“周宁高山云雾茶”绿茶风味成分分析研究

倪子鑫,周子维,刘彬彬,高 峰,李林金,武清扬,邓慧莉,孙 云,*

(1.福建农林大学园艺学院，茶学福建省高校重点实验室,福建福州 350002; 2.福建省农业厅,福建福州 350001; 3.周宁县茶业管理局,福建周宁 355400)

周宁县位于福建省东北部,最低海拔65 m,最高海拔1506 m,平均海拔800 m,气候条件优越[1-2]。周宁县为全国重点产茶县[3],其地理标志证明商标产品“周宁高山云雾茶”以优质炒青绿茶为代表,香气清新馥郁，滋味鲜浓醇厚,具独特高山雅韵[4]。高山茶自古以来被誉为高品优质茶的代表[5],芽叶肥壮、色绿、条索紧结、香气馥郁、滋味鲜浓醇厚[6]。“周宁高山云雾茶”香气鲜嫩、清高持久,滋味浓厚鲜爽[7]的优良品质是内外因素综合作用的结果,研究表明海拔越高,茶叶中呈甜香、花香和木香的萜烯类含量越高,茶多酚含量越低,氨基酸含量越高,酚氨比越低,构成鲜醇的滋味[8-12];而茶园所在环境条件的不同均会对茶叶品质造成影响,如相对低温、丰富的漫射光散射光、相对较高的湿度、有机质含量高且呈砂砾状土壤均对高山好茶品质形成具有重要作用[13-18]。

福建省乌龙茶品种种质资源丰富,乌龙茶天然馥郁的花果香是其与其他茶类相区分的重要特征之一[19],部分采用乌龙茶品种付制的绿茶、白茶、红茶等茶类的香气与滋味品质得到了明显提高[20-24],但目前关于乌龙茶品种与传统菜茶品种中滋味与香气成分差异研究较少。本研究选用不同海拔、品种具代表性优质“周宁高山云雾茶”炒青绿茶为试验材料,旨在分析“周宁高山云雾茶”绿茶总体品质风味特征以及不同海拔、品种间特征成分差异,为栽培品种选择、栽培条件的改善、产品品质定位提升及标准化的制定提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

14个样品 选自周宁县海拔200～900 m间的8个乡镇不同品种的“周宁高山云雾茶”绿茶,其中低海拔(200～400 m)茶样4个,中海拔(600～800 m)茶样6个,高海拔(820～900 m)茶样4个。绿茶品种分为菜茶品种和乌龙茶品种(金观音、梅占、金牡丹、金萱、软枝乌龙),且每个海拔分组内菜茶品种与乌龙茶品种数量相当(表1)；1% AlCl3溶液、乙腈、正丁醇、乙酸乙酯、甲醇、草酸、茚三酮、碳酸钠、碳酸氢钠、10% 福林酚试剂、95%乙醇、氯化亚锡、磷酸氢二钠、磷酸二氢钾、没食子酸标准储备溶液、碱式乙酸铅、0.01 mol·L-1盐酸溶液、4.5 mol·L-1硫酸溶液、咖啡碱标准液 市售。

表1 样品信息Table 1 Information of samples

Agilent 7890B气相色谱仪 美国安捷伦公司;MPS自动进样器 德国哲斯泰公司;Pegasus高通量飞行时间质谱 美国力可公司;多功能酶标仪 瑞士帝肯公司;UV-2800AH紫外可见光光度计 尤尼克(上海)仪器有限公司;722S 可见光分光光度计 上海光谱仪器有限公司;LXJ-IIB冷冻高速离心机 上海安亭科学仪器厂;DK-S24电热恒温水浴锅 上海精宏实验设备有限公司;BSA124S分析天平 德国赛多利斯公司;DHG-9000电热鼓风恒温干燥箱 苏州江东精密仪器有限公司;SHB-Ⅲ循环水式真空泵 郑州长城科工贸有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 生化成分的测定 黄酮的测定采用AlCl3比色定量法[25];茶多酚根据国家标准 GB/T 8313-2008[26],采用福林酚法测定；水浸出物根据国家标准 GB/T 8305-2013[27]测定;游离氨基酸总量根据国家标准 GB/T 8314-2013[28],采用水合茚三酮比色法测定;咖啡碱根据国家标准 GB/T 8312-2013[29],采用紫外分光光度法测定。

1.2.2 SPME-GC-MS香气测定 茶样称取:称取2.0 g磨碎茶样转移至固相微萃取(SPME)螺纹瓶中,旋紧带有硅胶隔垫的螺纹瓶盖。

香气提取:参照刘彬彬等[30]的方法,萃取头(65 μm PDMS/DVB固相微萃取头)老化温度250 ℃,老化时间30 min。孵育温度:80 ℃,孵育时间31 min。样品香气提取时间为60 min,解吸附时间3.5 min。

色谱条件:采用Rxi®-5silMS毛细管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm,320～350 ℃);进样方式为不分流进样。GC进样口温度250 ℃,GC-MS连接接口温度275 ℃,载气采用纯度>99.999%氦气,过柱流速1 mL·min-1,清洗气流速3 mL·min-1;程序升温:起始温度50 ℃保持5 min后,先以3 ℃·min-1速率升温至210 ℃后保持5 min,再以15 ℃·min-1速率升温至230 ℃。

质谱条件:离子源温度250 ℃,电子能70 eV;质谱检测器电压:1530 V;采集速率:10 spectra·s-1;质量范围:30～500 u;质谱数据采集时间200 s。

1.3 数据处理

GC-TOF-MS获得的原始数据通过Chroma TOF软件分析处理,总离子色谱图通过美国国家标准与技术研究院(NIST)谱库进行化合物成分检索,并结合保留时间和质谱进一步确认香气类别。

方差分析采用SPSS软件中Tukey法检验方差齐次性。各香气组分含量采用归一化处理,即计算各香气峰面积与所有香气峰面积之和的百分比。采用SIMCA14.1软件进行主成分分析(PCA)与偏最小二乘法判别分析(PLS-DA),筛选VIP>1并且P<0.05的香气成分。

2 结果与分析

2.1 “周宁高山云雾茶”绿茶生化特征分析

周宁绿茶主要滋味物质的生化成分含量测定结果见表2。其中,水浸出物含量范围为37.39%～51.36%,均值为44.78%;黄酮含量为5.93～12.17 mg·g-1,均值为8.14 mg·g-1;茶多酚含量为7.22%～18.12%,均值为13.66%;氨基酸含量为2.43%～3.55%,均值为3.01%;咖啡碱含量为3.57%～6.40%,均值为4.93%;酚氨比2.44～6.54,均值为4.47。

表2 “周宁高山云雾茶”绿茶生化成分含量Table 2 Biochemical components of “Zhouning Cloud-Mist Mountain Tea” green tea

水浸出物是评价茶汤滋味厚薄的因素之一,往往水浸出物越多,茶汤滋味越浓厚[31]。对不同海拔区间绿茶水浸出物含量进行分析,结果如图1。周宁地域绿茶内含物质丰富,高海拔地区茶叶水浸出物含量为42.47%,中低海拔地区水浸出物含量为45.01%～46.17%,均大于40%,不同海拔之间差异不显著(P>0.05)。

图1 不同海拔、品种“周宁高山云雾茶”绿茶水浸出物含量Fig.1 Water extracts content in different altitudes and varieties of “Zhouning Cloud-Mist Mountain Tea” green tea注:不同小写字母间表示差异显著(P<0.05)。

不同品种绿茶水浸出物含量T检验结果显示,菜茶品种水浸出物平均为42.96%,显著低于乌龙茶品种(46.59%)(P<0.05)。

黄酮属于多酚类化合物,可以增强茶汤中咖啡碱与儿茶素的苦涩味[32]。不同海拔范围绿茶黄酮含量平均值结果如图2。中海拔绿茶黄酮含量最高,略高于低海拔绿茶。高海拔地区黄酮含量最低(7.06 mg·g-1),与中低海拔地区黄酮含量(8.47～8.64 mg·g-1)差异极显著(P<0.01)。

图2 不同海拔、品种“周宁高山云雾茶”绿茶黄酮含量Fig.2 Flavonoid contents in different altitudes and varieties of “Zhouning Cloud-Mist Mountain Tea” green tea注:不同大写字母间表示差异极显著(P<0.01);图3、图4、图6同。

不同品种黄酮含量T检验结果显示,菜茶品种黄酮平均含量为8.91 mg·g-1,极显著高于乌龙茶品种(7.37 mg·g-1)(P<0.01)。

咖啡碱是茶汤中呈苦味的物质[33]。对不同海拔区间绿茶咖啡碱含量进行分析,结果如图3。咖啡碱的含量随海拔的上升呈下降趋势,且中高海拔咖啡碱含量(4.35%～4.76%)明显低于低海拔(200～400 m)处咖啡碱含量(5.79%),差异极显著(P<0.01)。

图3 不同海拔、品种“周宁高山云雾茶”绿茶咖啡碱含量Fig.3 Caffeine contents in different altitudes and varieties of “Zhouning Cloud-Mist Mountain Tea” green tea

菜茶品种咖啡碱平均含量为4.35%,低于乌龙茶品种5.40%,但并未达到显著差异(图3)(P>0.05)。

茶多酚是茶汤中呈涩味的物质,并影响茶汤的浓度[34]。对不同海拔区间绿茶茶多酚含量进行分析,结果如图4,茶多酚的含量随海拔的上升而下降,高海拔地区(800～900 m)茶多酚含量极显著低于低海拔(200～400 m)处(P<0.01);中海拔与高海拔、中海拔与低海拔间茶多酚含量差异未达显著水平(P>0.05)。

图4 不同海拔、品种“周宁高山云雾茶”绿茶茶多酚含量Fig.4 Tea polyphenols contents in different altitudes and varieties of “Zhouning Cloud-Mist Mountain Tea”green tea

对不同品种间绿茶茶多酚含量进行T检验,结果显示菜茶品种茶多酚平均含量为12.23%,低于乌龙茶品种(15.16%),并达到极显著水平(P<0.01)。

氨基酸是茶汤中呈现鲜爽味的主要物质,氨基酸含量越高,茶汤滋味越鲜爽[35]。对不同海拔区间绿茶氨基酸含量进行分析,结果如图5。中海拔地区氨基酸含量最低(2.82%),极显著低于低海拔地区氨基酸含量(3.45%)与高海拔地区氨基酸含量(3.18%)(P<0.01),低海拔与高海拔间氨基酸含量差异不显著(P>0.05)。

图5 不同海拔、品种“周宁高山云雾茶”绿茶氨基酸含量Fig.5 Amino acids contents in different altitudes and varieties of “Zhouning Cloud-Mist Mountain Tea” green tea注:不同小写字母间表示差异显著(P<0.05),不同大写字母间表示差异极显著(P<0.01),图9同。

对不同品种间绿茶氨基酸含量进行T检验,结果显示菜茶品种氨基酸平均含量为2.88%,显著低于乌龙茶品种氨基酸含量(3.22%)(P<0.05)。

较低的酚氨比利于绿茶品质构成,研究表明优质绿茶酚氨比<8[36]。对不同海拔区间绿茶茶多酚与氨基酸的比值进行分析,结果如图6。高海拔地区绿茶酚氨比(3.49)极显著低于中低海拔酚氨比(4.8)(P<0.01)。菜茶品种酚氨比(4.28)略低于乌龙茶品种酚氨比(4.75),但两者无显著差异(P>0.05)。

图6 不同海拔、品种“周宁高山云雾茶”绿茶酚氨比Fig.6 The ratio of polyphenols to amino acids in different altitudes and varieties of “Zhouning Cloud-Mist Mountain Tea” green tea

2.2 “周宁高山云雾茶”绿茶香气特征分析

2.2.1 总体香气特征分析 对14个具代表性优质“周宁高山云雾茶”炒青绿茶样品进行SPME-GC-TOF-MS分析,其中4个代表性样品(涵盖了高、中、低海拔与乌龙茶、菜茶品种的绿茶)的总离子色谱图如图7。14个样品共检出568种挥发性化合物,其中已知香气成分172种,已知香气成分含量占检出化合物总量的80.28%。在检出的172种香气成分中,有71种香气成分为样品所共有,有101种香气成分在部分样品中未被检出。所有样品平均含量>0.6%的香气组分从高至低排序有香叶醇(23.18%),咖啡碱(8.75%),苯乙醇(5.08%),己酸-[Z]-3-己烯酯(3.84%),芳樟醇(3.33%),苯甲醇(3.08%),十六烷(2.47%),反式吡喃型芳樟醇氧化物(2.00%),氧化芳樟醇(反式呋喃型)(1.83%),反式-γ-丁香烯(1.72%),十二甲基环六硅氧烷(1.43%),2,6,10,15-四甲基-十七烷(1.31%),α-法尼烯(1.03%),茉莉酮(1.02%),1-异丙基-4,7-二甲基-1,2,3,5,6,8a-六氢萘(0.99%),吲哚(0.94%),2,2-二甲基十一烷(0.65%),2,6,10-三甲基十二烷(0.64%),水杨酸甲酯(0.64%)。

图7 “周宁高山云雾茶”绿茶总离子色谱图Fig.7 Total iron chromatogram of aroma compounds in “Zhouning Cloud-Mist Mountain Tea” green tea注:序号对应化合物:1:香叶醇,2:咖啡碱,3:苯乙醇,4:己酸-[Z]-3-己烯酯,5:芳樟醇,6:苯甲醇,7:十六烷,8:反式吡喃型芳樟醇氧化物,9:氧化芳樟醇(反式呋喃型),10:反式-γ-丁香烯,11:十二甲基环六硅氧烷,12:2,6,10,15-四甲基-十七烷,13:α-法尼烯,14:茉莉酮,15:1-异丙基-4,7-二甲基-1,2,3,5,6,8a-六氢萘,16:吲哚,17:2,2-二甲基十一烷,18:2,6,10-三甲基十二烷,19:水杨酸甲酯;A为中海拔菜茶品种(茶样9),B为中海拔乌龙茶品种(茶样10),C为低海拔菜茶品种(茶样4),D为高海拔菜茶品种(茶样13)。

参考宛晓春[37]对茶叶香气的分类方式,香气成分中碳氢类51种,酯类48种,含氮类22种,醇类13种,酮类10种,醛类9种,杂氧类8种,含硫类5种,其他4种,酸类2种。各类化合物含量占比如图8所示,除未知化合物外,由高到低分别是醇类化合物(41.78%),碳氢类化合物(14.88%),含氮化合物(10.53%),酯类化合物(7.82%),酮类化合物(2.28%),杂氧化合物(1.82%),醛类化合物(0.66%),酸类化合物(0.59%),含硫化合物(0.31%),其他化合物(0.14%)。

图8 “周宁高山云雾茶”绿茶香气分类成分占比Fig.8 Ratio of different type of aromas in “Zhouning Cloud-Mist Mountain Tea” green tea

2.2.2 香气类别差异分析 不同海拔区间、不同品种绿茶各类别香气组分含量如图9所示。高海拔绿茶的特征为含氮化合物、酮类化合物含量高;乌龙茶品种特征物质为较高含量的醇类化合物,而菜茶品种特征为碳氢类化合物、含氮化合物、酮类化合物的含量较高。

图9 不同海拔、品种“周宁高山云雾茶” 绿茶各类化合物含量Fig.9 Content of different types of aroma in different altitudes and varieties of “Zhouning Cloud-Mist Mountain Tea” green tea

高海拔绿茶检出香气成分总含量在平均含量>5%的化合物类别中,醇类化合物含量呈现随海拔升高而减少的趋势,但各海拔间差异不显著(P>0.05);碳氢类化合物各海拔间差异不显著(P>0.05),含氮化合物含量高海拔显著高于中低海拔(P<0.05),酯类化合物低海拔低于中高海拔,但无显著差异(P>0.05)。在不同品种绿茶平均含量>5%的化合物类别中,乌龙茶品种醇类化合物含量(52.71%)为菜茶品种含量(26.91%)的1.96倍,差异极显著(P<0.01);碳氢化合物菜茶品种含量(18.63%)为乌龙茶品种含量(12.07%)的1.5倍,差异极显著(P<0.01);含氮化合物在菜茶品种中含量为13.11%,是乌龙茶品种的1.5倍,差异极显著(P<0.01);酯类化合物菜茶品种含量为8.79%,高于乌龙茶品种含量(7.26%),未达到显著性差异(P>0.05)。

2.2.3 特征香气物质差异分析 不同海拔高度、品种绿茶香气成分多样性差异可用6个主成分进行刻画,方差累计贡献率达到80.8%。前2个主成分方差贡献率分别为36%和14.4%,累积贡献率为50.4%。主成分分析(PCA)结果显示如按海拔进行分组,各个样品间呈离散分布,不同海拔间香气成分区分度不明显;如按品种进行分组,则明显分为2大类,可以较好将菜茶品种与乌龙茶品种区分(图10)。

图10 不同海拔、品种“周宁高山云雾茶” 绿茶香气成分PCA得分图Fig.10 PCA score for aroma compounds in different altitudes and varieties of “Zhouning Cloud-Mist Mountain Tea” green tea注:A为海拔分组香气PCA得分图, B为品种分组香气PCA得分图。

按VIP值从大到小排列,筛选出VIP>1且组间差异性显著(P<0.05)的前10个已知香气物质,并在载荷图中标注(图11)。结果显示,按海拔分组排名前十的香气差异成分分别是苯乙醇、芳樟醇、咖啡碱、氧化芳樟醇(反式呋喃型)、反式-γ-丁香烯、反式吡喃型芳樟醇氧化物、2,6,10,15-四甲基-十七烷、茉莉酮、顺式-α法尼烯、1-异丙基-4,7-二甲基-1,2,3,5,6,8a-六氢萘。按品种分组排名前10的香气差异成分分别是香叶醇、咖啡碱、十六烷、2,6,10,15-四甲基-十七烷、氧化芳樟醇(反式呋喃型)、4,8-二甲基-1,3,7-壬三烯、(3E,7E)-1,3,7,11-三邻苯四烯、2,2,4,10,12,12-六甲基-7-(3,5,5-三甲基己基)-十三烷、1-异丙基-4,7-二甲基-1,2,3,5,6,8a-六氢萘、2,2-二甲基十一烷。区分海拔的前10种差异香气主要是碳氢类化合物(4种)与醇类化合物(4种),区分品种的香气化合物主要是碳氢类化合物(7种)。

图11 不同海拔、品种“周宁高山云雾茶” 绿茶香气成分载荷图Fig.11 Loading-plot for aroma compounds in different altitudes and varieties of “Zhouning Cloud-Mist Mountain Tea” green tea注:A为海拔分组香气载荷图,B为品种分组香气载荷图。

综合分析推论,中高海拔绿茶主要特征香气物质有茉莉酮、顺式-α法尼烯,低海拔特征香气物质为苯乙醇、芳樟醇(及其氧化物)、反式-γ-丁香烯;乌龙茶品种特征香气物质为香叶醇、氧化芳樟醇,菜茶品种的特征香气物质为二甲基-壬三烯、三邻苯四烯、六甲基-十三烷、十六烷等。

2.3 “周宁高山云雾茶”绿茶主要滋味香气指标

归纳本试验部分滋味香气差异指标(表3),不同海拔、品种“周宁高山云雾茶”绿茶各具特色。生产中如在中低海拔茶园种植菜茶品种,在中高海拔种植乌龙茶品种,能充分发挥高海拔地区茶叶滋味鲜爽与适制乌龙茶品种内含物质丰富且多花香成分的特点,既可获得鲜爽口感又不失浓醇,使茶中的滋味物质与香气物质达到均衡。

表3 不同海拔、品种“周宁高山云雾茶”绿茶滋味香气指标Table 3 Index of tastes and aroma in different altitudes and different species of “Zhouning Cloud-Mist Mountain Tea” green tea

3 结论与讨论

“周宁高山云雾茶”绿茶内含物质丰富,滋味鲜浓醇厚,香气清新馥郁。总体水浸出物含量为44.78%,黄酮含量为8.14 mg·g-1,茶多酚含量为13.66%,氨基酸含量为3.01%,咖啡碱含量为4.93%,酚氨比为4.47。检出已知香气成分172种,其中碳氢类51种,酯类48种,含氮类22种,醇类13种,酮类10种,醛类9种,杂氧类8种,含硫类5种,其他4种,酸类2种。

中高海拔地区绿茶相对低海拔地区而言,咖啡碱、茶多酚、黄酮含量低;中高海拔特征香气物质为茉莉酮、顺式-α法尼烯,低海拔特征香气物质为苯乙醇、芳樟醇(及其氧化物)、反式-γ-丁香烯。Sudeshna等[38]研究结果显示低海拔地区(阿萨姆)芳樟醇含量高于高海拔地区(大吉岭),也有研究表示低山茶中丁香烯较高山茶更多[6]。茉莉酮有强烈而愉快的茉莉花香,芳樟醇及其氧化物具有百合、玉兰花香,苯乙醇带温和蔷薇香,α法尼烯具花果香,丁香烯带木质香[30,39-41],这也是“周宁高山云雾茶”香气鲜嫩清高持久,清新馥郁的原因。

在品种方面,乌龙茶品种水浸出物丰富、茶多酚、氨基酸含量高,使茶汤滋味浓厚、鲜爽;而菜茶品种中虽然黄酮含量高,可能增强茶汤中咖啡碱与儿茶素的苦涩味[32],但其茶多酚、咖啡碱含量低,滋味相对清甜。值得注意的是,虽然乌龙茶品种氨基酸含量极显著高于菜茶品种,但其酚氨比却略大于菜茶品种,或可较好解释乌龙茶品种滋味更浓,菜茶品种滋味更清甜的现象。菜茶品种碳氢类化合物较多,其特征性挥发物为二甲基-壬三烯、三邻苯四烯、六甲基-十三烷、十六烷等,可能与其栗香型香气有关[42];此外,菜茶清香物质己酸-[Z]-3-己烯酯、吲哚高于乌龙茶品种,栗香组分橙花叔醇的含量(0.40%)是乌龙茶品种的5倍,推测菜茶更具清新幽雅的嫰栗香。乌龙茶中醇类物质保留较多,其特征性香气物质有香叶醇、氧化芳樟醇,都表现为强烈的花香。本实验中香叶醇的VIP值达到15,其在乌龙茶品种中平均含量为33.58%,为菜茶品种含量(12.80%)的2.6倍,是乌龙茶与菜茶品种区分度最明显的香气物质,这或许是以乌龙茶品种付制绿茶具备馥郁花果香的原因。

综上所述,“周宁高山云雾茶”中高海拔地区绿茶滋味醇厚鲜爽,呈苦涩味物质含量较少,花果香显;低海拔地区绿茶滋味浓厚,内含物质丰富,带木质花香。乌龙茶品种滋味浓厚鲜爽,花香特征明显;菜茶品种滋味醇和清甜,更具清新的嫩栗香。