汉中绿茶重要香气成分及其在加工过程中的变化研究

刘珍珍，陈小华，李崇勇，杨培君

1. 内江师范学院 地理与资源科学学院，四川 内江 641000；2. 陕西理工大学 生物科学与工程学院，陕西 汉中 723001；3. 陕西理工大学 陕西省资源生物重点实验室，陕西 汉中 723001；4. 汉中市食品药品检验检测中心，陕西 汉中 723001

茶是当今世界除水以外消费量最大的饮料[1]。 我国作为全球最大的绿茶主产国，茶产区主要分布于包括陕西省在内的18 个省市区[2]。汉中盆地位于陕西省西南部，地处我国茶区最北缘，是我国北方地区最大的优质绿茶生产基地，主产炒青绿茶[3]。该地北依秦岭，南屏巴山，所产绿茶具有“香高、味浓、耐冲泡”的特点[4]。

香气是决定茶叶品质和市场价值的重要因子[1]。现已从各类绿茶中鉴定出200 余种挥发性物质，其中对绿茶香气具有重要贡献的化合物约30 种[5]。茶叶中香气物质的产生受多种因素的影响，如茶树品种及其生长环境、栽培管理措施、鲜叶采摘时间以及加工工艺等[6]。汉中绿茶产区主要分布于海拔1000～1500 m、纬度32°～37°、年平均降雨量800～1300 mm、年日照时数2000 h 与年平均温度14℃的秦岭和巴山山区[7]，加工工艺流程主要包括摊青、杀青、揉捻 和干燥（二青、三青和足干）等[8]；独特的地理气候环境和加工工艺使得汉中绿茶呈现出以青香和板栗香为主、花香次之的香气特征。

茶叶香气物质提取是茶叶香气研究的前提。近二十年来，已有多种方法被用于提取茶叶香气物质，主要有溶剂辅助香气蒸发提取法（solvent-assisted flavor evaporation，SAFE）、固相萃取法（solid phase extraction，SPE）、同时蒸馏萃取提取法（simultaneous distillation and extraction，SDE）、搅拌吸附提取法（stir bar sorptive extraction，SBSE）和固相微萃取法（solid phase microextraction，SPME） 等[1]。SPME 法是一种快速、有效和简便收集挥发性物质的方法。该方法不但可用于收集干茶叶和茶汤中的挥发性物质，亦可用于提取正常生长中的茶鲜叶实时释放出的挥发性物质[1]。与当前广泛使用的SDE 法相比，SPME 避免了SDE 法提取过程中由于高温引起的降解、氧化和热反应导致的香气“失真”，使提取的香气物质更接近于茶叶本身[1,9]。与SAFE 法相比，SPME 提取法更方便快捷（提取浓缩一步到位）和环保（无有机溶剂参与）[1]。

目前，关于汉中炒青绿茶中香气成分在加 工过程中的变化研究未见报道。本试验采用SPME 方法提取汉中炒青绿茶关键加工阶段茶叶中的香气物质，使用气相色谱质谱联用技术（gas chro- matography-mass spectrometry，GC-MS）结合香气气味特征对其重要香气物质在加工过程中的变化进行检测分析，旨在为今后汉中炒青绿茶加工工艺的改进和香气品质的提升提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

茶树品种为紫阳群体种，鲜叶标准为一芽二叶，于2019 年5 月10 日采自陕西理工大学秦巴红茶研究所西乡试验站。

1.2 仪器与设备

气相色谱-质谱联用仪（Shimadzu GC-MSTQ8040, Japan），色谱柱：Inert Cap-purWax（30 m×0.25 mm×0.25 µm, Shimadzu, Japan），固相微萃取头（DVB/CAR/PDMS/50/30μm, Supleco, USA），恒温磁力搅拌水浴锅（HH-J4，金坛市精达仪器制造厂），万分之一电子天平（ME104, Mettler Toledo），竹篾垫（自制），滚筒杀青机（XHB-XQ100，福建安溪鑫恒宝机械），揉捻机（ND-55，安溪县南丹机械厂），干燥机（XHB-400，福建安溪鑫恒宝机械），电子数显温度计（WST-101，上海飞龙仪表电器有限公司）。

1.3 方法

1.3.1 茶样加工

摊青：采摘后的茶鲜叶于竹篾垫中摊晾5 h（摊叶厚度5 cm，室内温度22±2℃）；杀青：摊青适度后的鲜叶于滚筒杀青机中杀青8 min（杀青温度260±2℃）；揉捻：杀青后的茶叶晾至室温后于揉捻机中揉捻40 min；干燥：揉捻后的茶叶在烘干机中于120±2℃温度下干燥40 min 后制得成品茶。

1.3.2 茶样采集

茶叶样品分别在茶叶各加工阶段（鲜叶采摘、摊青、杀青和干燥）结束后进行采集，经液氮冷冻后于-80℃冰箱中保存直至分析。

1.3.3 茶叶香气萃取及热脱附

茶叶香气物质萃取采用SPME 方法进行。称取5.0 g 经液氮研磨的茶叶样品置于50 mL 顶空瓶中，将SPME 纤维萃取头插入顶空瓶中并于45℃水浴锅中萃取30 min，萃取结束后立即将萃取头插入气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）进样口（200℃）热脱附3 min。每样品萃取不少于3 次。

1.3.4 GC-MS 检测

GC 参数如下：升温程序为40℃保持5 min， 然后以 3 ℃/min 升温至 220 ℃。进样方式为不分流进样，进样口温度200℃，柱流量 1.2 mL/min， 载气控制方式为恒线速度方式。MS 参数如下：传输线温度（接口温度）为230℃，电离方式为EI 源（70 eV），离子源温度为200℃，质谱扫描范围为20～200 u，采集方式为Q3 scan。

1.3.5 定性定量分析

定性分析：质谱数据首先采用GC-MS 自带的NIST14 标准谱库进行检索，然后使用实验室基于香气化合物标准品自建的香气物质质谱库（约300 种香气化合物）进行进一步检索，最后通过对这二种谱库检索的结果进行综合分析，对未知化合物进行最终鉴定。定量分析：采用峰面积归一法进行，对鉴定的化合物进行相对定量。

1.3.6 数据分析与处理

平均值和相对标准偏差使用Excel 软件（Version 2010, Microsoft, USA）进行分析，差异显著性使用IBM SPSS Statistics 软件（Version 22, IBM Crop., USA）进行分析。

2 结果与分析

2.1 汉中绿茶香气成分

汉中绿茶通常被认为具有明显的青香和板栗香气，花香则较弱。定性定量及气味特征分析结果显示（表1 和图1），汉中绿茶香气中存在多种气味化合物，其中主要以花香化合物为主（48.14%），其次为青香（18.14%）化合物，对板栗香具有重要作用的坚果香化合物含量则较低（0.06%）。现有研究表明，芳樟醇及其氧化物I～IV（花香气）、香叶醇（玫瑰香气）和β-紫罗兰酮（紫罗兰香气）、(Z)-3-己烯醇（青香气）和E-己酸叶醇酯（青香气）、2-乙基-5-甲基吡嗪（坚果香气）、苯并噻唑（坚果香气）和2-乙酰基吡咯（坚果香气）被认为是各类绿茶中花香气、青香气和板栗香气的重要贡献化合物[10-14]。这些重要的香气化合物在本试验汉中绿茶样中被鉴定出来，其中以芳樟醇含量最高（13.62%），其次为E-己酸叶醇酯（10.20%）、芳樟醇氧化物I～IV（4.87%、8.18%、1.33%和5.96%）和香叶醇（5.07%），(Z)-3-己烯醇（0.94%）、β-紫罗兰酮（0.07%）、2-乙基-5-甲基吡嗪（0.02%）、苯并噻唑（0.02%）和2-乙酰基吡咯（0.02%）含量则较低。Baba 和 Kumazawa 等人[10-11]采用固相萃取（SPE）和溶剂辅助香气蒸发 （SAFE）等方法从中国炒青绿茶中提取出另外4 种重要的低含量坚果香气化合物包括2-乙基-3,5-二甲基吡咯、2,3-二乙基-5-甲基吡咯和2-乙基噻唑和2-乙基-2-噻唑，在本试验样中未被鉴定出来，目前通过使用SPME 方法提取绿茶香气的研究中这些化合物亦均未见报 道[15-20]。

与国内其他产区绿茶相似[15-20]，汉中绿茶香气中也存在高含量的芳樟醇和香叶醇，但芳樟醇氧化物和E-己酸叶醇酯含量显著高于国内其他产区绿茶。这可能与茶树品种、茶叶生长所处的地理气候环境以及加工工艺等有很大的关系[6]。在本试验汉中绿茶样中，尽管花香化合物含量显著高于青香和坚果香化合物，但该绿茶却被认为具有明显的青香和板栗香，花香反而较弱。这可能归因于茶香气的形成除与气味物质的浓度有关外，还受到包括挥发度、气味阈值以及气味物质之间的协同和遮盖作用等诸多因素的影响[21]。有研究表明，尽管坚果香气化合物含量很低，但由于气味阈值远低于花果香气化合物，使得坚果香气强度远高于花果香气[7,21-25]。此外，在试验绿茶样中花香气贡献化合物主要为醇类及其氧化物如香叶醇和芳樟醇及其氧化物，青香气贡献化合物主要为烯醇类化合物如(Z)-3-己烯醇，由于前者的挥发度显著低于后者，使得青香气更容易被感知[7,21-25]。 可见，汉中绿茶中的这些香气物质在其青香气和花香气形成过程中扮演重要角色。

表1 汉中绿茶香气成分及其在加工中的变化Table 1 Aroma components of Hanzhong green tea and their changes during processing

续表1

2.2 汉中绿茶香气物质在加工中的变化

图2 汉中绿茶重要香气物质在加工中的变化Figure 2 Changes of important aroma compounds in Hanzhong green tea during processing

结果显示，汉中绿茶香气化合物受到加工工序的影响较大（图2）。与鲜叶相比，青香气化合物经摊青含量显著增加，经杀青和干燥工序后显著降低（图2A）；花香气化合物含量变化表现出同样的趋势，仅变化幅度相对较小，经摊青后含量明显增加，经杀青和干燥工序后分别较前一工序降低（图2B）。坚果香气化合物则随着摊青、杀青、干燥工序的推进分别呈现明显或显著增加（图2D）。其中 (E)-己酸叶醇酯和芳樟醇分别在摊青和杀青后含量均显著增加，在干燥后则分别显著下降（图2A 和2B）；香叶醇和β-紫罗兰酮含量经摊青后含量显著增加，但经杀青和干燥工序后均呈显著下降（图2B 和2C）；(Z)-3-己烯醇在摊青阶段呈下降趋势，经杀青后含量达到最低，干燥完成略有增加（图2A）；芳樟醇氧化物I ～IV 含量则随加工工序的推进逐渐增加（2C）。苯并噻唑、2-乙基-5-甲基吡嗪和2-乙酰基吡咯在鲜叶和摊青阶段均未检出，经杀青后有少量产生，干燥完成有增加（图2D）。

花香气和青香气化合物在摊青阶段大量积累的现象在杨春等人[20]的研究中也有报道，这可能与茶鲜叶在摊青过程中由脱水胁迫诱导的脱落酸（ABA）大量合成有关[26]。花香气和青香气化合物主要来源于萜类、脂肪酸和类胡萝卜素代谢途径，其生物合成前体均位于ABA 代谢通路的上游[1,27-29]，ABA 在摊青阶段的大量合成可能诱导了上游代谢流的显著增加或关键酶表达量提高，进而促进了这些香气化合物的大量合成。本试验结果还显示，一些花香和青香气化合物如芳樟醇和E-己酸叶醇酯除了在摊青阶段进行大量合成外，经杀青工序亦进行了一定量的积累。这可能由于杀青过程中茶鲜叶细胞并未被立刻杀死，加热可能进一步促进了茶叶片的脱水程度及ABA 的积累[10]。可见，茶鲜叶经适度摊青更有助于青香和花香化合物的合成和积累。芳樟醇氧化物经干燥含量显著增加可能归因于芳樟醇在干燥阶段的热氧化反应，定量结果可看到芳樟醇含量经干燥后显著降低，减少的部分可能在加热过程中转化为各种芳樟醇氧化物。绿茶花香的形成除与摊青工艺有关外，还受到干燥工艺的显著影响。坚果类化合物经干燥工序显著增加主要归因于这类化合物为米拉德反应的产物，高温有利于这类化合物的化学合成[29]。

3 结论

汉中绿茶被认为具有明显的青香和板栗香气以及弱的花香气。本试验采用SPME 技术结合GC-MS 和气味特征分析对汉中烘青绿茶加工过程中重要香气化合物的变化进行了检测分析。结果表明，汉中绿茶香气主要以花香化合物为主，其次为青香化合物，坚果香化合物较少。其中，对花香形成具有重要贡献的化合物7 种，分别为芳樟醇及其氧化物I～IV、香叶醇和β-紫罗兰酮；对青香气形成具有重要贡献的化合物2种，分别为(Z)-3-己烯醇和E-己酸叶醇酯；对坚果香气形成具有重要贡献的化合物3 种，分别为2-乙基-5-甲基吡嗪、苯并噻唑和2-乙酰基吡咯。此外，一些对坚果香气形成具有重要贡献的化合物如2-乙基-3,5-二甲基吡咯、2,3-二乙基-5-甲基吡咯、2-乙基噻唑和2-乙基-2-噻唑可能也存在，但在本次试验茶样中并未被检测到，可能与提取方法有很大关系。这些香气化合物受加工工艺的显著影响。青香气化合物经摊青之后含量显著增加，杀青和干燥后则显著降低；花香气化合物经摊青和杀青工艺含量显著增加，在干燥后则显著降低；坚果香气化合物在加工过程中含量随着加工工序的推进逐渐增加。其中 (E)-己酸叶醇酯和芳樟醇分别在摊青和杀青后含量均显著增加，在干燥后则分别显著下降（图2A 和2B）；香叶醇和β-紫罗兰酮含量经摊青后含量显著增加，但经杀青和干燥工序后均呈显著下降（图2B 和2C）；(Z)-3-己烯醇在摊青阶段呈下降趋势，经杀青后含量达到最低，干燥完成略有增加（图2A）；芳樟醇氧化物I～IV 含量则随加工工序的推进逐渐增加（2C）。苯并噻唑、2-乙基-5-甲基吡嗪和2-乙酰基吡咯在鲜叶和摊青阶段均未检出，经杀青后有少量产生，干燥完成后增加。