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不同焙火程度的武夷岩茶挥发性成分分析研究

2020-10-14何杉杉彭禹熙王晓蕊贺志兴杨文春杜丽平

食品研究与开发 2020年20期
关键词:茶样岩茶武夷

何杉杉,彭禹熙,王晓蕊,贺志兴,杨文春,杜丽平,*

(1.工业微生物教育部重点实验室,天津市工业微生物重点实验室,天津科技大学生物工程学院,天津300457;2.武夷山市首席岩茶厂,福建武夷山354303)

武夷岩茶历史悠久,以“岩骨花香”之岩韵深受广大消费者的青睐。武夷山处于中亚热带地区,具有降雨量大、湿度大、雾日长等独具优势的地域环境。传统的武夷岩茶加工工艺包括:采摘-萎凋-做青-炒青-揉捻-焙火-拣剔-复焙-团包-补火等复杂工序。其特定的地域环境和加工工艺赋予了武夷岩茶独特的品质特征。焙火是武夷岩茶加工工艺中的关键工序,也是形成特有香韵的关键步骤。在焙火过程中,茶叶在热力作用下其内含成分发生一系列的化学反应如脱水糖化(熟化)、异构化、氧化及后熟作用[1-2],使得加工过程中形成的香气趋于协调,对茶叶品质的提升有重要作用[3-4]。焙火温度的掌握对香气成分的形成具有重要意义。

茶叶香气含量甚微,要对其进行分析,需要先经过前处理浓缩、富集,然后进行仪器分析。常用的前处理方法有:同时蒸馏萃取[5](simultaneous distillation ex traction,SDE)、顶空固相微萃取[6](headspace solid phase microextraction,HS-SPME)、液液萃取等。常用的分析方法有:气相色谱-质谱联用[7-8](gas chromatographymass spectrometry,GC-MS)、电子鼻[9-10](electronic nose,E-nose)、气相色谱嗅闻[11](gas chromatography-olfactometry,GC-O)。江山等[12]对安徽条形乌龙茶采用SDE进行前处理,利用GC-MS(DB-5色谱柱)对茶样进行香气成分分析发现芳樟醇氧化物、反式香叶基丙酮、豆蔻酸、异植醇、甲基吡嗪、糠醛、2-乙酰基呋喃、2,5-二甲基吡嗪、5-甲基糠醛等香气成分随着焙火温度的升高而升高,最后得出中温焙火条件下的茶样品质最佳。孙君等[13]对福建丹桂乌龙茶采用SDE进行前处理,利用GC-MS(DB-17MS色谱柱)对烘焙的样茶香气研究发现经变温烘焙后,茶叶中的醇类、醛类、含氮化合物、碳氢化合物含量相对较高。得出在第Ⅲ阶段温度是影响茶香气感官的主要阶段。王登良等[14]对广东岭头单纵乌龙茶采用SDE前处理,GC-MS(HP-5色谱柱)考察焙火前后茶样的香气组分变化,发现经过焙火工序后,具有清新花香的香气组分相对含量减少,但具有果香的香气组分相对含量增加。刘远方等[15]用电子鼻对信阳磨盘山茶场2种质量等级的信阳毛尖进行分析,采用主成分分析(principal component analysis,PCA)可以很好的把2种质量等级的茶样区分开来。

本研究以不同焙火程度的武夷岩茶为研究对象,采用电子鼻对不同焙火程度的武夷岩茶样品进行分类,进一步采用HS-SPME结合GC-MS对样品中的挥发性成分进行鉴定,探讨焙火程度对武夷岩茶挥发性成分形成的影响,为提升武夷岩茶茶叶品质提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

不同焙火程度武夷岩茶(水仙)样品:A轻火;B中轻火;C中火;D足火,由武夷山市首席岩茶厂提供。

Heracles快速气相电子鼻:法国阿尔法莫斯公司;HS100自动进样器、10 mL顶空进样瓶:美国安捷伦科技有限公司;IT-09A5恒温磁力搅拌器:上海一恒科学仪器有限公司;50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取纤维头、固相微萃取手柄:美国Supelco公司;7890A-5975C气相质谱-质谱联用仪:美国安捷伦科技有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 电子鼻检测

1.2.1.1 样品制备

在20 mL顶空样品瓶中加入5mL超纯水、1 g武夷岩茶茶样、1.5 g氯化钠,加盖密封,80℃下振摇15 min,放于顶空自动进样器样品盘中。每个样品重复3次。

1.2.1.2 分析条件

载气(H2)流量 160 mL/min;顶空时间 900 s,顶空温度 80 ℃;进样量 5 000 μL,进样速度 125 μL/s,进样口温度250℃;捕集阱温度40℃,解析温度250℃;柱温40℃,保持1 s,4℃/s升至280℃;氢火焰离子化检测器(flame ionization detector,FID)温度 280℃;采集时间120 s,振摇时间15 min,振荡温度80℃,利用电子鼻自带软件进行分析。

1.2.2 HS-SPME结合GC-MS检测

1.2.2.1 样品制备

称取粉碎的武夷岩茶茶样4 g,放入100 mL顶空瓶中,加入12 mL超纯水,用四氟乙烯密封瓶口,80℃平衡10 min后,将萃取纤维头(GC进样口250℃老化30 min)插入顶空瓶顶空部位萃取60 min,取出后立即插入GC-MS进样口,解吸5 min,同时启动仪器收集数据,每个样品重复3次。

1.2.2.2 分析条件

色谱(GC)条件:CP-WAX52B石英毛细管柱(60 m×0.25 mm×0.5 μm);进样口温度 250℃;载气(He)流速1.0 mL/min;不分流进样;升温程序:起始柱温40℃,保持3 min,以4℃/min升至150℃,保持1 min,再以5℃/min升至250℃,保持3 min。

质谱(MS)条件:EI源;离子源温度 230℃;四极杆温度150℃;电离能量70 eV;传输线温度280℃;扫描范围 m/z 35~450。

1.3 成分分析

利用电子鼻自带软件进行主成分分析;GC-MS数据由NIST 08标准谱库检索比对,确定其化学成分;采用峰面积归一化法计算各化学成分的相对含量。利用SIMCA-P12(Umetrics,Umea,Sweden)软件通过偏最小二乘法(partial least squares discriminant analysis,PLSDA)对不同焙火程度武夷岩茶的挥发性成分贡献度进行判定。

2 结果与分析

2.1 电子鼻结果分析

电子鼻对焙火程度不同的武夷岩茶进行PCA,结果见图1。

图1 电子鼻区分不同焙火程度武夷岩茶香气成分PCA图Fig.1 Electronic nose distinguishes different baking degree Wuyi rock tea aroma PCA map

由图1可知,PC1贡献率为98.67%,PC2贡献率为1.33%,2个主成分累计贡献率已经达到100%,说明第一、第二主成分基本包含了全部指标具有的信息,能够反映样品的整体信息。对于二维图谱而言,样品在横坐标上的距离越大,说明它们之间的差异越大。

由图1看出,4种茶样分别分布在4个象限中,没有交叉重叠,分布具有区域性。其中样品A和样品B差异较小,与样品C差异较大,与样品D差异最大。说明在加工过程中焙火程度不同,产生的挥发性成分也有明显的差异。为了进一步了解样品间存在的差异物质,随后采用GC-MS对武夷岩茶样品挥发性成分进行全组分分析。

2.2 不同焙火程度下武夷岩茶各类挥发性成分的对比及差异分析

GC-MS检测结果见表1,4种武夷岩茶茶样共鉴定出86种化合物,其中样品A、B、C、D分别鉴定出53种、44种、57种和70种,主要包括醇类、碳氢化合物、酯类、酮类、醛类和含氮化合物。样品D中检测到醇类、酮类、酯类和含氮类化合物种类最多,样品C中检测到醛类化合物的种类比其它3个样品多,样品A中酯类化合物的种类明显低于其它3个样品,样品B中碳氢类和醛类化合物种类最少。

表1 不同焙火程度武夷岩茶挥发性成分Table 1 Volatile components of different baking degree Wuyi rock tea

续表1 不同焙火程度武夷岩茶挥发性成分Continue table 1 Volatile components of different baking degree Wuyi rock tea

续表1 不同焙火程度武夷岩茶挥发性成分Continue table 1 Volatile components of different baking degree Wuyi rock tea

由表1可以看出不同程度焙火处理的茶样中香气组分差别较大,其中含量变化最大的为:δ-癸内酯和植醇。δ-癸内酯属于酯类,具果香,植醇具有特殊的樟脑气味[16]。在样品A中δ-癸内酯占总香气的15.28%,在样品B中植醇占总香气的10.99%,随着焙火程度的进一步加深相对含量降低。大部分醇类物质的相对含量随着温度升高呈降低趋势。这可能是由于醇类物质在热作用下发生了氧化,也可能是因为焙火过程中高温促使部分低沸点的醇类香气挥发[14,17]。

此外,芳樟醇是茶叶的主要赋香成分[18],焙火茶样中芳樟醇相对含量存在明显差异。芳樟醇在样品A中相对含量为5.13%,随着焙火程度的加深相对含量呈下降趋势,这与陈贤明等[19]的试验结果一致。醇类物质进一步反应会产生酮类物质和酯类物质。3-己酮和己酸烯丙酯随焙火程度的升高,相对含量呈上升趋势。随焙火程度的增加,2-乙基-5-甲基吡嗪(0.37%)、2-(3-甲基丁基)-3,5-二甲基吡嗪(0.50%)只在样品D中检出,这是由于茶样在焙火过程中发生了美拉德反应,产生了一些具有烘烤香的物质[16,20-21]。呈花香味的吲哚和咖啡因随温度的升高相对含量呈降低趋势,可能是因为随着焙火温度的升高,部分美拉德反应产物挥发或向其他物质转化[20]。

2.3 PLS-DA分析

通过PLS-DA对GC-MS数据进行处理,结果见图2。

图2 PLS-DA得分图Fig.2 PLS-DA-score plot

PLS-DA能有效区分不同香气的茶,变量投影重要度(variables important in the projection,VIP)(VIP>1)较大的有15种成分,说明这些成分是区分不同类型茶的关键挥发性物质PLS-DA分析挥发性成分的变量投影重要度图见图3。

图3 PLS-DA分析挥发性成分的变量投影重要度图Fig.3 PLS-DA analysis of volatile components variables important in the projection diagram

结合表1与图3可知,这些物质有:苯甲酸正己酯、香叶基丙酮、乙酸甲酯、2-甲基丁醛、1-戊烯-3-醇、香叶酸甲酯、1H-吡咯-2-甲醛、芳樟醇氧化物Ⅰ、3-(苯甲氧基)-1-丙醇、芳樟醇氧化物Ⅱ、对薄荷-4-烯-3-酮、2-甲氧基-5-甲基-苯胺、1-辛醇,3-甲基-1H-吲哚、8-雪松烯-13-醇,它们对区分不同焙火程度武夷岩茶的贡献最大。

3 结论

本试验采用电子鼻结合HS-SPME结合GC-MS对不同焙火程度的武夷岩茶茶样的挥发性成分进行差异性分析,结果表明:电子鼻能够区分不同焙火程度的武夷岩茶茶样。HS-SPME结合GC-MS可以检测出挥发性香气成分的种类和含量,不同焙火程度武夷岩茶茶样共鉴定出86种化合物,主要以酯类、醇类和酮类化合物为主。焙火程度是影响武夷岩茶香气形成的重要因素,加强焙火过程温度的控制管理,对保证产品品质有重要意义。

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