不同茶树品种龙井茶香气成分差异分析

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(1.农业部茶树生物学与资源利用重点实验室,中国农业科学院茶叶研究所,浙江杭州 310008;2.河南茶叶工程技术研究中心,信阳农业科学院,河南信阳 464000)

香气是决定茶叶品质的重要因子之一。龙井茶是我国传统的历史名茶[1],也是我国典型的地理标志茶类产品。《地理标志产品 龙井茶》(GB/T 18650-2008)[2]指出,制作龙井茶的茶树品种,应选用龙井群体、龙井43、龙井长叶、迎霜、鸠坑种等经审(认)定的适宜加工龙井茶的茶树良种[3]。

长期研究实践表明,茶树品种在很大程度上决定了茶叶香气品质的物质基础,也是其品质优劣关键决定因素之一。陈小强等[4]分析了西湖龙井茶原产地保护区中最主要3个茶树品种,即龙井群体种、龙井长叶和龙井43采制的西湖龙井茶主要生化成分,发现它们的游离氨基酸总量、茶氨酸、咖啡碱、可溶性糖、儿茶素等含量有一定差异。此外,王丽鸳等[5]研究了527份龙井茶样品,发现原料品种不同是影响龙井茶的内含成分的主要因素之一。茶树品种与其成茶香型及其特征香气成分具有重要关系[6]。然而,至今尚未查明茶树品种差异对龙井茶香气成分的影响。

目前,茶叶香气富集方法较多,例如蒸馏萃取法(SDE)、顶空吸附法(HAS)、减压蒸馏萃取法(VDE)、固相微萃取(SPME)、吹扫捕集-热脱附(P&T-TD)、搅拌磁子吸附(SBSE)以及动态顶空吸附(HSSE)等等[7-8],其中SDE法在早期的茶叶香气分析中应用较多[9-10]。研究表明,采用SDE方法富集茶叶香气物质,虽然可得到浓度很高的香气物质,但获得的香精油感官上已与原茶香型有明显区别[7],提取得到的香精油香气在一定程度上失真[9]。相比之下,顶空-固相微萃取(HS-SPME)能较准确地反映样品的风味组成,具有灵敏度高、重现性好、操作简单等众多优点,目前已在茶叶香气物质的研究中取得了较好的应用效果[11-14]。

因此,本研究从探究茶树品种差异对龙井茶香气成分影响的角度出发,采用HS-SPME/GC-MS技术分析了6个茶树良种(龙井长叶、龙井群体种、龙井43、乌牛早、迎霜以及鸠坑群体种,如图1所示)制成龙井茶的香气成分组成特点及其相对含量水平等,分析它们香气组成及含量上的茶树品种差异,以期为龙井茶的品种判别提供一些重要的科学理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

龙井茶样品 10个,由浙江省农业技术推广中心提供,为6个不同茶树品种的鲜叶制备(龙井茶样品的编号和生产日期等信息详见表1所示),茶鲜叶采摘嫩度一般以一芽一叶为主；纯净水 杭州娃哈哈集团。

表1 龙井茶样品信息Table 1 Information of the Longjing tea samples

7890A-5975C气相色谱-质谱联用仪、DB-5MS色谱柱(30 m×250 μm×0.25 μm) 美国Agilent公司;50/30 μm聚二甲基硅烷-二乙烯基苯涂层纤维(DVB/CAR/PDMS)萃取头 美国Supelco公司;HH-2数显恒温水浴锅 上海精宏实验设备有限公司;PL202-L-电子天平 梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 龙井茶香气成分的萃取 采用HS-SPME富集龙井茶香气成分[12]。具体如下:准确称取样品1.00 g至250 mL顶空萃取瓶中,加入10.0 mL沸水冲泡,放入60 ℃水浴锅平衡5.0 min,然后插入装有DVB/CAR/PDMS萃取头(实验前先将此萃取头在GC-MS进样口250 ℃老化30 min)的手动SPME手柄,在60 ℃水浴条件下顶空萃取,萃取时间为60 min,然后进行GC-MS分析。

1.2.2 龙井茶香气成分的分离和检测 采用GC-MS对龙井茶香气成分进行分离和检测。将萃取头插入气相色谱进样口,解吸附3.0 min。

气相色谱条件:进样口及传输线温度:280 ℃和270 ℃;载气:氦气;不分流进样;升温程序:先由60 ℃保持3.0 min,以4.0 ℃/min速度升至280 ℃,保持2.5 min;总分析时间为60.5 min。质谱条件:EI电离能量:-70 eV;质量扫描范围:33～600 u;离子源温度:220 ℃。

1.2.3 龙井茶香气成分的定性和定量 由GC-MS分析得到的质谱数据,经计算机在NIST98.L标准谱库中检索,查对有关质谱资料,对基峰、质核比和相对丰度等方面进行分析,进而结合挥发性成分的保留时间,保留指数以及采用标准品验证等方式,分别对各峰所代表的香气物质的化学结构和名称加以确认。香气成分的相对含量采用峰面积归一法分析,即以各香气组分的峰面积占总峰面积的百分比表示各组分的相对含量。

1.3 数据处理

每个样品检测实验重复3次。采用Microsoft Excel 2010对数据进行处理,计算3次分析结果的平均值。

2 结果与分析

2.1 不同茶树品种龙井茶香气成分总离子流图

采用HS-SPME方法对龙井茶香气成分进行提取,进行GC-MS分析,本研究中6个不同茶树品种龙井茶香气成分的GC-MS总离子流图如图1所示。从图1可以初步看出,6个不同茶树品种龙井茶香气成分的GC-MS总离子流图存在较大的差异,说明不同茶树品种龙井茶的香气成分,在其主要化学成分种类和组成比例等方面可能存在较大的差异。

图1 6个不同茶树品种龙井茶样品香气成分的GC-MS总离子流色谱图Fig.1 Total ion chromatogram of the aroma components in Longjing tea samples produced from 6 different tea germplasms

2.2 不同茶树品种龙井茶香气成分分析

6个不同茶树品种龙井茶的香气成分组成及其相对含量的分析结果如表2所示。从表2可以看出,龙井长叶中共计鉴定出57种香气成分,其中含量较高的成分为芳樟醇、α-柏木烯、顺-3-己烯基丁酯、1-乙基-2-甲酰吡咯以及Z-3-甲基丁酸-3-己烯酯等;龙井群体种中共计鉴定出36种香气成分,其中含量较高的成分为(Z)-己酸-3-己烯酯、芳樟醇、顺-3-己烯基丁酯、茉莉酮以及壬醛等;龙井43中共计鉴定出41种香气成分,其中含量较高的成分为(Z)-己酸-3-己烯酯、芳樟醇、3,7-二甲基-2,6-辛二烯-1-醇、α-柏木烯以及壬醛等;乌牛早中共计鉴定出37种香气成分,其中含量较高的成分为芳樟醇、(Z)-己酸-3-己烯酯、顺-3-己烯基丁酯、茉莉酮以及α-柏木烯;迎霜中共计鉴定出39种香气成分,其中含量较高的成分为(Z)-己酸-3-己烯酯、芳樟醇、1-乙基-2-甲酰吡咯、顺-3-己烯基丁酯以及茉莉酮;鸠坑群体种中共计鉴定出50种香气成分,其中含量较高的成分为芳樟醇、(Z)-己酸-3-己烯酯、顺-3-己烯基丁酯、α-柏木烯以及正辛醇等。由此可见,尽管这6个不同品种的龙井茶香气成分在化学组成上存在较大的差异,但相对含量较高成分一般都以芳樟醇、顺-3-己烯基丁酯、(Z)-己酸-3-己烯酯、柠檬烯、茉莉酮、α-柏木烯、β-紫罗兰酮等为主。

表2 不同茶树品种龙井茶香气成分组成及其相对含量(%)Table 2 Relative concentrations of the aroma components in Longjing tea samples produced from 6 different tea germplasms

续表

续表

醇类成分中,经GC-MS分析,分别从龙井长叶、龙井群体种、龙井43、乌牛早、迎霜以及鸠坑群体种龙井茶中鉴定出12、6、8、7、8和10种醇类香气成分,醇类成分的总量分别为14.73%、14.65%、18.95%、18.21%、19.04%和22.89%。在这些醇类成分中,含量最高的香气成分一般为芳樟醇及其氧化物成分等。芳樟醇是植物挥发性成分中重要的香气物质之一。研究表明,芳樟醇是西湖龙井茶[15]、乌龙茶[16]以及黑茶[17]中重要的呈香成分和香气活性物质。此外,芳樟醇具有左旋、右旋两种光学异构体,但是两种光学异构体有着完全不同的香气品质;其中3S-(+)-芳樟醇偏甜香、橙香,阈值为7.4 μg·g-1,而3R-(-)-芳樟醇偏木香、薰衣草香,阈值为0.8 μg·g-1[18]。研究表明,芳樟醇在乌牛早中相对含量最高,而在龙井长叶中的相对含量最低。后续采用手性色谱技术,分析其两种光学异构体的组成比例关系及其对于龙井茶香气品质的影响具有较为重要的研究价值。

酯类成分中,经GC-MS分析,分别从龙井长叶、龙井群体种、龙井43、乌牛早、迎霜以及鸠坑群体种龙井茶中鉴定出7、5、6、7、6和7种酯类香气成分,酯类成分的总量分别为10.38%、20.12%、12.69%、17.61%、17.22%和13.37%。在这些酯类香气成分中,含量最高的成分一般为(Z)-己酸-3-己烯酯、水杨酸甲酯、顺-3-己烯基丁酯等。研究表明,(Z)-己酸-3-己烯酯呈现强烈弥散性梨香[19],对西湖龙井茶香气的形成具有显著贡献[20-21]。本研究发现,(Z)-己酸-3-己烯酯在龙井群体种中的相对含量最高,而在龙井长叶中的相对含量最低。

酮类香气成分中,经GC-MS分析,分别从龙井长叶、龙井群体种、龙井43、乌牛早、迎霜以及鸠坑群体种龙井茶中鉴定出5、3、5、4、3和4种酮类香气成分,酮类成分的总量分别为4.26%、5.87%、5.71%、5.29%、4.70%和6.19%。在这些酮类香气成分中,含量最高的成分一般为茉莉酮和β-紫罗兰酮。茉莉酮是存在于茶叶中的天然物质,带有天然花香;β-紫罗兰酮具有甘甜醇厚的花香气息,微带木香气息;采用气相色谱-嗅闻(GC-O)结合芳香萃取物稀释分析(AEDA)技术已经发现二者对龙井茶香气品质具有较大的贡献[22]。茉莉酮在迎霜中的相对含量最高(3.65%)而在龙井长叶中的相对含量最低(1.18%);β-紫罗兰酮在龙井43中的相对含量最高(2.13%),然而在迎霜中未检出。

碳氢化合物成分是龙井茶香气中种类比较丰富的成分,本研究中主要为苯及萘衍生物类、烯类和烷烃等化合物,其中烯类成分种类最多。经GC-MS分析,分别从龙井长叶、龙井群体种、龙井43、乌牛早、迎霜以及鸠坑群体种龙井茶中鉴定出9、8、9、7、8和9种烯类化合物香气成分,烯类化合物成分的总量分别为11.23%、6.03%、16.32%、8.50%、7.99%和12.12%;含量比较高的烯类成分一般为α-柏木烯、β-柏木烯、柠檬烯等,其中,α-柏木烯和β-柏木烯一般都在龙井长叶中的相对含量最高,龙井43次之,而在龙井群体种中最低。本试验还从龙井茶样品中检测出7种烷烃类成分和5种苯及萘衍生物类成分,其中烷烃类成分一般不会对龙井茶香气品质产生重要影响,含量较高的烷烃类成分为十四烷等;苯及萘衍生物类中检出率及相对含量较高的成分为邻异丙基甲苯等。

醛类香气成分中,经GC-MS分析,分别从龙井长叶、龙井群体种、龙井43、乌牛早、迎霜以及鸠坑群体种龙井茶中鉴定出3、3、5、3、2和4种醛类香气成分,醛类成分的总量分别为3.07%、4.18%、6.28%、2.45%、3.30%和3.32%。在这些醛类香气成分中,含量最高的成分一般为壬醛,其在龙井43中的相对含量最高(3.40%),而在乌牛早中的相对含量最低(1.47%)。

此外,杂环化合物类香气成分、酚类化合物类香气成分以及酸类香气成分,这三者在不同茶树品种龙井茶中的检出率都比较低,一般不超过3种甚至检测不到;酸类成分中的反式-2-己烯基己酸在不同茶树品种龙井茶中均有检出,乌牛早中的相对含量最高(2.50%),而在鸠坑群体种中的相对含量最低(0.95%)。

总体上比较而言,龙井长叶、龙井群体种、龙井43、乌牛早、迎霜和鸠坑群体种这6个不同茶树品种龙井茶中香气化合物种类的组成特点存在较大的差异。鸠坑群体种中具有较高含量的醇类香气成分、酮类香气成分和酚类香气成分;龙井群体种中有丰富的酯类香气成分;龙井43香气中有丰富的碳氢化合物香气成分和醛类香气成分;迎霜香气成分中有较多的杂环化合物类香气成分,而龙井长叶香气中有较多的酸类香气成分。

3 结论

采用HS-SPME/GC-MS技术,分别从龙井长叶、龙井群体种、龙井43、乌牛早、迎霜以及鸠坑群种6个不同茶树品种的龙井茶中鉴定出57、36、41、37、39和50种香气成分;尽管这6个不同茶树品种龙井茶在香气组成上存在较大的差异,但相对含量较高的成分都以芳樟醇、顺-3-己烯基丁酯、(Z)-己酸-3-己烯酯、柠檬烯、茉莉酮、α-柏木烯、β-紫罗兰酮等为主。

根据鉴定出的这些香气化合物的化学结构特点对其分类,发现龙井长叶、龙井群体种、龙井43、乌牛早、迎霜和鸠坑群体种这6个不同茶树品种龙井茶中香气化合物种类组成上也存在较大的差异。其中,鸠坑群体种中具有相对丰富的醇类、酮类和酚类香气成分;龙井群体种中有相对丰富的酯类香气成分;龙井43中有相对丰富的醛类香气成分;迎霜中有较多的杂环化合物类香气成分,而龙井长叶中有较多的酸类香气成分。