嫩栗香型绿茶香气组分主成分分析

2020-04-18刘淑娟何郁菲

湖南农业科学 2020年1期

刘淑娟，何郁菲

（湖南省农业科学院茶叶研究所，湖南省茶叶检测中心，湖南长沙 410125）

茶叶香气作为衡量茶叶品质的重要指标之一，对绿茶的质量、等级和价格起着关键性的作用，香气分析已在茶叶香型识别与品质鉴定中发挥越来越重要的作用[1-8]。同时，溶解于茶汤中的香气物质能与其他滋味物质发生反应，对茶汤的滋味起着协调、增效的作用[9-14]。一些独特的香型则成为区分茶叶原料类别和产品特征的主要指标，被消费者当作选购茶叶的重要参考依据，如小种红茶独特的松烟香、陈年黑茶呈现的木香和某些特色绿茶呈现的兰花香等[15-18]。

湖南湘西地区盛产绿茶，因当地独特的气候条件和品种优势，由保靖黄金茶1 号、保靖黄金茶2 号、碧香早、槠叶齐等茶树品种的春季一芽2 叶原料生产的绿茶，不但具有香、绿、爽、醇的品质特征，还具有独特的嫩栗香，感官审评给人以鲜香和栗香结合的清新优雅感觉[19-21]。为探明其外在品质与其内在物质基础的联系，试验选择6 个典型嫩栗香型绿茶，对其进行了主要品质成分的测定与分析，以期为探讨嫩栗香型绿茶品质特征形成及其生产工艺提供参考，也可为绿茶香气评价方法提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试茶样均购于湖南湘西茶叶生产企业（合作社），以春季生产的绿茶为试验材料，于清明节制成。经感官审评后选择6个典型的嫩栗香型绿茶作为样品，分别编号L1、L2、L3、L4、L5、L6。

主要仪器设备有万分之一分析天平（梅特勒-托利多集团）、HH-2 数显恒温水浴锅（江南仪器厂）、自制改良萃取瓶、手动SPME 进样器和50/30 μm DVB/CAR/PDMS 固相微萃取头（美国Supelco 公司）、Thermo-DSQ 气质联用仪。

1.2 试验方法

1.2.1感官审评参考GB/T 23776—2018 规定进行。

1.2.2香气成分检测采用顶空固相微萃法提取茶样香气成分。（1）预处理条件：将6.0 g 茶样置于100 mL 样品瓶中，加入50 mL 100℃蒸馏水，在60℃恒温水浴中处理5 min，插入老化5 min 的萃取头顶空吸附50 min，再插入GC-MS 进样器中解吸附5 min，启动Thermo-DSQ 收集数据。（2）色谱条件：气相色谱柱为DB-WAX 毛细管柱，载气为高纯氦气（纯度99.999%），柱流量1.5 mL/min，进样方式为手动无分流进样；程序升温至50℃保持5 min，以3℃/min 上升至170℃，再以5℃/min 上升至220℃。（3）质谱条件：进样口240℃，离子源230℃；电子轰击源EI，电子能量70 eV，扫描质量范围为50～650 amu，获得GC-MS 图谱；将获得的图谱进行计算机检索，同时与NIST 质谱库提供的标准质谱图进行对照，再参照已发表的质谱图鉴定芳香物质，剔除干扰因素，有效香气物质的相对百分含量按峰面积归一化法计算。

2 结果与分析

2.1 不同茶样中香气物质种类与含量的比较

采用顶空固相微萃取结合气质联用法测定了6个供试茶样的香气成分，共检出42 种共有香气成分，详见表1。由表1 可知，嫩栗香绿茶检出的香气物质中以醇类含量最高，占各茶香气总量的47.76%～ 58.22%，检出的11 种醇类物质分别为β-芳樟醇、香叶醇、苯乙醇、橙花叔醇、苯甲醇、氧化芳樟醇I（呋喃型）、α-萜品醇、橄榄醇、辛醇、α-雪松醇和橙花醇；检出的碳氢类化合物有14 种，占香气总量的17.27%～23.51%，分别为δ-杜松烯、L-菖薄烯、α-荜澄茄油烯、α-法尼烯、柠檬烯、β-杜松烯、顺-β-罗勒烯、β-月桂烯、苯乙烯、萘、桧烯、α-摩勒烯、卡达烯和反-β-罗勒烯；检出的醛酮类物质共有4 种，占香气总量的3.86%～12.28%，分别为顺-茉莉酮、苯甲醛、β-紫罗酮和β-环柠檬醛；检出的酯类物质共有9 种，占香气总量的9.77%～14.80%，分别为顺-己酸-3-己烯酯、水杨酸甲酯、2-甲基己基丁酸酯、二甲基戊酸甲酯、己酸己酯、反-丁酸-3-己烯酯、香叶酸甲酯、丙烯酸丁酯和茉莉酸甲酯；此外，检出含氮化合物2 种，分别为吲哚和1-乙基-2-甲酰吡咯，占香气物质总量的1.87%～8.08%；检出含硫化合物二甲硫，占香气物质总量的1.17%～7.57%；检出杂氧化合物2-正戊基呋喃，占香气物质总量的0.41%～0.70%。总的来说，嫩香型绿茶香气组分中，醇类化合物相对含量最高，其次是碳氢类和酯类。从检出的单个香气成分含量来看，相对含量较高的有香叶醇、β-芳樟醇、苯乙醇、δ-杜松烯、顺-茉莉酮、二甲硫、水杨酸甲酯、2-甲基己基丁酸酯、二甲基戊酸甲酯、L-菖薄烯、吲哚和橙花叔醇。从香气检测结果来看，嫩栗香型绿茶与叶国注等[22]通过加工工艺处理后得到的板栗香型绿茶在香气成分种类和数量上均有较大不同。

2.2 供试茶样的香气物质主成分分析

以检出的42 种香气成分构成6×42 的矩阵，采用SPSS 18.0 软件作主成分分析，按剔除最小特征值主成分对应的特征向量原则[17]，一次剔除一个变量，经有限次剔除后，保留了X1、X4、X12、X15、X18、X21、X22、X25、X30、X31、X33、X34、X37和X39变量，分别为δ-杜松烯、α-法尼烯、α-摩勒烯、β-芳樟醇、橙花叔醇、α-萜品醇、橄榄醇、橙花醇、顺-己酸-3-己烯酯、水杨酸甲酯、二甲基戊酸甲酯、己酸己酯、丙烯酸丁酯和二甲硫。将以上14 个香气组分作为变量进行主成分分析，得到2 个主成分（详见表2），第一主成分和第二主成分的贡献率分别为49.223%和38.173%，累计贡献率为87.396%，基本保留了原始变量的信息。

由表3 可知，第一主成分F1=0.771X1+0.191X4+ 0.284X12-0.718X15+0.801X18-0.991X21+0.836X22-0.794X25+0.192X30-0.590X31+0.856X33-0.143X34+0.877X37-0.897X39，说明所有茶样在这14 个香气成分上占方差贡献率的49.223%，代表变量为X1、X18、X22、X33、 X37；第二主成分F2=0.444X1+0.945X4+0.921X12-0.574X15+ 0.024X18+0.053X21-0.446X22-0.472X25+0.913X30+ 0.799X31-0.351X33+0.957X34-0.346X37+0.142X39，说明所有茶样在这14 个香气成分上占方差贡献率的38.173%，代表变量为X4、X12、X30、X31、X34。分析结果表明，主成分分析得出的14 个香气成分为嫩栗香型绿茶的特征性香气成分。

2.3 供试茶样的香气质量评价

以不同特征值的方差贡献率βi（i=1，2，…，k）为加权系数，利用综合评价函数F=β1F1+β2F2+…+βkFk计算6 个栗香型茶样香气得分，根据得分对茶叶香气质量进行评价，并将结果与感官审评结果进行对比（表4）。由表4 可知，综合评价函数计算得到的结果与感官审评结论一致，可用于嫩栗香茶叶的质量评价。

3 结论与讨论

从6 个供试茶样的香气成分统计结果来看，醇类化合物含量最高，其次是碳氢类、酯类和醛酮类；检出的单个香气成分中，相对含量较高的有香叶醇、β-芳樟醇、苯乙醇、δ-杜松烯、顺-茉莉酮、二甲硫、水杨酸甲酯、2-甲基己基丁酸酯、二甲基戊酸甲酯、L-菖薄烯、吲哚和橙花叔醇；其中，相对含量最高的香叶醇具有蔷薇系温和的花香，而β-芳樟醇、苯乙醇、顺-茉莉酮、橙花醇等分别呈现天然花香、果香及甜香。这些典型的风味物质与其他挥发性物质相互作用，构成了湘西山区春季嫩栗香型绿茶的独特香气。

茶叶香气成分的绝对含量、比例、阈值等因素综合作用，构成了茶叶香型、香气特征的多维性，这也增加了茶叶香气分析的复杂性。主成分分析是一种能在保持原始资料大部分信息的基础上，将变量数较多且变量间有不同程度相关系数的数据转换成一组变量数较少、且变量间相互独立的新数据的方法[23-27]。试验采用主成分分析，得出了嫩栗香型绿茶的特征香气成分，分别为δ-杜松烯、α-法尼烯、α-摩勒烯、β-芳樟醇、橙花叔醇、α-萜品醇、橄榄醇、橙花醇、顺-己酸-3-己烯酯、水杨酸甲酯、二甲基戊酸甲酯、己酸己酯、丙烯酸丁酯和二甲硫。试验通过综合评价函数构建香气质量评价模型，所得结论与传统感官审评结果具有高度一致性，为茶叶香气评价和特征香型鉴定提供了理论依据。从试验结果看，供试茶样检出的相对含量较高的成分与主成分分析所得特征香气成分不完全相同。鉴于此，后期试验将进一步分析特征香型茶叶的关键呈香成分及其影响因素，以揭示茶叶香气内在物质基础及外部香型呈现之间的内在联系。