顶空固相微萃取/气相色谱-质谱联用法分析绿茶和白茶香气物质

王丽丽，张应根，杨军国，宋振硕，陈 键，陈 林

(福建省农业科学院茶叶研究所，福建 福安 355015)

顶空固相微萃取/气相色谱-质谱联用法分析绿茶和白茶香气物质

王丽丽，张应根，杨军国，宋振硕，陈 键，陈 林*

(福建省农业科学院茶叶研究所，福建 福安 355015)

以福云6号鲜叶及所制绿茶和白茶为试验茶样，采用顶空固相微萃取/气相色谱-质谱联用法考察不同萃取头(PDMS/DVB、CAR/PDMS、PDMS)对茶叶香气富集的影响，并选用PDMS/DVB萃取头分析福云6号、福安大白茶和福鼎大毫茶的鲜叶及所制绿茶和白茶中香气物质的组成与含量。结果表明，与CAR/PDMS和PDMS 2种萃取头相比，PDMS/DVB萃取头富集的香气物质数量更多、含量更高、种类更丰富。从9个试验茶样中分离鉴定出共有香气物质11个，其中白茶苯甲醛、芳樟醇、苯乙醇、水杨酸甲酯、反式-β-紫罗酮、二氢猕猴桃内酯、苯甲醇等7个香气物质含量高于其鲜叶和绿茶，而鲜叶和绿茶之间共有香气差异不明显；差异香气物质共有80个，品种间香气数量未有明显差异，而所属化合物种类不尽相同，福云6号茶样以醛类和酮类为主，福安大白茶和福鼎大毫茶以醛类和醇类居多。由此可见，醛类、酮类、醇类和酯类是所制茶样中香气的主体部分，白茶中含量相对较高。

香气物质；顶空固相微萃取法；气相色谱-质谱联用；绿茶；白茶

茶叶香气是决定茶叶品质的重要因素之一，系由多种物质组成的混合物，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[1]。绿茶香气以毫香、嫩香、板栗香、烘炒香为主，白茶则呈现甜香、清香、略带花香的香气特征[2,3]。气相色谱-质谱联用法(GC/MS)分析表明绿茶和白茶在香气组成上存在明显差异，白茶香气成分以醇类化合物为主，含量达到60%以上，酯类含量高于绿茶，而酮类、醛类和碳氢类等含量低于绿茶[3]。采用景谷大白茶品种制成的景谷绿茶比月光白茶多检测出13种香气成分，且在含量上也存在差异，揭示可能与其加工工艺相关[4]，该方面仍需进一步研究。

顶空固相微萃取法(headspace solid phase micro-extraction，HS-SPME)是一种简单、可靠、灵敏度高、重现性好的样品前处理技术，目前已逐步应用于绿茶[5,6]、白茶[3,7]、乌龙茶[8,9]、红茶[1,10]和黑茶[11,12]香气物质的捕集，且整个提取过程中不需要任何有机溶剂，能较真实地反映样品中所含的化学信息。基于上述考虑，本试验以福云6号、福安大白茶和福鼎大毫茶3个茶树品种的鲜叶及所制绿茶和白茶为研究材料，利用HS-SPME与GC-MS相结合的方法，分析PDMS/DVB、CAR/PDMS和PDMS 3种萃取头对茶样香气物质富集数量、含量(峰面积)及所属化合物种类的影响，并进一步比较PDMS/DVB萃取头萃取的9个茶样中共有香气物质与差异香气物质的组成及含量情况，旨在探讨加工工艺对茶叶香气组成的影响，为茶类特征香气组成研究提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 主要仪器与材料

A11 basic分析用研磨机(德国IKA)、PL602-L电子天平(上海梅特勒-托利多)、DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器(巩义予华)、自制固相微萃取装置、手动SPME进样器和3种萃取头[PDMS/DVB(Polydimethylsiloxane/Divinylbenzene，聚二甲基硅氧烷共聚物/二乙烯基苯，涂层厚度65 μm，中等极性)、CAR/PDMS(Carboxen/Polydimethylsiloxane，碳分子筛/聚二甲基硅氧烷共聚物，涂层厚度75 μm，中等极性)、PDMS(Polydimethylsiloxane，聚二甲基硅氧烷共聚物，涂层厚度100 μm，非极性和弱极性)](美国Supelco)、60 mL螺旋口棕色样品瓶和白色开口盖(含本色PTFE/本色硅胶垫，购自福州瑞协)、7890A-5975C气质联用仪(美国Agilent)。

试验茶样为福云6号、福安大白茶和福鼎大毫茶茶树品种一芽二、三叶鲜叶及制成的绿茶和白茶样(共9个茶样)，制作工艺参照文献[13]。

1.2 顶空固相微萃取方法

准确称取磨碎的试验茶样5.00 g，置于棕色样品瓶中，旋紧开口盖，于60℃水浴(由恒温加热磁力搅拌器控制)条件下平衡10 min，同时将装有萃取头的手动进样器插入GC进样口老化10 min，然后将其迅速转移至样品瓶上方顶空萃取30 min，拔出后立即插入GC-MS进样口中热解吸5.0 min，同时启动仪器收集数据。萃取头首次使用前均在GC进样口250℃预老化30 min。

采用PDMS/DVB、CAR/PDMS和PDMS 3种萃取头均按上述方法萃取9个茶样香气，每个样品重复检测3次。

1.3 气相色谱-质谱条件

GC条件：采用HP-5MS弹性石英毛细管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；进样口温度为250℃；载气为高纯氦气，纯度>99.999%；流速1 mL·min-1；柱温起始为50℃，保持1 min，以2℃·min-1升至80℃，保持1 min，再以5℃·min-1升至160℃，保持1 min，再以10℃·min-1升至220℃，保持10 min，运行时间共计50 min；不分流进样。

MS条件：离子源为电子电离源(electron ionization，EI)，离子源温度230℃，四级杆温度150℃，转接口温度250℃，电子倍增器电压350 V，质量扫描范围为40～400 aum，溶剂延迟时间：0.50 min。

1.4 香气物质组成分析

选用RTE积分器积分，其参数栏“输出”选项作如下设置：最小峰面积(U)为最大峰面积的0.5%，且最大峰数(M)为70。GC-MS结果经NIST11.L标准谱库对照进行定性分析，筛选出定性(匹配度)≥80的组分，以总离子流图中的峰面积代表含量，用于比较不同茶样中同一香气物质的含量差异情况。

2 结果与分析

2.1 不同萃取头对茶样香气物质的富集效果

考察了3种萃取头对福云6号鲜叶、绿茶和白茶3个样品香气物质的富集情况，结果显示不同萃取头萃取到的香气物质数量、含量及种类均有明显差异。由表1看出，不同萃取头萃取香气物质数量总体PDMS/DVB萃取头富集量最多、CAR/PDMS萃取头次之、PDMS萃取头最少，这与曾茜等[14]研究结果一致。对萃取出的香气物质按烃、醛、酮等化合物种类进行分类表明，PDMS/DVB萃取头对烃类化合物富集较多，PDMS/DVB和CAR/PDMS萃取头对醛、酮、醇3种化合物的富集数量无明显差异，PDMS萃取头对酯类化合物富集量最高。通过对其总离子流图比较发现，PDMS/DVB和CAR/PDMS萃取头均比PDMS萃取头富集的香气物质峰面积大，且16～38 min范围内PDMS/DVB萃取头富集峰面积最大(图1)。萃取头富集化合物种类差异主要是其涂层材料性质和厚度等不同所致，涂层的极性不同，对不同极性香气的富集差异很大[14]。综合以上结果看出，PDMS/DVB萃取头较CAR/PDMS和PDMS萃取头富集的香气物质数量多、含量高、种类丰富。

2.2 PDMS/DVB萃取头对试验茶样香气物质组成分析

2.2.1 试验茶样共有香气物质 采用PDMS/DVB萃取头萃取福云6号、福安大白茶、福鼎大毫茶3个品种鲜叶及制成的绿茶和白茶的茶样香气，经GC-MS分离鉴定后，筛选出它们共有的香气物质(图2)。结果表明，试验茶样中共有香气物质为11个，推测它们首先是茶树鲜叶本身存在的香气物质，按不同加工工艺分别制成绿茶和白茶后，含量上发生一定变化。制成绿茶后，福云6号和福鼎大毫茶2个品种中除苯甲醛(a)外其余大部分香气含量变化较小，变幅在80%～120%内，而福安大白茶品种中变幅较大的物质有芳樟醇(b)、4-甲基十三烷(i)、十五烷(j)和十六烷(k)，降幅达30%以上。绿茶和鲜叶共有香气成分除烃类物质外含量基本一致，可能的原因是鲜叶样品由热风固样制成，等同于绿茶加工工艺中“杀青”这一关键环节，导致二者共有香气差异不明显。制成白茶后，7个香气物质(a～f、h)在3个品种中含量均高于鲜叶和绿茶，3个烃类(i～k)含量呈下降趋势。白茶中部分香气物质a～e含量比鲜叶和绿茶中增加明显，其中水杨酸甲酯(d)在福安大白茶白茶中的含量是其鲜叶和绿茶的10倍以上，福鼎大毫茶白茶中芳樟醇(b)含量是其鲜叶和绿茶的16倍以上，推测其含量增加系由不同的加工工艺导致。白茶无高温杀青过程，仅需长时间的自然萎凋，在此过程中，由于失水作用，青叶醇、芳樟醇、香叶醇等香气物质从糖苷中游离出来，蛋白质、多糖也开始水解，水解产物提供了香气形成的先质，由此形成了白茶的部分香气。

图1 3种萃取头萃取的福云6号白茶香气总离子流图Fig.1 Total ion chromatography of aroma components of Fuyun 6 white tea extracted by 3 different fibers

表1 3种萃取头萃取的福云6号茶样香气物质种类

注：FY代表福云6号品种，FL、GT、WT分别指鲜叶、绿茶和白茶，下同。

图2 9个试验茶样共有香气物质峰面积Fig.2 Peak area of common aroma components in 9 tea samples注：香气物质编号a～k依次为：a、苯甲醛；b、芳樟醇；c、苯乙醇；d、水杨酸甲酯；e、反式-β-紫罗酮；f、二氢猕猴桃内酯；g、苯甲醇；h、十二烷；i、4-甲基十三烷；j、十五烷；k、十六烷。FA、FD分别代表福安大白茶和福鼎大毫茶品种，下同。

从香气物质所呈现的香型来看，烷烃类无芳香气味，推测它们对茶叶香气品质的贡献率较低，或是通过与其他香气物质的互作效应从而间接促进香气的形成[15]。研究发现，二氢猕猴桃内酯存在于云南景谷大白茶品种制成的绿茶和白茶[4]、红茶[1]以及龙井茶[16,17]中，带有香豆素样香气，并有麝香样气息，以及具苦杏仁味及坚果香的苯甲醛在黄茶[18]、龙井茶和铁观音[17]等中被发现，本试验也表明，二者同时存在于鲜叶、绿茶和白茶中，含量均较高。苯乙醇具有柔和玫瑰花香，水杨酸甲酯和芳樟醇分别具有浓的冬青油香和鲜爽的玫瑰、铃兰、苹果花香，在白茶中含量均明显高于绿茶，推测可作为花香型白茶的主要特征香气成分，对白茶香气品质起重要作用。此外，苯甲醇具甜花香、果香，在3个品种鲜叶、绿茶和白茶中含量均较高，也是茶叶香气的重要组成物质。总体来看，除4个烃类(h～k)外，其他7个共有香气分别属于醇、醛、酮和酯类，它们通常具有清香或花果香，是茶叶香气的主体部分，对茶香贡献很大，并且由于在白茶中含量普遍最高，推测对白茶香气起积极作用。

2.2.2 试验茶样差异香气物质 本试验差异香气物质是指所测9个茶样中不全部具有的香气物质。GC-MS分析鉴定出差异香气物质共80个，其中烃类(45个)数量最多，醛类(11个)、醇类(7个)、酮类(6个)和酯类(6个)次之，其他类(5个)最少。从表2可知，不同品种茶样的差异香气数量约为20～30个，不同茶类中则以白茶中数量最多。醛类、酮类、醇类和酯类化合物均对茶叶香气的呈现有一定贡献度，从它们在鲜叶、绿茶和白茶中的分布情况可以看出，不同品种间差异香气所属化合物种类(除烃类外)上有一定差异，其中福云6号以醛类和酮类为主，福安大白茶和福鼎大毫茶以醛类和醇类居多。总体来看，不同品种间差异香气数量差别较小，但在组成上存在差异，且同一品种制成的白茶比绿茶香气数量多。从香气物质数量、种类和峰面积来看(表2和表3)，9个茶样中差异烃类峰面积达107以上，含量最高；醛类、酮类和醇类峰面积在105～107内，含量较高；酯类和其他类化合物峰面积在105以下，含量较少。差异醛类主要包括(反式,反式)-2,4-庚二烯醛、乙醛、β-环柠檬醛、癸醛等，其中(反式,反式)-2,4-庚二烯醛在福云6号和福安大白茶鲜叶与绿茶中占醛类峰面积的50%以上，在3个品种白茶中占13%～30%；具辛辣味的乙醛存在于3个品种绿茶和白茶中，且白茶中含量高于绿茶，尤其在福云6号和福鼎大毫茶白茶中含量是绿茶的2倍；β-环柠檬醛具凉香、果香和清香，在福云6号和福安大白茶鲜叶、福鼎大毫茶绿茶和3个品种白茶中均有发现，分别占其醛类峰面积的33%、32%、21%、4%、3%和13%，在白茶中峰面积高于其绿茶和白茶。还有部分醛类如庚醛、苯甲醛二甲缩醛、柠檬醛等均仅存在于白茶中。差异酮类物质主要包括3,5-辛二烯-2-酮和α-紫罗酮，二者占酮类峰面积的70%以上。4,5-二甲基-环己烯-1-酮、(R,S)-6-甲基-5-乙基-3E-庚烯-2-酮、反式-6,10-二甲基-5,9-十一碳双烯-2-酮仅在3个品种白茶中出现，推测是由白茶独特的加工工艺所致。α-紫罗酮具有紫罗兰型香气，并持有香脂的花香香韵，是β-胡萝卜素的降解产物，在福鼎大毫茶鲜叶和绿茶中未发现，而在其他茶样中峰面积达到105以上。差异醇类主要有青叶醇、2,6,6-三甲基-6-乙烯基四氢吡喃-3-醇和香叶醇，在茶样中存在较为广泛，此外还有辛烯醇、α-松油醇、橙花醇、橙花叔醇等。其中青叶醇属于低沸点芳香物质，具有强烈的青草气，在福云6号和福鼎大毫茶绿茶中占差异醇类的50%以上。福安大白茶和福鼎大毫茶茶样均含有2,6,6-三甲基-6-乙烯基四氢吡喃-3-醇，在鲜叶和绿茶中占差异醇类的40%～60%，白茶中约占20%。香叶醇具有温和、甜的玫瑰花气息，仅在福鼎大毫茶绿茶中未检出，在其他茶样中占其差异醇类的20%以上。具有令人愉快的玫瑰和橙花香气的橙花醇在3个品种白茶中均检测到，占差异醇类的2%～4%。α-松油醛仅存在于福安大白茶白茶中。由以上结果推测，加工工艺不同导致茶类间上述物质含量的差异，这种差异程度可能大于品种造成的影响。检测到的差异酯类主要是3,7-二甲基-2,6-辛二烯酸甲酯等脂肪族酯类，在绿茶和白茶中的分布情况未呈现明显规律。

表2 9个试验茶样的香气物质

注：峰面积指同类香气物质的加和峰面积，单位：×105Ab*s。“—”表示未做计算。

表3 9个试验茶样部分差异香气物质峰面积

注：“0”表示未检测到该香气物质。

3 结论与讨论

本试验考察了PDMS/DVB、CAR/PDMS和PDMS 3种萃取头对福云6号品种鲜叶及制成的绿茶和白茶样香气富集情况的影响，结果显示，不同萃取头对香气萃取情况存在差异，PDMS/DVB萃取头较CAR/PDMS和PDMS萃取头富集的香气物质数量多、含量高、种类丰富。造成萃取差异的原因是萃取头涂层种类及其厚度、吸附性能等的不同，PDMS/DVB和CAR/PDMS属于多相的多孔聚合物涂层，为中等极性混合型涂层，萃取机理是将待萃取物吸附在涂层表面；PDMS涂层属于非极性的均相聚合物涂层，通过吸收来萃取香气物质，适于非极性和弱极性化合物[19,20]。KOSTER等[21]研究发现，尽管PDMS/DVB萃取头比PDMS萃取头需要更长的平衡时间，使用寿命也短，但是它的萃取量是PDMS的6倍。曾茜等[1]认为CAR/DVB/PDMS萃取头比CAR/PDMS和PDMS萃取头捕集的香气组分数多。考虑到茶叶香气组成复杂，各组分之间极性差异很大，因此可采用不同极性萃取头富集茶叶香气，将其组合归类后可获得较为全面、丰富的香气物质数量及所属化合物种类。

本试验选用的福云6号、福安大白茶和福鼎大毫茶均为适制绿茶和白茶品种，通过对3个品种鲜叶及制成的绿茶和白茶进行GC-MS香气鉴定表明，它们中存在11个共有香气物质，其中芳樟醇、水杨酸甲酯、反式-β-紫罗酮等7个香气物质在白茶中含量高于其鲜叶和绿茶，推测白茶经过长时间的自然萎凋，鲜叶在失水条件下，以糖苷形式存在的结合型香气物质与其水解酶接触，使糖苷类化合物如芳樟醇等含量增加，此外一些大分子物质如脂肪、蛋白质和多糖在萎凋过程中趋于水解，其水解产物为形成各种香气物质提供了先质，从而使水杨酸甲酯、反式-β-紫罗酮、二氢猕猴桃内酯等不断生成。绿茶和鲜叶的共有香气组成差异较小，推测是由于本试验所用鲜叶样采用热风固样时经历了短时高温处理，导致二者差异不明显，因此认为若鲜叶采摘后立即采取冷冻处理可保证其香气物质的真实性，从而便于发现鲜叶与所制绿茶香气上的差异。此外本试验所用绿茶为烘青类，含氮类、糠醛类化合物未检出，而炒青类绿茶在干燥过程中形成了较多的吡嗪、吡咯、糠醛类化合物如2,5-二甲基吡嗪、5-甲基糠醛等，使茶叶有栗香、熟香、烘烤香味[22]，这也可能是造成本试验鲜叶和绿茶香气差异不明显的原因之一。对差异香气物质分析表明，不同品种间差异香气数量差别较小，但在所属化合物种类上存在差异，且同一品种制成的白茶比绿茶差异香气数量多。由于含量最高的烃类物质对香气贡献不大，因此含量较高的差异醛、酮和醇类是影响香气差异的主要来源，并且加工工艺对差异香气物质组成的影响可能大于品种造成的影响。

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Analysis of Aroma Components in Green and White Teas Using Headspace Solid Phase Microextraction Coupled with Gas Chromatography-Mass Spectrometry

WANG Li-li, ZHANG Ying-gen, YANG Jun-guo, SONG Zhen-shuo, CHEN Jian, CHEN Lin*
(TeaResearchInstitute,FujianAcademyofAgriculturalSciences,Fu’an,Fujian355015,China)

Different fibers (PDMS/DVB, CAR/PDMS, PDMS) on the aromatic enrichment of the fresh tea leaves of Fuyun 6 and the processed green and white teas were compared by using headspace solid phase microextraction (HS-SPME) coupled with gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). And employing PDMS/DVB fiber, the aroma components in the fresh tea leaves of Fuyun 6, Fu’an Dabaicha and Fuding Dahaocha, as well as the processed green and white teas from them were measured by HS-SPME/GC-MS. The results showed that PDMS/DVB fiber extracted more of the components in quantity, type, as well as, content than CAR/PDMS fiber or PDMS fiber did. Using PDMS/DVB fiber, 11 common tea aroma components were identified. Among them, benzaldehyde, (Z)-3,7-dimethyl-2,6-octadien-1-ol, phenylethyl alcohol, methyl salicylate, trans-beta-ionone, 5,6,7,7a-tetrahydro-4,4,7a-trimethyl-2(4H)-benzofuranone, and benzyl alcohol in the processed white tea were higher than the fresh leaves or the green tea, while no significant differences between the fresh leaves and the green tea. There were 80 distinctively diverse aroma components in the samples detected. However, no significant variances in their quantities among the tea samples were found. Aldehydes and ketones existed mainly in Fuyun 6, while aldehydes and alcohols in Fu’an Dabaicha and Fuding Dahaocha. Over all, aldehydes, ketones, alcohols and esters were the major chemicals associated with the aroma of the teas, and the white tea seemed to have relatively higher contents of them.

aroma components; HS-SPME; GC-MS; green tea; white tea

2017-01-06初稿；2017-02-24修改稿

福建省属公益类科研院所专项(2015R1012-3)；福建省自然科学基金项目(2017J01042)；福建省科技重大专项专题(2017NZ0002-1)。

王丽丽(1985-)，女，硕士，助理研究员，主要从事茶叶生物化学及天然产物分析研究。E-mail:875720551@qq.com

*通讯作者：陈林(1975-)，男，博士，副研究员，主要从事茶叶加工、茶叶生物化学与综合利用。E-mail:82785676@qq.com

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2096-0220(2017)01-0001-07

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文章编号：

2096-0220(2017)01-0001-07