基于HS-SPME/GC-MS方法研究绿茶香气特征及形成

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(1.青岛农业大学园艺学院,山东青岛 266109;2.即墨市农业局果茶花卉技术指导站,山东即墨 266200;3.青岛瑞草园茶业科技有限公司,山东即墨 266200;4.安徽农业大学茶树生物学与资源利用国家重点实验室,安徽合肥 230036)

基于HS-SPME/GC-MS方法研究绿茶香气特征及形成

邸太妹1,傅财贤2,赵磊1,杨绍兰1,吴连英3,夏涛4,张新富1,*

(1.青岛农业大学园艺学院,山东青岛266109;2.即墨市农业局果茶花卉技术指导站,山东即墨266200;3.青岛瑞草园茶业科技有限公司,山东即墨266200;4.安徽农业大学茶树生物学与资源利用国家重点实验室,安徽合肥230036)

杀青和干燥是绿茶香气形成的关键过程。本研究以黄山群体种一芽二、三叶的茶鲜叶为实验材料,通过80、110、130 ℃三种不同烘干温度,分别制得清香型、栗香型、高火香型绿茶。利用顶空固相微萃取法(HS-SPME)和气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)分析其香气成分及组成比例,并探讨茶鲜叶、杀青叶、烘干叶中香气成分的变化规律。研究表明:杀青去除了茶鲜叶中大量的罗勒烯、乙酸叶醇酯等青草气成分;烘干工艺使茶叶中高沸点芳香成分增加,其中,80 ℃干燥的茶叶芳香成分相对含量较低,显清香;110 ℃烘干使茶叶中原有芳香成分含量增加,产生特征香气成分苯乙醛、月桂酸乙酯,栗香明显;130 ℃烘干使茶叶产生吡咯、吡嗪等高火香成分。研究认为,干燥温度的差异引起茶叶香气成分的变化,从而产生各种香型。

绿茶,香气成分,加工过程,烘干温度,HS-SPME,GC-MS

Abstract:Fixation and drying are the key process of the green tea aroma formation. 1 bud 2,3 fresh tea leaves ofCamelliasinensiscv. Huang shn zhong were taken as experimental material,dried at 80,110,130 ℃,respectively,faint scent,chestnut flavor scent and high fire scent of green tea were got. Using headspace solid phase micro extraction(HS-SPME)and gas chromatography/mass spectrometry(GC-MS),the aroma components and proportions were analyzed. And then aroma composition variability of fresh tea,enzym-denatured leaf and dry tea was learned. Experiment showed that fixation removed lots of ocimene,leaf acetate and some other ingredients which smell gramineous. High boiling aromatic substances in tea were increased during drying process. Tea dried at 80 ℃ contained relatively little aromatic components,showing faint scent. Tea dried at 110 ℃ produced phenylacetaldehyde and ethyl laurate and some more original aroma component,showing chestnut flavor scent. Tea dried at 130 ℃ produced high fire components,like pyrrole and pyrazine,showing high fire scent. So the temperature of drying affects the types and contents of aroma components,resulting in a variety of flavor types.

Keywords:green tea;aroma composition;manufacturing process;drying temperature;HS-SPME;GC-MS

茶叶香气是茶叶风味的重要组分之一,被誉为“茶之神”[1],其实质是不同种类、不同含量的芳香物质组成的混合物[2]。迄今为止,已分离鉴定出茶叶香气成分约700种,其中茶鲜叶中有80余种,绿茶中有260余种[3]。由于茶树品种及气候条件影响,使得茶树鲜叶的香气前体物质存在差异,加之加工过程不同,进而形成干茶的香型差别[4],绿茶的香气在鲜叶经杀青、揉捻后炒干、烘干或晒干的过程中逐步形成。杀青方式、有无揉捻及干燥方式都将导致绿茶香型的差异[5-6]。

表1 茶叶感官审评结果Table 1 Sensory evaluation results of tea

研究表明,固相微萃取法(SPME)相比蒸馏萃取法(SDE)、顶空气体捕集分析萃取法(HAS)、超临界CO2萃取法(SFE)和减压蒸馏萃取法(VDE)能更好地描述茶叶原有的香气品质[7-12]。固相微萃取法(SPME)是一种集采样、浓缩、萃取、进样于一体,省时省力、简单方便的新型样品前处理技术,目前广泛应用于环境分析[13]、食品分析[14]、药物分析[15]、生物样品分析[16]等领域。顶空固相微萃取法(HS-SPME)作为一种精准、简便的香气萃取方法,广泛应用于酒类[17-18]、微生物[19]、酱油[20]等挥发性成分分析,在茶叶挥发性物质的研究中也得到广泛的应用[[21-22]。气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)是目前发展最完善、应用最广泛的一种分析技术,GC和MS联用具有灵敏度高、样品用量少、分析速度快、鉴定能力强等优点[23-24],现在对物质风味的研究大多采用GC-MS,并且已经成为主要的分析手段。

近年来,青岛市崂山区已发展成为我国重要的绿茶基地,然而,对于崂山绿茶香气成分的研究却少有报道。在茶叶香气成分研究中,香气提取技术直接影响茶叶香气的分析结果。本实验采用崂山区黄山群体种鲜叶,经过绿茶的常规加工工序,分别以不同的烘干温度制成成品茶,综合利用HS-SPME和GC-MS分析其香气成分、组成比例,结合感官审评结果探讨加工过程中绿茶香气成分的变化及不同烘干温度对绿茶香型的影响。本方法所需样品量小、分析时间短,适用于茶叶等植物香气成分的分析,为茶叶香气审评的科学化提供了相关依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

茶鲜叶 五月中旬采自青岛崂山区王哥庄茶园黄山群体种一芽二、三叶茶鲜叶。

6CST-40茶叶滚筒杀青机、6CR-30揉捻机、6CH941烘干机、6CTH-3.0提香机 浙江上洋机械有限公司;ALPHA 1-2 LDplus冻干机 德国CHRIST公司;DF-101S型恒温磁力搅拌器 郑州英峪予华仪器有限公司;手动SPME进样器 美国Supelco公司;75 μm的PDMS/DVB萃取头 上海安谱科学仪器有限公司;7890A-5975C气质联用仪 美国Agilent公司;CP214电子天平 奥豪斯仪器(上海)有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 茶叶加工工艺 取50 kg左右鲜叶通风室内摊晾后,于220～280 ℃杀青,揉捻(轻揉20 min,重揉10 min,轻揉10 min),最后在3种不同温度下烘干(80、110、130 ℃)。部分鲜叶、杀青叶进行真空冷冻干燥处理(超低温存放8 h后冻干,冻干机设定温度-50 ℃,设定压强0.04 mBar,冻干时长12 h),用于香气分析。

1.2.2 茶叶感官审评方法 由五位专业茶叶审评人员严格按照GB/T 23776-2009的规定对茶样进行审评。

1.2.3 茶叶挥发性物质提取与分析

1.2.3.1 HS-SPME法提取 将真空冷冻干燥的鲜叶，真空冷冻干燥的杀青叶，80、110、130 ℃下的烘干叶粉碎,称取6.00 g于100 mL锥形瓶(萃取瓶),加入60 mL 100 ℃蒸馏水浸提,置于60 ℃水浴锅中静置5 min,香气达到平衡后,插入75 μm PDMS/DVB萃取头萃取50 min,每个样品重复6次[25]。

1.2.3.2 GC-MS分析 GC条件:色谱柱为HP-INNOWAX毛细管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm);载气为高纯He,流量1.0 mL/min;进样口温度为250 ℃,ECD检测器温度为250 ℃;初始柱温为50 ℃,保持5 min,以3 ℃/min升至220 ℃,保持5 min,最后以15 ℃/min升至240 ℃,不分流进样。

MS条件:离子化方式为EI,离子源温度230 ℃,电子能量70 eV,检测器电压350 V,接口温度280 ℃,质量扫描范围为35～550 amu。

进样方式:直接将SPME手持器插入气相色谱仪进样口,推出纤维头,于250 ℃解吸附3.5 min[25]。

1.3 数据处理

采用Aglient 数据分析软件,经NIST11.L标准谱库的检索,确定各峰组分,以各组分峰面积占总峰面积的百分比来表示各种香气成分的相对含量。

2 结果与分析

2.1 感官审评分析

由表1可知,直接冷冻干燥的茶鲜叶青草气明显;真空冷冻干燥的杀青叶散发了一部分青草气;80 ℃烘干使茶叶青草气大量散失,但烘干温度较低,不足以使芳香成分充分挥发而显清香;110 ℃下烘干的茶叶栗香明显,香气佳;130 ℃下烘干使茶叶香气有高火香,不利于崂山绿茶清新香气的形成。

2.2 GC-MS结果分析

表2 样品主要挥发性物质香型及相对含量Table 2 Aroma types and relative contents of main volatile compounds in tea

续表

续表

注:A:真空冷冻干燥的茶鲜叶,B:真空冷冻干燥的杀青叶,C1:80 ℃下充分烘干的茶叶,C2:110 ℃下充分烘干的茶叶,C3:130 ℃下充分烘干的茶叶,“-”:未检出或定性小于90%,香型来源于化学品查询。

每个茶样的检测重复6次,香气成分及其香型、相对含量如表2所示,本实验的5个茶样共确定了101种香气成分,每个茶样中香气成分的种类、香型及含量不尽相同。

2.3 香气成分分析

绿茶香气主要在杀青、干燥过程中形成,茶鲜叶、杀青叶到干燥叶香气成分的变化过程是绿茶加工中茶叶香气形成的过程,感官审评可知,110 ℃下烘干的绿茶显栗香,香气最佳,因此选取110 ℃烘干叶作为绿茶干燥过程的研究对象。烘干温度不同导致干燥叶香气成分差异,其直接影响到成品绿茶香型特征,因此可据香气成分差异研究干燥温度与绿茶香型特征的关系。

2.3.1 茶叶加工过程中香气成分变化 由图1可知,茶鲜叶含有较高含量的醇类、酯类及烯烃类;杀青过程主要减少了茶叶香气中醇类、酯类、烯烃类成分的含量;干燥过程使茶叶香气成分中醇类、醛类含量大量减少,而酯类、烯烃类、含氮化合物的含量相比杀青叶有一定增加。由此可见,茶叶加工过程中香气成分的种类和含量处于不断变化中,随着温度的升高,低沸点成分散失,高沸点成分出现。

图1 茶叶加工过程中香气组分含量的变化Fig.1 The change on contents of aroma components during tea processing

分析茶鲜叶、杀青叶及110 ℃下烘干叶香气成分的差异,来研究茶叶加工过程中香气成分的变化规律。对各香气成分含量进行单因素方差分析,得到表征香气成分变化显著性的F值(见表3)。F值越大该香气成分在加工过程中变化越显著,结合表2得到变化显著的香气成分,如表3所示。

感官审评结果结合表2、表3可知,茶鲜叶中青草气明显主要是含有:新鲜草香的罗勒烯、强烈青草气的乙酸叶醇酯及显冬青叶香味的水杨酸甲酯;除此之外,苯甲醇、苯乙醇、壬醇等香气成分在茶鲜叶中相对含量最高,加工过程中变化显著,也是影响茶鲜叶香气的主要成分。杀青后,茶叶中低沸点的青草气成分部分散失,青草气减弱,酶促作用和热裂解作用使茶叶产生紫罗酮系化合物和C6的醇、醛、酸类,茶香显露[26]。由表3可知,苯甲醛、α-柏木烯、β-紫罗兰酮等香气成分在加工过程中变化显著,且在杀青叶中相对含量最高,是影响杀青叶香气的主要成分。由表2、表3可知,110 ℃烘干叶产生特征香气成分:显玉簪花香气的苯乙醛、显花生香气的月桂酸乙酯,分别占茶叶香气成分的0.33%、0.47%,同时,在加工过程中变化显著的芳香成分如间二甲苯、水杨酸异丙酯、吲哚等相对含量在烘干叶中最高,使栗香或清新香气显现出来。

表3 加工过程中香气成分变化显著性分析Table 3 Significance analysis of the change on aroma components during processing

2.3.2 不同干燥温度下茶叶香气成分分析 对不同烘干温度下茶叶香气成分的相对含量进行单因素方差分析,由F值(见表4)可知,香气成分在不同烘干温度间变化的显著性。表4结合表2可以看出,80 ℃烘干叶的清香主要是由于其含有显强烈芳香的间二甲苯、冬青香味的水杨酸异丙酯、芳香气味的苯乙烯、似鲜花清淡香气的右旋萜二烯,相比茶鲜叶和杀青叶青草气成分趋于消失,但干燥温度不足以使芳香成分充分形成而显清香;110 ℃烘干的茶叶出现显玉簪花香气的苯乙醛、显花生香气的月桂酸乙脂等特征性香气成分,综合间二甲苯、水杨酸异丙酯、吲哚以及β-紫罗兰酮等原有良好香气成分而显栗香,香气最佳;130 ℃烘干茶叶,由于烘干温度较高,茶叶中低沸点香气成分大量散失,而高沸点香气成分含量不断增加,形成茶叶的高火香香型,主要成分有:N-乙基吡咯、显烤面包香气的2-乙酰基吡咯、苯乙酮、邻甲基苯乙酮、显刺激性的2,3-二乙基-5-甲基吡嗪、显炒花生似香气的2-乙烷基-3,5-二甲基吡嗪等特征性香气成分,其中,吡咯、吡嗪是氨基酸和可溶性多糖在高温作用下发生美拉德反应产生的,是茶叶高火香和焦味的主体成分[27],此外,茶叶经130 ℃烘干产生苯乙腈等具刺激性且有毒的成分,不利于茶叶良好香气的形成。由此可见,干燥温度影响茶叶香气成分的种类和含量,110 ℃烘干的茶叶香气最佳。

表4 干燥过程中香气成分变化显著性分析Table 4 Significance analysis of the change on aroma components during drying

3 结论

3.1 绿茶良好香气的形成过程

茶鲜叶中显青草气息的罗勒烯、水杨酸甲酯、乙酸叶醇酯的含量较高,使得茶鲜叶青草气明显。杀青工艺使茶叶散失了一部分低沸点的青草气成分,显现茶香。烘干后茶叶青草气趋于消失,高沸点芳香成分得到很好的发展,茶叶产生了特征性芳香成分:苯乙醛、月桂酸乙脂,综合原有芳香成分,使茶叶表现为栗香或清新气味。由此可知,茶叶香气成分在加工过程中不断变化,杀青和干燥是绿茶良好香气形成的重要过程。

3.2 干燥温度与绿茶香型的关系

80 ℃烘干的茶叶因干燥温度不足以使芳香成分充分挥发而显清香;110 ℃烘干使茶叶含有特征性香气成分苯乙醛、月桂酸乙脂,茶叶栗香明显,香气最佳;130 ℃烘干使茶叶含有N-乙基吡咯、2-乙酰基吡咯、苯乙酮、邻甲基苯乙酮、2,3-二乙基-5-甲基吡嗪、2-乙烷基-3,5-二甲基吡嗪等高火香成分,茶叶显高火香,此外,130 ℃烘干使茶叶产生有刺激性并且有毒的苯乙腈、邻甲基苯腈,不利于绿茶良好香气形成。可见:110 ℃烘干茶叶更有利于崂山绿茶良好香气的形成。

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StudyoncharacteristicsandformationofaromacomponentsingreenteabasedonHS-SPME/GC-MSmethod

DITai-mei1,FUCai-xian2,ZHAOLei1,YANGShao-lan1,WULian-ying3,XIATao4,ZHANGXin-fu1,*

(1.College of Horticulture,Qingdao Agricultural University,Qingdao 266109,China;2.Technology of Fruits,Tea and Flowers Guiding Office of Jimo Agricultural Bureau,Jimo 266200,China;3.Qingdao Ruicaoyuan Tea Science and Technology Co.,Ltd.,Jimo 266200,China;4.State Key Laboratory of Tea Plant Biology and Utilization,Anhui Agricultural University,Hefei 230036,China)

TS272.7

A

1002-0306(2017)18-0269-07

2017-02-13

邸太妹(1992-)，女，硕士研究生，研究方向：茶叶品质化学，E-mail：dtmtea@163.com。

*通讯作者:张新富(1979-)，男，博士，副教授，研究方向：制茶工程及茶叶品质化学，E-mail：zxftea@163.com。

青岛农业大学高层次人才启动基金(663/1114343)；安徽农业大学茶树生物学与资源利用国家重点实验室(SKLTOF20150110)；青岛市民生科技计划项目(15-9-2-106-nsh)；即墨市2016年中央引导地方科技发展专项资金。

10.13386/j.issn1002-0306.2017.18.051