不同焙火程度的武夷岩茶挥发性成分分析研究

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。