到了主成分分析法[7-9]。太平猴魁茶是历史名茶,在国际上享有盛誉,其独特的香气滋味深受消费者喜爱,而对太平猴魁茶品质化学的研究还比较少,尤其是在香气方面。因此本研究利用顶空固相微萃取结合气相色谱-质谱法对太平猴魁茶的香气成分进行提取分析,并利用主成分分析法分析影响太平猴魁茶香气成分的主要因子,旨在深入了解太平猴魁茶的香气特征,为太平猴魁茶香气评价方法提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

茶叶 在黄山市黄山区太平猴魁产地收集,共7个样品,均来自于黄山市猴坑茶叶公司,具体样品信息见表1,将样品用粉碎机磨碎过筛,放-4 ℃冰箱备用;C10～C20正构烷烃 百灵威科技有限公司;芳樟醇(浓度≥98%)标准品、香叶醇(浓度≥99%)标准品 上海阿拉丁试剂股份有限公司。

50/30μm CAR/DVB/PDMS萃取头(二乙烯基苯/碳分子筛/聚二甲基硅氧烷)、萃取手柄 美国色谱科公司;Agilent 7890-5975气相色谱质谱联用仪、DB-5MS石英毛细管柱(30 m×250 μm×0.25 μm) 美国安捷伦公司。

表1 茶叶样品信息Table 1 Information of tea samples

1.2 实验方法

1.2.1 茶叶香气成分萃取 称取3.0 g茶样放于250 mL萃取瓶中,加入15 mL沸水,立即将瓶口密封,然后将萃取头(50/30 μm CAR/DVB/PDMS)插入萃取瓶中,在60 ℃水浴温度下萃取60 min,萃取结束后将萃取头插入气相色谱进样口解吸附3 min,每个样品重复三次。

1.2.2 GC-MS分析条件 气相色谱仪进样口温度为250 ℃,不分流进样,载气为高纯氦气,纯度为99.99%;柱温程序为40 ℃保持2 min,随后以5 ℃/min升到85 ℃,保持2 min;再以2 ℃/min升到110 ℃,再以7 ℃/min升到139 ℃,最后以5 ℃/min升到230 ℃,保持8 min,总的分析时间为56 min;质谱接口温度为250 ℃,EI源温度为230 ℃,电子能量70 Ev,质量扫描范围:35～400 amu。

1.2.3 定性定量方法 茶叶香气经GC-MS分析,各组分质谱数据输入计算机库进行检索匹配,对基峰、质核比和相对峰度等方面进行分析,同时结合采用Kovats保留指数(Retention index,RI)公式计算各组分的RI值,通过与参考文献数据比对进行定性。采用面积归一化法计算各香气成分的相对百分含量,待测物质的含量=待测物的峰面积/总峰面积。

2 结果与分析

2.1 太平猴魁茶香气组成及含量分析

太平猴魁茶的香气组成及含量如表2和图1所示。从太平猴魁茶样品中总共鉴定出51个挥发性成分,主要包括13种醇类物质、8种烯类物质、6种醛类、3种酮类物质、7种酯类物质、4种芳香烃类物质、8种烷烃类物质、1种醌类物质和1种酚类物质。7个太平猴魁茶样品的香气成分在组成及含量上存在一定的差异,但它们的主要香气物质是相似的。

图1 太平猴魁茶样品香气成分种类及其相对含量Fig.1 Aroma components and relative content in Taiping Houkui tea samples

太平猴魁茶香气成分中醇类物质占据重要地位,相对含量介于36.18%～62.81%,主要包括芳樟醇(10.33%～34.19%)、香叶醇(相对含量介于9.06%～17.03%)、2-乙基-1-己醇(相对含量介于1.51%～3.74%)、脱氢芳樟醇(相对含量介于0.79%～3.66%)、顺式芳樟醇氧化物(相对含量介于0.41%～3.90%)和反式芳樟醇氧化物(相对含量介于1.44%～2.34%)。

表2 GC-MS鉴定出的太平猴魁茶的香气成分及相对含量Table 2 Aroma compounds and relative content in Taiping Houkui tea identified by GC-MS

注:ND表明未检出。保留指数数据参考了文献14和15。

从太平猴魁茶样品的挥发性成分中鉴定出8种烯类物质,主要包括月桂烯(相对含量介于2.73%～6.63%)、α-雪松烯(相对含量介于1.44%～9.43%)、δ-杜松烯(相对含量介于0.31%～1.83%)。

从太平猴魁茶样品中鉴定出的醛类物质主要包括壬醛(相对含量介于5.01%～9.25%)和辛醛(相对含量介于0.73%～1.92%)。

太平猴魁茶样品中酯类成分主要有顺-己酸-3-己烯酯(相对含量介于0.82%～5.53%)和水杨酸甲酯(相对含量介于1.12%～3.53%)。

芳香烃类和烷烃类成分主要包括1-甲基萘(相对含量介于0.58%～1.77%)、2-甲基萘(相对含量介于0.45%～1.39%)、十四烷(相对含量介于1.70%～4.35%)、十五烷(相对含量介于1.15%～4.46%)和十六烷(相对含量介于1.23%～2.20%)。

7个太平猴魁茶样中均检测出较高含量的芳樟醇(木香和花香,香气阈值为6 ng/g)[10]、香叶醇(玫瑰花香;阈值为3.2 ng/g)[10]、壬醛(柑橘香、花香,香气阈值为1 ng/g)[11]、β-紫罗酮(紫罗兰香,偏木香;阈值为0.007 mg/L)[12]、月桂烯(淡香脂味;香气阈值为36 μg/L)[13]五种成分,这五种香气成分均表现出花果香并且香气阈值普遍偏低,对构成太平猴魁茶独特香气风格可能具有重要的作用。但影响茶叶香气的因素很多,为了进一步分析太平猴魁茶的主体香气成分,本研究通过统计学分析加以判定和归类。

2.2 太平猴魁茶香气成分主成分分析

利用SPSS 19.0软件对7个太平猴魁茶样品香气成分的相对含量进行主成分分析,得到主成分的特征值和特征向量见表3。由表3可知,第1主成分的贡献率为31.254%,第2主成分的贡献率为22.982%,第3主成分的贡献率为18.535%,第4主成分的贡献率为 14.665%,4个主成分的累计贡献率达到87.436%,综合了太平猴魁茶样品香气的大部分信息。

表3 4个主成分的特征值及其贡献率Table 3 Eigenvalues,contribution and cumulative contribution of 4 principal components

表4所示为4种主成分的载荷矩阵。第一主成分反应的指标主要有桧烯、β-雪松烯、十七烷、法尼烷、庚醛、香叶醇、顺-氧化芳樟醇、2-乙基-1-己醇、月桂烯、辛醛;第二主成分反应的指标主要有α-雪松烯、β-芳樟醇、δ-杜松烯、十五烷、β-紫罗酮、1-甲基萘、顺-β-罗勒烯;第三主成分反应的指标主要有橙花醇、二甲基戊酸甲酯、α-荜澄茄油烯、β-倍半水芹萜烯、水杨酸甲酯、反-氧化芳樟醇、2-甲基十五酸甲酯;第四主成分反应的指标主要有1-辛醇、苯甲醛、十二烷、十三烷、顺-香叶基丙酮。鉴定出太平猴魁茶特征香气成分主要有29种，包括7种醇类成分，8种烯类成分，3种醛类成分，5种烷烃类成分，2种酮类成分，3种酯类成分和1种芳香烃类成分。

图2是7个太平猴魁茶样品的第一主成分和第二主成分的散点图,根据第一主成分和第二主成分散点图可以将7个太平猴魁茶样品分为三类,1号、3号、4号样品为一类,2号样品和5号样品为一类,6号和7号样品为一类。

图2 7个不同产地的太平猴魁样品在第一主成分和第二主成分的分布Fig.2 Scatter diagram of seven Taiping Houkui tea formed by the first and the second significant factors

图3是51种香气成分和7个太平猴魁茶样品以PC1值为横坐标,PC2值为纵坐标作图得来的,样品和香气成分距离越近表示关系越密切。由图3可知,影响样品1、样品3和样品4的香气成分主要有:顺-己酸-3-己烯酯、十四烷、香叶醇、十三烷、呋喃型氧化芳樟醇、水杨酸甲酯;影响样品2和样品5的香气成分主要有:α-雪松烯、δ-杜松烯、十五烷、β-紫罗酮、1-甲基萘、萘;影响样品6和样品7的香气成分主要有:β-芳樟醇、脱氢芳樟醇、癸醛、水杨酸甲酯、辛醛、十二烷、2-乙基-1-己醇、壬醛。

图3 51种香气成分的主成分散点图Fig.3 PCA biplot for 51 identified aroma components

表4 主成分载荷矩阵Table 4 Principle component loading matrix

3 结论

香气成分是茶叶中重要的风味物质,受茶叶品种、产地等因素的影响。本研究应用顶空固相微萃取-气质联用仪测定7个太平猴魁茶样品的挥发性香气成分,并用主成分分析法研究它们的特征香气成分。本研究中,来自不同产地的太平猴魁茶样品中香气成分种类相似,但含量上有所差别。从太平猴魁茶样品中总共鉴定出51种挥发性成分,主要包括13种醇类物质、8种烯类物质、6种醛类、3种酮类物质、7种酯类物质、4种芳香烃类物质、8种烷烃类物质、1种醌类物质和1种酚类物质。用主成分分析法对太平猴魁茶样品进行分析,提取出四个主成分,累计贡献率达到87.436%,综合了太平猴魁茶样品香气的大部分信息。7个太平猴魁茶样品的第一主成分反应的指标主要有桧烯、β-雪松烯、十七烷、法尼烷、庚醛、香叶醇、顺-氧化芳樟醇、2-乙基-1-己醇、月桂烯、辛醛;第二主成分反应的指标主要有α-雪松烯、β-芳樟醇、δ-杜松烯、十五烷、β-紫罗酮、1-甲基萘、顺-β-罗勒烯;第三主成分反应的指标主要有橙花醇、二甲基戊酸甲酯、α-荜澄茄油烯、β-倍半水芹萜烯、水杨酸甲酯、反-氧化芳樟醇、2-甲基十五酸甲酯;第四主成分反应的指标主要有1-辛醇、苯甲醛、十二烷、十三烷、顺-香叶基丙酮。

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Studies on aroma components in Taiping Houkui tea by HS-SPME-GC-MS coupled with principal component analysis

YANG Ting1,LEI Pan-deng1,2,ZHOU Han-chen1,DING Yong1,2,CUI Peng3,CHENG Man-huan3,HUANG Jian-qin1,*

(1.Tea Research Institute,Anhui Academy of Agricultural Sciences,Huangshan 245000,China;2.Huangshan Research Institute of Tea Industry Technology,Huangshan 245600,China;3.Huangshan University,Huangshan 245041,China)

Aroma is a major factor influence tea quality.Taiping Houkui tea is famous world-wide which rest on its unique flavor. Aroma components of Taiping Houkui tea were analyzed using solid phase micro-extraction followed by gas chromatography-mass spectrometry combined with principal component analysis. Results showed that a total of 51 compounds were identified from the tea samples major including 13 kinds of alcohols,6 kinds of aldehydes,8 kinds of alkene,3 kinds of ketones,7 kinds of esters,4 kinds of aromatic hydrocarbons and 8 kinds of alkanes. The varieties of the aromatic constituents behaved similarly in seven commercial Taiping Houkui tea samples,but the contents behaved differently in different regions. Principle component analysis showed that 7 kinds of alcohols,8 kinds of alkene,3 kinds of aldehydes,5 kinds of alkanes,2 kinds of ketones,3 kinds of esters and one kind of aromatic hydrocarbons made a major contribution to Taiping Houkui tea.

Taiping Houkui tea;gas chromatography-mass spectrometer;aroma component;principal component analysis

2016-11-04

杨停(1989-)，女，硕士，研究实习员，研究方向：茶叶加工与品质化学，E-mail:yt08116040@163.com。

*通讯作者:黄建琴(1964-)，女，硕士，研究员，研究方向：茶叶加工与品质化学，E-mail:ahnytea@163.com。

国家现代农业产业技术体系建设专项(CARS-23)；安徽省农业科学院名优茶现代化加工关键技术与设备科技创新团队(12C0803)；安徽省科技攻关计划(1501031100)。

TS272.7

A

1002-0306(2017)10-0049-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.10.001