GC-IMS在绿茶挥发性物质定性分析中的应用

刘亚芹，王辉，黄建琴，雷攀登

（安徽省农业科学院茶叶研究所，安徽黄山245000）

绿茶是我国产量最多、饮用最广的一种茶类。绿茶品质好坏一般从外形、汤色、香气、滋味和叶底等因子来评判，其中香气是判断绿茶品质的重要因子之一。绿茶的香气实质是由不同挥发性的化合物决定的。不同茶树品种、不同加工方式、不同区域的绿茶，其挥发性化合物在成分及含量上都有较大差异。

气相离子迁移谱 （Gas Chromatography-Ion Mobility Spectrometry，GC-IMS）是以气相为基础，根据气相离子在弱电场中迁移率的不同，快速分析挥发性和半挥发性化合物的技术[1]。具有痕量检测（ppb级）、操作简单、响应迅速、反应灵敏等[2]特点，在机场广泛用于爆炸物[3]的检测。近年来，GCIMS被用于目标分析物的定性和定量分析，如有毒化合物[4]、食品风味分析[5-8]、橄榄油、芝麻油等油类的真假和等级鉴别[9-13]、肉类鉴别及储藏时间鉴

定[14]。

目前用于茶叶香气定性定量分析主要是气相色谱-质谱联用 （Gas Chromatography-Mass Spectrometer，GC-MS）技术，而GC-IMS运用较少。林若川等[15]利用GC-IMS技术对云雾茶、翠尖茶和龙井茶三种绿茶中的香气物质进行检测，三种绿茶香气成分的差异明显。霍雨佳等[16]认为利用GC-IMS技术能准确测定茶叶挥发性成分，利于茶叶质量评估工作的开展。与GC-MS相比，GC-IMS的样品前处理更为简单，从而保证了绿茶中的挥发性物质能够最大程度地保留。基于此，实验拟利用GC-IMS技术对不同等级、不同区域及不同加工工艺的绿茶挥发性成分进行定性分析研究，以探明将GC-IMS技术应用于茶叶挥发性物质检测的可行性。

1 材料与方法

1.1 实验材料

10个茶叶样品：5个不同等级的炒青绿茶（茶样编号1～5）和5个不同区域和品种的烘青绿茶（茶样编号 6～10），具体信息见表 1；空白样品（茶样编号blank A-blank C）由德国GAS公司提供。

表1 茶样信息表Table 1 Tea sample imformation

1.2 仪器与设备

1.3 GC-IMS分析方法

茶叶样品粉碎后过40目筛，精确称取1 g茶样于20 mL顶空进样瓶中，85℃条件下孵育20 min，60℃震荡加热10 min后抽取样品注入GC分离器，进样器温度 90℃，进样体积 600 μL；利用恒温加热多维毛细管柱 （5%联苯-95%二甲基聚硅氧烷，MCC-OV5；20 cm，0.2 μm）对挥发性成分进行分离，柱温40℃。载气为高纯氮气（纯度≥99.999%），初始载气流速2 mL/min，2 min后升至100 mL/min；分析时间20 min。每个样品取两份平行样（标注A、B），空白样品取三份平行样。

1.4 数据处理与分析

差异谱图、相似度匹配、出信号峰相对强度、主成分分析均利用仪器工作站内置的功能软件Laboratory Analytical Viewer（LAV）。

2 结果与分析

2.1 绿茶样品中挥发性有机物的差异分析

通过LAV软件得到样品挥发性有机物的迁移谱图，如图1所示，红色竖线为反应离子峰（RIP峰），RIP峰右侧的每一个点代表一种挥发性有机物，白色表示浓度较少，红色表示浓度较大，颜色越深表示浓度越大。根据信号峰的数量及强度综合分析，可以推断，5个炒青绿茶（茶样1至茶样5）与5个烘青绿茶（茶样6至茶样10）在挥发性有机物种类上差异较小，在挥发性有机物浓度上略有差异。

为了更加深入分析不同茶样中挥发性有机物含量的差异，利用Gallery Plot制出部分挥发性有机物的信号峰差异图谱（图2）。通过图2Ⅰ信号峰颜色比较，1-19、1-20信号峰的2种挥发性有机物在屯绿41022(4A)中的含量较高；屯绿41022(3A) 中 2-4、2-5、2-13、2-12、2-11、2-9 信号峰的6种挥发性有机物的含量较高；2-9、2-10、1-13、1-27、1-28、1-42、1-2、1-3、1-15、1-36、2-8、3-1、3-2、3-3、3-4信号峰的15种挥发性有机物在屯绿 41022(5A) 中的含量较高；1-5、1-6、1-35、1-7信号峰的4种挥发性有机物在屯绿9371中的含量较高；1-28、1-7、1-9信号峰的3种挥发性有机物在屯绿41022(6A)中的含量较高。

通过图2Ⅱ信号峰颜色比较，太平猴魁（猴岗群体种）与太平猴魁（猴坑群体种）在挥发性有机物组成上相似度高，2-7、1-7、1-28、1-35、1-39、2-14、1-13信号峰的7种挥发性有机物在太平猴魁（东坑群体种）中的含量较高；在太平猴魁（颜家群体种）中，1-13、1-15、9-2信号峰的3种挥发性有机物的含量较高；1-13、1-15、10-1、2-9、2-11、2-10、2-12、2-13信号峰的8种挥发性有机物在太平猴魁（颜家柿大茶23号品种）中的含量较高。

2.2 绿茶样品中挥发性有机物的相似度分析

利用LAV软件分析每种挥发性有机物信号峰的相对强度，以样品中某物质浓度最大的信号峰定义为100，据此比较其它样品中该物质信号峰的强度，可推断出该挥发性有机物在不同样品中的相对浓度。综合分析挥发性有机物的种类与相对浓度，可以推断出样品的相似匹配度，快速识别茶叶样品的区别与差异。从表2可知在样品1～5中，茶样3屯绿41022(5A)的挥发性有机物与其他茶叶样品差异最大、其次为茶样2屯绿41022(3A)，而屯绿 41022(4A)、屯绿 9371、屯绿 41022(6A)相似。在样品6～10中，茶样6太平猴魁（猴岗群体种）和茶样7太平猴魁（猴坑群体种）相似，太平猴魁（东坑群体种）、太平猴魁（颜家群体种）、太平猴魁（颜家柿大茶23号品种）相似。推断GCIMS技术可以作为区别不同等级、不同区域绿茶的一种方式。图3炒青绿茶和烘青绿茶的PCA分析显示：炒青绿茶为一类，烘青绿茶为一类，差异显著。说明利用GC-IMS技术可以区别不同加工工艺的绿茶。

表2 炒青绿茶和烘青绿茶相似匹配度分析Table 2 Similarity matching analysis of panfired and firing green tea

3 结论

GC-IMS技术具有痕量检测、检测流程简单、响应迅速、成本相对较低等特点，近几年来，在食品风味挥发物的定性和定量分析中运用广泛，但在绿茶挥发物的定性定量分析中应用较少。因此，实验选用5个不同等级的炒青绿茶和5个不同区域的烘青绿茶作为材料，运用GC-IMS技术对这10个绿茶的挥发性成分进行初步定性分析。根据信号峰的数量及强度综合分析初步推断：5个炒青绿茶与5个烘青绿茶在挥发性有机物种类上差异较小，在挥发性有机物浓度上略有差异。根据样品的相似匹配度初步推断：GC-IMS技术可以作为区别不同等级、不同区域的绿茶的方式。根据样品PCA分析初步推断：利用GC-IMS技术可以区别不同加工工艺的绿茶。可知GC-IMS技术研究为茶叶挥发物定性分析提供一条新途径，具有较高的可行性。

图1 炒青绿茶（Ⅰ）与烘青绿茶（Ⅱ）的气相离子迁移谱图Fig.1 GC-IMS chromatogram of panfired green tea(Ⅰ)and firing green tea(Ⅱ)

图2 炒青绿茶（Ⅰ）与烘青绿茶（Ⅱ）的气相离子迁移谱信号峰差异图谱Fig.2 Difference plot of GC-IMS chromatogram of panfired green tea(Ⅰ)and firing green tea(Ⅱ)

图3 炒青绿茶和烘青绿茶的PCA分析Fig.3 Principal component analysis of panfired green tea and firing green tea

若能进一步通过GC-IMS技术利用挥发性物质特征图谱对茶叶挥发物进行定量分析，从而对关键香气成分进行呈香模型重构与消除试验，明确香气成分在整体香气中的作用与重要性，最终从香气贡献量化的角度实现关键香气组分的准确鉴定。从一定意义上来说，GC-IMS是一种具有高灵敏度、快速方便的新型研究技术，有望在未来对茶叶关键香气组分的研究中发挥积极作用，有一定的应用前景。