HS-SPME-GC-MS结合智鼻对不同产地苦荞茶香气成分分析与鉴别

许青莲，郭训练，蒋子敬，冯德铨，喻鹤，邢亚阁,车振明，张萍

1(西华大学 食品与生物工程学院,食品生物技术重点实验室，四川 成都，610039) 2 (四川环太生物科技有限责任公司，四川 成都，610225)

HS-SPME-GC-MS结合智鼻对不同产地苦荞茶香气成分分析与鉴别

许青莲1*，郭训练1，蒋子敬1，冯德铨1，喻鹤1，邢亚阁1,车振明1，张萍2

1(西华大学 食品与生物工程学院,食品生物技术重点实验室，四川 成都，610039) 2 (四川环太生物科技有限责任公司，四川 成都，610225)

采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术和电子鼻对云南、贵州、四川、山西和内蒙等五产地苦荞茶的茶汤和茶底样品进行鉴别分析。电子鼻分析所得的主成分分析结果表明，贵州，山西和内蒙的茶汤区分不明显，茶底区分明显。香气成分分析表明，五产地苦荞中共检出香气成分91种，共有成分14种。其中，贵州苦荞茶香气成分中醛类、碳氢化合物和含氮化合物的种类最多，相对含量最高；其他四产地苦荞茶香气成分中酯类、醛类化合物的种类和相对含量较贵州苦荞茶偏多和偏高。苦荞茶香型及香气成分的差异与产地密不可分。

电子鼻；顶空固相微萃取；气相色谱-质谱联用；苦荞茶

苦荞麦(Fagopyrum tataricum)为蓼科荞麦属植物，除了含有其他谷类所不具有的黄酮类成分外，还含有甾体类、酚类、活性蛋白、矿质元素等物质[1-2]，是我国药食同源文化的典型体现[3]。作为苦荞衍生产品的苦荞茶，以其便捷时尚、营养保健成为当下苦荞产品开发的主要方向之一。在苦荞茶行业不断发展壮大的过程中，因缺乏统一的行业标准，不同的商家根据现有的加工技术和原料进行苦荞茶生产，所得的苦荞茶产品形式多样、品质各异，质量参差不齐。苦荞挥发性物质是评价苦荞及其产品的品质的重要指标之一，目前国内外有关对苦荞及其产品中挥发性物质分析的研究已有大量报道[4-6]，多采用气相色谱-质谱联用(gas chromatography-mass spectrometry ，GC-MS)检测仪器对苦荞麦的香气成分进行分析和鉴定。

电子鼻作为20世纪90年代发展起来的新型气味扫描仪，目前已广泛应用于食品[7]、饮料[8]、化妆品[9]、环境检测[10]以及农产品加工过程控制等领域。近年来，国内外关于电子鼻在茶叶上的应用研究，主要集中在对不同红茶、绿茶[11-12]等品质区分预测以及红茶发酵过程中品质的检测控制上[13]，有关电子鼻技术在苦荞茶品质检测上的应用只有曹静[14]做了相关研究。本研究以智鼻和HS-SPME-GC-MS相结合的手段分别从宏观和微观方面对不同产地的黑苦荞茶进行检测分析，通过对其香气成分的对比研究，找出其中的差异所在，以期为苦荞茶新品研发、质量控制及产地鉴别提供技术支持。

1 材料与方法

1.1材料与试剂

苦荞茶样品来源见表1，生产日期均为2016年2月，检测之前放于4 ℃条件下存放。

1.2仪器与设备

PEN3电子鼻，德国Airsense公司；万能高速粉碎机，深圳尼嘉商贸有限公司；GCMS-QP2010plus，日本岛津公司；固相微萃取装置及65 μm PDMS/DVB固相微萃取头，美国Supelco公司；MP-501A超级恒温循环槽，上海一恒科学仪器有限公司。

1.3试验方法

1.3.1 茶汤和茶底的制备

用电子鼻分别测试苦荞茶干品、茶汤、茶底的响应值， 决定用茶汤和茶底进行正式的实验，并确定了样品最佳预处理条件，茶、水比1∶50，每个样品精确称量3 g，置于250 mL烧杯中，加入100 ℃沸水150 mL冲泡10 min，将茶水转移至另外一支250 mL烧杯中，茶汤茶底分别用双层保鲜膜密封放置45 min，电子鼻顶空测量，各样品做30个重复，室温22 ℃。

1.3.2 干茶粉的制备

表1 不同产地样品情况说明

称取样品适量，置于60 ℃恒温鼓风干燥箱中干燥1 h，用高速粉碎机打成干粉，精确称取1 g苦荞干粉进行HS-SPME-GC-MS分析用。

1.3.3 仪器测试条件

电子鼻测试条件：传感器清洗时间 80 s；进样准备时间 5 s；样品采集时间 120 s；进样流量 600 mL/min；操作环境温度 22 ℃。

固相微萃取：取样品1.0 g，置于15 mL固相微萃取采样瓶中，于60 ℃恒温水浴槽中加热，平衡30 min后插入萃取头吸附60 min，快速移出萃取头并立即插入设置好条件的GC-MS气相层析的注射口(210 ℃)，热解析3 min。

用二氧化碳激光治疗粘液腺囊肿有以下优点:首先适应症广，囊肿与粘膜粘连或不粘连者均可采用；其次，二氧化碳激光光斑集中，辐射能量大，使囊肿壁的腺体组织迅速凝固、气化，激光的热效应可随光纤的移动迅速而无过高热积累，对邻近组织损伤极小；第三，由于激光热效应对组织细胞快速凝固、气化、碳化作用，术中无出血、无痛苦，既不需要缝合创面，又免于拆线的不适。最后，由于二氧化碳激光的热效应具有消毒杀菌的作用，术后无需用药也无感染，是目前治疗本病的可取方法之一。

GC-MS分析条件[15]：

色谱条件：色谱柱： DB-5石英毛细管色谱柱(30 m×0.25 mm，0.25 μm)；升温程序：40 ℃保持3 min，以5 ℃/min的速率升至150 ℃，保持2 min，以10 ℃/min的速率升至210 ℃，保持2 min；载气(He)流速1.78 mL/min，压力100kPa，进样量1 μL；不分流。

质谱条件：电子轰击离子源；电子能量70 eV；离子源温度210 ℃；接口温度为230 ℃。

保留指数的测定[16]：取正构烷烃混合标准品，按上述条件进行GC-MS分析(进样量1μL)，记录每个正构烷烃标准品出峰的保留时间，保留指数的线性升温公式为：

(1)

式中：tx、tn和tn+1分别为被分析成分和碳原子数处于n和n+1 之间的正构烷烃(tn

2 结果与讨论

2.1基于电子鼻的主成分分析

电子鼻检测Loading分析结果如图1所示，茶汤样品中传感器S2、S8、S6在贡献率最大的第一主成分、第二主成分上所占比重较大；而茶底样品中传感器S2在贡献率最大的第一主成分所占比重最大，S7在第二主成分上所占比重较大，说明苦荞茶在冲泡过程中部分水溶性物质被溶出，从而引起茶汤与茶底风味物质组分发生变化。

A：茶汤；B：茶底图1 不同产地苦荞茶Loading分析Fig.1 Loadings analysis of buckwheat tea from different producing areas

A：茶汤；B：茶底图2 不同产地苦荞茶主成分分析Fig.2 Analysis of principal components of buckwheat tea from different producing areas

2.2GC-MS结果分析

2.2.1 五个产地黑苦荞茶香气成分分析

按照1.3.3中分析条件，对5个产地黑苦荞茶中香气成分进行分析，结果如表2：共鉴定出香气成分91种，共有香气成分14种。鉴定出的香气成分按其属性分为酯类、醇类、醛类、酮类、碳氢化合物、含氮化合物几个大类。

2.2.2 不同产地黑苦荞茶各类香气成分的对比及差异分析

2.2.2.1 酯类化合物

酯类化合物除了在贵州产苦荞中种类及相对含量较低外，在其他几个产地的化合物数量及相对含量都较高，且一些酯类成分如：微带酒香味的乙酸乙酯、具有凤梨香气的己酸丙烯酯、具有强烈的香蕉和洋梨芳香味的丁酸异戊脂、具有强烈果香和酒香香气的己酸乙酯、有浓郁茉莉花香气的乙酸苄酯和有甜润的菠萝样水果香气的菠萝酯是其他4产地黑苦荞茶中共有的香气成分，这些化合物的含量在几种黑苦荞茶中有一定差异，但不是很大，其中以乙酸乙酯、己酸丙烯酯含量较高。在山西苦荞中检出有醚样气味的甲二醇乙醚乙酸酯，相对含量为5.69%；在四川苦荞中检出具有成熟水果香味的乙酸异丁酯，含量为4.37%；在四川及内蒙苦荞中检出有强烈甜果香的丁酸乙酯和有香蕉味的乙酸异戊脂；在内蒙和云南苦荞中检出辛酸乙酯和带豆香味的己酸己酯， 但含量都不高；在贵州苦荞中仅检出乙酸乙酯、2-甲基丁酸己酯，但相对含量都不高。综合以上结果，可以看出酯类化合物对四川、山西、内蒙、云南几个产地苦荞茶香气有着重要贡献，也是贵州苦荞茶与其他产地苦荞茶的主要差异所在。

表2 五个产地黑苦荞茶香气成分分析

续表2

编号保留指数(RI)化合物名称鉴别方法相对含量/%四川山西内蒙云南贵州248241，3⁃丁二醇RI，MS----02125860正己醇RI，MS-055--10626885糠醇RI，MS----293279952⁃乙基己醇RI，MS0961091110114281036苯甲醇RI，MS--099--291059辛醇RI，MS----027301066四氢薰衣草醇RI，MS----0193110842⁃苯基⁃2⁃丙醇RI，MS009013---3211023⁃环戊基⁃1⁃丙醇RI，MS-216---331136β⁃苯乙醇RI，MS119193063164-341161(S)⁃3，7⁃二甲基⁃7⁃辛烯⁃1⁃醇RI，MS----009351164(+/⁃)⁃薄荷醇RI，MS----016361357十一醇RI，MS02021---371564反式⁃2⁃癸烯醇RI，MS----04381891(±)⁃1，2⁃二苯基乙二醇RI，MS012----醛类39543异丁醛RI，MS--004-16640707正戊醛RI，MS---044-41806己醛RI，MS-248-3962942814反式⁃2⁃己烯醛RI，MS442-385318-43831糠醛RI，MS19627213913649644905庚醛RI，MS06207308808613445982安息香醛RI，MS613528519523279461081苯乙醛RI，MS-009022003049471104壬醛RI，MS56362970966807481112反式⁃2⁃壬烯醛RI，MS039053012035046491204癸醛RI，MS154179227222203501402十二醛RI，MS067075105095-511502三癸醛RI，MS---028-52170115烷醛RI，MS00901-01-萜烯类53786环庚三烯RI，MS----098548881，3，5，7⁃环辛四烯RI，MS071093153108153551018右旋萜二烯RI，MS111062351471155613041⁃十三烯RI，MS--021--571386别香橙烯RI，MS----065581458(E，E)⁃3，7，11⁃三甲基⁃1，3，6，10⁃十二四烯RI，MS----029烃类59419丁烷RI，MS----38160469氧杂环丁烷RI，MS022----617673，3，4⁃三甲基己烷RI，MS006--019-627883，4⁃二甲基庚烷RI，MS-005---638211⁃乙基⁃2⁃甲基环戊烷RI，MS--017028-648463⁃甲基⁃3⁃羟甲基氧杂环丁烷RI，MS----02365903(1r，3r)1，2，3⁃三甲基环己烷RI，MS---019-669314，4⁃二甲基辛烷RI，MS----021679863，7⁃二甲基壬烷RI，MS--03--6810863，7⁃二甲基癸烷RI，MS----026911855⁃(2⁃甲基丙基)壬烷RI，MS---052-701214十二烷RI，MS054062117105-7113202、6、10⁃三甲基十二烷RI，MS-014--034721413十四烷RI，MS-12125118-

续表2

编号保留指数(RI)化合物名称鉴别方法相对含量/%四川山西内蒙云南贵州7318522、6、10、15⁃四甲基十七烷RI，MS--014073-酮类74698羟丙酮RI，MS-42---757173⁃羟基⁃2⁃丁酮RI，MS-074---768532⁃庚酮RI，MS----03778886⁃甲基⁃2⁃庚酮RI，MS---009-789386⁃甲基⁃5⁃庚烯⁃2⁃酮RI，MS062059055066145791029苯乙酮RI，MS061063017--8010522⁃壬酮RI，MS----0048114206，10⁃二甲基⁃5，9⁃十一双烯⁃2⁃酮RI，MS-0210302053其他82668嘧啶RI，MS027081---83710吡咯RI，MS-138--124847812⁃甲基吡嗪RI，MS265381119182756857993⁃甲基吡咯RI，MS----224868942，5⁃二甲基吡嗪RI，MS38389233481336879942⁃乙基⁃3⁃甲基吡嗪RI，MS----10488810402⁃正戊基呋喃RI，MS060560410590898811073⁃乙基2，5⁃二甲基吡嗪RI，MS----2248912191，2⁃二乙酰基肼RI，MS--011--901220吡嗪RI，MS----0119116682，6⁃二叔丁基对甲基苯酚RI，MS-106059077-

注：“-”表示未检出。

2.2.2.2 醇类化合物

醇类化合物通常带有特殊的花香和果香，论其种类在贵州苦荞中数量最多，相对含量在四川苦荞中最高，为13.74%。值得注意的是在四川苦荞和山西苦荞中检出了乙醇，且相对含量分别高达9.74%、2.08%。在几个产地苦荞中共同检出了2-乙基己醇，相对含量差异不大。除贵州苦荞外，在其他苦荞茶中检出来具有玫瑰花香的β-苯乙醇。在内蒙和云南苦荞中检出了有微弱酒味的正丁醇；在四川苦荞中检出了2-异丙氧基乙醇；在山西苦荞中检出了3-环戊基-1-丙醇；在内蒙苦荞中检出了有芳香味的苯甲醇；在贵州苦荞中检出了带苦味的糠醇。各类独有的化合物虽然相对含量不高，但也许对各产地苦荞茶的香气差异起到了不可忽略的作用。

2.2.2.3 醛类化合物

醛类化合物在各产地苦荞茶中种类和相对含量都较高，平均含量为22%，主要是具有苦杏仁味的糠醛和安息香醛、具玫瑰和柑橘样香气的壬醛、具柑橘味的癸醛，还有庚醛和反式-2-壬烯醛。具清香、果香味的反式-2-己烯醛在四川、内蒙、云南黑苦荞茶中存在且含量较高，分别为4.42%、3.85%、3.18%；具有刺激性气味的己醛在山西、云南、贵州黑苦荞有检出，含量分别为2.48%、3.96%、2.9%；异丁醛仅在内蒙和贵州黑苦荞中有且含量分别为0.04%、1.66%；有浓郁玉簪花香气的苯乙醛除了四川苦荞中未检出，在其他产地苦荞茶都存在但含量不高；十二醛在四川、山西、内蒙、云南苦荞茶中有检出，含量都不高。

2.2.2.4 酮类化合物

酮类化合物通常带有花果香味，但在各产地茶叶中种类和含量均较低，在各产地苦荞中同时检出的仅有带柠檬香气的6-甲基5-庚烯-2-酮，但含量都不高。另外，在山西苦荞中检出了羟丙酮，含量达4.2%，而此化合物并无特殊果香味，主要用于有机合成中间体。所以酮类化合物对各产地苦荞茶香无多大贡献。

2.2.2.5 碳氢化合物

碳氢化合物主要包含烷烃类和烯类，其种类在内蒙、云南、贵州苦荞中较高，其含量在贵州苦荞中含量相对最高，为9.39%。其中饱和烃对茶叶香气贡献不大，不饱和烃则起着重要作用。在贵州苦荞中检出丁烷，含量为3.81%，丁烷属于饱和烃类，所以对贵州苦荞香气贡献不大。在各产地苦荞中共同检出了有柠檬味的右旋萜二烯和1,3,5,7-环辛四烯，不过相对含量均不高。

2.2.2.6 含氮化合物

由于苦荞粉在固相微萃取加热时会产生一些含氮、含氧的杂环化合物，如吡咯、呋喃、吡嗪等，有的可以提供焙烤香味，有的可以提供坚果样的香味，尤其对于贵州苦荞来说，含氮化合物的种类同比最多，且相对含量高达38.12%。在5个产地苦荞中共同检出了有坚果香和巧克力味的2,5-二甲基吡嗪和烤香味的2-甲基吡嗪，贵州苦荞中相对含量最高，分别为13.36%、7.56%，同时还检出了2-正戊基呋喃，但含量都不高。在山西和贵州苦荞中检出了带有甜果味的吡咯；在山西、内蒙、云南苦荞中检出了作为抗氧化剂的2,6-二叔丁基对甲基苯酚；值得注意的是在贵州苦荞茶中检出了独有的且含量较高的2-乙基-3-甲基吡嗪、3-甲基吡咯、3 -乙基-2,5-二甲基吡嗪，其相对含量分别为10.48%、2.24%、2.24%。由此可以看出，含氮化合物对贵州苦荞茶香气贡献较大，这也成为贵州苦荞茶与其他产地苦荞茶关键香气差异所在。

表3 五个产地黑苦荞香气成分分析比较结果

3 讨论

目前智鼻结合GC-MS已广泛应用于各类食品和工业检测[17-20]，本实验在用智鼻测苦荞茶的香气成分时，分别用苦荞茶干品、茶汤、茶底进行了预实验，结果发现电子鼻对苦荞茶茶底的响应值最大，茶汤次之，苦荞茶颗粒的相应值最低，故最终确定以苦荞茶茶汤和茶底进行实验，Loading分析表明茶汤与茶底风味物质有一定差异，PCA结果表明，利用电子鼻可以对不同产地苦荞茶茶底样品进行有效区分。进一步用HS-SPME-GC-MS从微观方面研究各产地苦荞茶香气成分的差异，HS-SPME萃取的虽是苦荞茶自身散发的香气，但关键是要选择一个最适宜的萃取温度。在本次研究中，预实验优化了萃取温度、萃取时间以及GC条件和MS条件，最优实验条件下，四川、山西、内蒙、云南苦荞茶香气成分中酯类、醛类种类和含量较高，这两种化合物对这几个产地苦荞茶香气成分贡献较大，而对贵州苦荞茶香气成分贡献较大的是碳氢化合物和含氮化合物，且在各产地苦荞茶中鉴定出差异明显的几种化学成分，在四川苦荞茶中检出了含量较高的乙醇，在山西苦荞茶中检出独有的且含量较高的羟丙酮，内蒙苦荞茶中己酸丙烯酯和丁酸异戊酯的含量相比最高，贵州苦荞茶中检出了独有的2-乙基-3-甲基吡嗪和含量较高的2,5-二甲基吡嗪，2-甲基吡嗪含量较其他几个产地也是最高的。由于各产地苦荞茶均采用低温烘焙技术加工而成，相互之间的差异可能由于产地不同在经过加工处理后带来的。

随着人们生活水平的不断提高和保健意识的增强，亟待开发出香型独特且具有保健功效苦荞茶新产品。由于苦荞茶中含有的特殊活性成分，因此，未来对苦荞茶香气研究还应该朝以下几个方面发展：一是进一步研究苦荞茶生产过程中各阶段香气成分及药理活性物质的动态变化，加强生产过程中香气和活性物质含量在线指纹图谱研究和质控应用的探索，为苦荞茶工业化生产提供技术和理论支持；二是通过仪器分析和计算机技术，结合苦荞茶香气成分和活性成分，建立更科学、简便、迅速的苦荞茶质量评估体系。

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AnalysisandidentificationofaromacomponentsoftartarybuckwheatteafromdifferenthabitatsbyHS-SPME-GC-MScombinedwithelectronicnose

XU Qing-lian1*,GUO Xun-lian1,JIANG Zi-jing1,FENG De-quan1,YU He1,XING Ya-ge1,CHE Zhen-ming1,ZHANG Ping2

1 (Key Laboratory of Food Bio-technology under the supervision of Sichuan Province,College of Food and Biological Engineering，Xihua University, Chengdu 610039,China) 2(Sichuan ring too Biotechnology Co.,Ltd., Chengdu 610225,China)

In this study,the aroma of tartary buckwheat tea and the tea dregs from 5 different areas including Yunnan,Guizhou,Sichuan,Shanxi and Inner Mongolia were detected by headspace solid-phase microextraction and gas chromatography-mass spectrometry (HS-SPME- GC-MS) and electronic nose.Results from the principal component analysis by electronic nose showed that aroma in the liquid part of tea from Guizhou,Shanxi,Inner Mongolia showed no obvious differnece,but it was quiet different on the bottom of each kind of tea.Total 91 kinds of aroma components were detected in these five samples.Only 14 kinds of aroma components were found in the all samples.The number of kinds and relative contents of aldehydes,hydrocarbons and nitrogenous compounds in Guizhou tea are the most and the highest.On the other hand,esters,aldehydes composition and relative content in buckwheat tea aroma of Sichuan,Yunnan,Inner Mongolia,Shanxi are higher.The differences of flavor and aroma components in buckwheat tea are highly related with their origins.

electronic nose; headspace solid phase microextraction; gas chromatography - mass spectrometry(GC-MS); tartary buckwheat tea

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.013686

硕士研究生(本文通讯作者,E-mail:xuqinglian01@163.com)。

四川省高校科研创新团队建设计划项目(15TD0017)

2016-12-27，改回日期：2017-02-13