不同加工工艺刺槐花代用茶香气成分分析

刘 威，张永瑞，鲁 静，郭桂义，陈 义

(信阳农林学院 茶学院/河南省豫南茶树资源综合开发重点实验室，河南省茶叶加工与检测工程技术研究中心，河南信阳464000)

刺槐花是豆科刺槐属刺槐(Robinia pseudoacacia L.)的花朵，内含丰富的营养物质，我国野生刺槐花的资源极为丰富，除少量被食用和药用外，大部分落地荒弃，开发利用率低下，开展刺槐花代用茶加工技术研究对野生刺槐花进行综合利用具有重要的经济价值和社会价值［1］。代用茶是指选用可食用植物的叶、花、果(实)、根茎等，采用类似茶叶的饮用方式(通过泡、煮等方式来饮用)的一类产品的俗称，常见的植物代用茶有玫瑰花、金银花、大麦茶、菊花茶等。刺槐花的研究主要集中在化学成分提取、化学成分分析、刺槐花开发利用等方面上，在化学成分提取方面，主要对多酚、黄酮、多糖等物质进行提取工艺优化和药理研究［2－5］;在化学成分分析方面，主要针对刺槐花中的蛋白质［6－9］、氨基酸［6］、糖［8］、抗坏血酸［8］、矿质元素［10］、挥发油化学成分［11－18］等内含成分进行测定以及指纹图谱的建立［19］;在刺槐花综合开发利用方面，主要以研制发酵乳饮料、茶饮料、复合果糕、槐花绿茶等为主［20］。目前，对刺槐花茶饮料的研究不多，吴丽萍等［21］以刺槐花和红茶为主要原料研制新型花茶饮料，认为当刺槐花酶解液为茶水为1∶8，L－抗坏血酸、柠檬酸、阿斯巴甜用量分别为0.02%、0.2%、0.01%时，产品色泽清亮、清甜爽口、具有花香及茶香的混合香气。隋道庆等［22］对刺槐花的营养成分进行了测试分析，并对浸提、压榨、酶解、澄清等关键技术进行试验筛选，研制成刺槐花清汁型和浑汁型饮料。刺槐花香气成分包括醇类、烷烃类、烯烃类、酮类、酯类、酚类、杂环类、醛类以及醚类等多种化合物，之前的研究多以新鲜刺槐花或阴干刺槐花作为原材料进行挥发性化合物含量或相对含量的测定。刺槐花代用茶的香气品质直接影响其市场价值，有研究表明物质含量与食品风味特征没有直接关系，能否引起嗅感反应与其阈值有关，挥发性化合物对食品风味的贡献由其在食品风味体系中的浓度和感官阈值共同决定［23］。目前，对刺槐花香气研究较少，仅王永瑞等［18］利用相对气味活度值ROAV对新疆刺槐鲜花的关键挥发性成分进行研究，而不同加工工艺刺槐花代用茶香气成分研究见报道。

本研究以刺槐花鲜花为原料，参考茶叶加工工艺［24－25］，制定晒青、烘青、炒青、萎凋、发酵五种加工工艺制作代用茶，采用顶空固相微萃取/气相色谱－质谱联用法分离鉴定刺槐花代用茶中的挥发性化合物，运用相对气味活度值ROAV评价各香气成分对刺槐花代用茶香气的贡献，进而确定关键香气物质的组成，为进一步研究刺槐花的资源综合利用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜刺槐花 采摘信阳农林学院校园内盛开的花朵。

08－2T恒温磁力搅拌器 上海梅颖浦仪器仪表制造有限公司;57330－U固相微萃取装置 美国Supelco公司;50/30um DVB/CAR/PDMS 57348－U固相微萃取针 美国Supelco公司;7890A－5975C GCMS气相色谱质谱联用仪 美国Agilent公司。

1.2 实验方法

1.2.1 样品制备 本研究共设计5种刺槐花代用茶加工工艺，各种工艺参数［24－25］包括晒青工艺:新鲜刺槐花去梗→太阳光照射晾晒10 h以上直至足干;烘青工艺:新鲜刺槐花去梗→平铺萎凋12 h→100℃高温初烘→摊晾30 min→80℃复烘至足干;炒青工艺:新鲜刺槐花去梗→平铺萎凋12 h→140℃高温初次炒制→摊晾30 min→70～90℃复炒至足干;萎凋工艺:新鲜刺槐花去梗→平铺萎凋24 h→合筛再次萎凋24 h→80℃烘至足干;发酵工艺:新鲜刺槐花去梗→平铺萎凋12 h→揉捻→发酵5 h(25℃、湿度75%)→70～90℃炒至足干。

1.2.2 香气成分萃取 取5 g样品置于萃取瓶中，密封，置于60℃水浴，平衡20 min，插入活化的萃取针，顶空萃取30 min后，将萃取针在进样口解析20 min;萃取针使用前，在气质进样口活化20 min(250℃)。

1.2.3 气相色谱条件 色谱柱HP－5MS(0.25 mm×0.25μm×60 m);进样口温度250℃，气质接口温度250℃;载气流速1.5 mL/min。升温程序:初始50℃保持1 min，以5℃/min升温到100℃保持2 min;以4℃/min升温到180℃保持3 min;以5℃/min升温到250℃保持5 min。

1.2.4 质谱条件 离子源温度230℃;四级杆温度150℃;电子源EI;电子能量70 eV，扫描范围50～550 Da。

1.2.5 定性定量分析 扫描图谱与NIST谱库对照进行鉴定，采用气相色谱峰面积归一化定量计算出各香气成分的相对含量。

1.3 香气成分评价方法

参考刘登勇等［26］、张强等［27］的方法，采用相对气味活度值(relative odor activity value，ROAV)评价各化合物对样品总体香气的贡献，各化合物的ROAV按下式计算:

注:Ci表示某组分的相对百分含量;Cmax表示对样品总体香气贡献最大组分的相对百分含量;Ti表示某组分的阈值;Tmax表示对样品总体香气贡献最大组分的阈值。

所有组分ROAV≤100，且ROAV值越大的组分对样品总体香气的贡献也越大。本研究认为ROAV≥1的物质为所分析样品的关键香气成分，0.01≤ROAV＜1的组分为所分析样品的修饰香气成分，ROAV＜0.01的组分为潜在香气成分。

1.4 数据处理

采用Excel 2016软件对实验数据进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 刺槐花代用茶挥发性物质分析

采用顶空固相微萃取/气相色谱－质谱联用法对5种加工工艺所制刺槐花代用茶的挥发性物质进行检测，根据总离子流图检索定性，采用峰面积归一化法计算各组分的相对百分含量。晒青工艺、烘青工艺、炒青工艺、萎凋工艺、发酵工艺共检测到132、126、108、114、99种挥发性化合物，累计占总峰面积的80.35%、76.49%、86.59%、79.33%、80.71%，包括饱和/不饱和脂肪烃、醇、醛、酮、酸、酯、芳香族化合物、杂环化合物和酰胺类化合物等。本研究目的是确定刺槐花代用茶关键香气化合物，故此处对无嗅感化合物或不确定有无嗅感的化合物不作详细分析。

根据查阅文献及检索爱化学库所知晒青工艺、烘青工艺、炒青工艺、萎凋工艺、发酵工艺五种方式所制刺槐花代用茶中具有嗅感的化合物分别为49、36、36、32、29种，累计占总峰面积的47.6359%、38.6928%、43.1255%、30.9281%、43.5217%。其中，苯乙烯、2－戊基呋喃、香芹酚、柠檬烯、苯甲醇、苯乙醛、苯乙醇、癸醛、环柠檬醛、2－苯基巴豆醛、邻氨基苯甲酸甲酯、长叶烯、棕榈酸乙酯等13种嗅感物质为共有组分，除棕榈酸乙酯表现为无香味或油臭味以外，其他12种物质均表现出令人愉悦的花果香或清凉香型，共同组成刺槐花代用茶独特的香气风味特征。除共有香气成分外，不同工艺条件下亦存在特有香气物质，其中，晒青工艺有12种特有香气物质，即芳樟醇、橙花醇、叶绿醇、反，反－2，4－壬二烯醛、反－2－壬烯醛、左旋香芹酮、反式茉莉酮、庚酸、己酸甲酯、苯乙酸乙酯、γ－己内酯、γ－壬内酯;烘青工艺有6种特有香气物质，即1－癸烯、萘、1－辛醇、松香芹酮、2－甲基丁酸、乙酸壬酯;炒青工艺有5种特有香气物质，即乙苯、对二甲苯、十三醇、2－甲基丁醛和异戊酸异戊酯;萎凋工艺有7种特有香气物质，即薄荷醇、棕榈醇、桃醛、异薄荷醇、右旋香芹酮、己酸和N，N－二乙基苯胺;发酵工艺有2种特有香气物质，即1－辛烯－3－醇和丁酸丁酯。

由表1可知，晒青工艺所制刺槐花代用茶香气成分相对含量较高的是苯乙醇、芳樟醇、苯甲醇、柠檬烯、己酸乙酯、正己醇，相对含量分别为6.5490%、4.9342%、3.7331%、3.6020%、3.2957%、3.2110%;烘青工艺所制刺槐花代用茶香气成分相对含量较高的是苯甲醛、苯乙烯、柠檬烯、正己醛，相对含量分别为6.7639%、3.8590%、3.1596%、2.9219%;炒青工艺所制刺槐花代用茶香气成分相对含量较高的是苯乙烯、苯甲醛、2－戊基呋喃、柠檬烯，相对含量分别为6.7489%、5.3122%、3.3369%、2.8052%;萎凋工艺所制刺槐花代用茶香气成分相对含量较高的是柠檬烯、己酸、苯乙醇，相对含量分别为5.7149%、4.4331%、3.7059%;发酵工艺所制刺槐花代用茶香气成分相对含量较高的是苯乙烯、苯甲醛、柠檬烯、正己醛、间二甲苯、1－辛烯－3醇、丁酸丁酯，相对含量分 别 为10.4106%、5.4814%、4.6410%、3.4419%、3.0989%、2.9677%、2.8795%。其中，柠檬烯为五种工艺共有组分，具有清新的柠檬香气。由于不同挥发性香气成分的香气阈值差异较大，如苯甲醇香气阈值为10000μg/kg，己酸香气阈值为3000μg/kg，而β－紫罗兰酮的香气阈值为0.007μg/kg，α－甜橙醛的香气阈值为0.05μg/kg，癸醛的香气阈值为0.1μg/kg，挥发性化合物的相对含量与气味活度值非完全正比关系，因此，挥发性化合物的相对含量高低不能完全代表其对刺槐花代用茶风味的贡献度大小。

表1 刺槐花代用茶挥发性香气成分阈值、香型分析Table 1 Analysis of volatile flavor components threshold and flavor type of Robinia pseudoacacia L.flower substitute teas

续表

刺槐花代用茶共检测出烯烃类化合物11种、芳香烃类化合物6种、醇类化合物12种、醛类化合物16种、酮类化合物8种、酸类化合物3种、酚类化合物1种、酯类化合物10种、内酯类化合物3种、含氮化合物3种、杂氧化合物2种，不同工艺所制刺槐花代用茶挥发性香气成分相对含量及种类之间差异较大，如表2所示。晒青工艺所制刺槐花代用茶以醇类、醛类、烯烃类化合物为主，相对含量为19.5709%、9.3470%、8.7381%，挥发性香气成分种类最为丰富;烘青工艺所制刺槐花代用茶以醛类、烯烃类化合物为主，相对含量为14.7692%、7.8410%，未检测到含氮化合物;炒青工艺所制刺槐花代用茶以醛类、烯烃类化合物为主，相对含量为15.5997%、12.5170%;萎凋工艺所制刺槐花代用茶以烯烃类、醇类化合物为主，相对含量为8.2916%、7.5609%，挥发性香气成分总量最低;发酵工艺所制刺槐花代用茶以烯烃类、醛类化合物为主，相对含量为17.1251%、11.5762%，所检测到的挥发性香气成分最少，但总体相对含量仅次于晒青工艺。炒青工艺和发酵工艺未检测达到呈味的酸类化合物，炒青、萎凋、发酵三种工艺未检测到呈味的内酯类化合物，应与加工工艺有关。

表2 不同种类挥发性香气成分统计Table 2 Statistics of different volatile flavor components

2.2 刺槐花代用茶关键香气成分分析

对42种能查阅到阈值的挥发性成分ROAV值进行统计，分析不同挥发性化合物对刺槐花代用茶风味的贡献度，如表3所示。晒青工艺所制刺槐花代用茶有11种关键香气成分，对其风味贡献率大小依次为β－紫罗兰酮、癸醛、反－2－壬烯醛、反，反－2，4－壬二烯醛、α－甜橙醛、己酸乙酯、芳樟醇、正己醛、正辛醛、柠檬烯、2－戊基呋喃等，其中，芳樟醇(花香)、反，反－2，4－壬二烯醛(令人愉快的煎炸肥肉样香味)、反－2－壬烯醛(脂香)是该工艺条件下刺槐花代用茶所特有的香气成分。烘青工艺所制刺槐花代用茶有9种关键香气成分，对其风味贡献率大小依次为癸醛、己酸乙酯、正己醛、正辛醛、2－戊基呋喃、柠檬烯、邻氨基苯甲酸甲酯、苯乙醛、萘等，其中，萘(樟脑样香型)为该工艺条件下刺槐花代用茶所特有的香气成分。炒青工艺所制刺槐花代用茶有10种关键香气成分，对其风味贡献率大小依次为β－紫罗兰酮、癸醛、α－甜橙醛、2－甲基丁醛、2－戊基呋喃、正己醛、正辛醛、邻氨基苯甲酸甲酯、柠檬烯、2－乙基－3，5－二甲基吡嗪等，其中，2－甲基丁醛(焦香)是该工艺条件下刺槐花代用茶所特有的香气成分。萎凋工艺所制刺槐花代用茶有4种关键香气成分，对其风味贡献率大小依次为β－紫罗兰酮、癸醛、己酸乙酯、柠檬烯等。发酵工艺所制刺槐花代用茶有11种关键香气成分，对其风味贡献率大小依次为β－紫罗兰酮、癸醛、1－辛烯－3－醇、α－甜橙醛、正己醛、正辛醛、柠檬烯、邻氨基苯甲酸甲酯、2－乙基－3，5－二甲基吡嗪、2－戊基呋喃、苯乙醛等，其中，1－辛烯－3－醇(浓厚的、甜的、蘑菇样香型)是该工艺条件下刺槐花代用茶所特有的香气成分。癸醛和柠檬烯两种物质为共有关键香气成分，其中，晒青、烘青、炒青、萎凋、发酵工艺所制刺槐花代用茶的癸醛ROAV值分别为63.46、100、67.73、54.09、50.22，具有新鲜的油脂味和果香味，柠檬烯ROAV值分别为1.33、3.26、1.12、1.73、3.44，具有令人愉悦的柠檬香气，这两种物质对刺槐花代用茶的风味品质起关键性作用。其他关键性风味物质因加工工艺不同而存在差异，除烘青工艺外，其他四种工艺β－紫罗兰酮ROAV值最高;另外，炒青工艺和发酵工艺中关键香气成分共有2－乙基－3，5－二甲基吡嗪，该物质是Maillard反应的产物［29］，具有坚果香、烤香味，与其炒制工艺相关。

除了关键香气成分影响刺槐花代用茶的香气品质外，一些修饰性香气成分亦会对其品质产生影响，其中，晒青工艺、烘青工艺、炒青工艺、萎凋工艺、发酵工艺所制刺槐花代用茶分别含有12、8、8、7、7种修饰香气成分，如苯乙醇、环柠檬醛、月桂醇、γ－壬内酯、苯甲醛、橙花醇、苯乙烯等;苯乙醇、苯甲醛、苯乙烯分别在晒青、烘青、炒青(发酵)工艺所制刺槐花代用茶中相对含量最高，但其ROAV值均小于1，仅起到修饰风味的作用，证明刺槐花代用茶挥发性香气成分的相对含量与是否为关键香气成分无直接关系。同时，还具有少数潜在呈香的香气成分如苯甲醇、糠醛、异薄荷酮、2，5－二甲基吡嗪、己酸等。

表3 刺槐花代用茶关键香气成分的分析Table 3 Analysis of key odor compounds of Robinia pseudoacacia L.flower substitute teas

3 结论与讨论

香气是评价刺槐花代用茶品质的重要指标，直接影响消费者对其接受程度，故研究刺槐花代用茶的挥发性成分对刺槐花的资源综合利用具有较高的实用价值。从刺槐花代用茶中检测出的挥发性成分很多，但能够确定感官阈值的化合物有限，确定关键香气成分的参考依据不够完全。

本研究采用晒青、烘青、炒青、萎凋、发酵五种加工工艺制作刺槐花代用茶，其挥发性香气成分之间既存在差异性，亦存在共性化学成分。采用顶空固相微萃取/气相色谱－质谱法检测五种加工工艺制作的刺槐花代用茶挥发性成分，共检测出苯乙烯、2－戊基呋喃、香芹酚、柠檬烯、苯甲醇、苯乙醛、苯乙醇、癸醛、环柠檬醛、2－苯基巴豆醛、邻氨基苯甲酸甲酯、长叶烯、棕榈酸乙酯等13种嗅感物质为共有组分;除棕榈酸乙酯表现为无香味或油臭味以外，其他12种物质均表现出令人愉悦的花果香或清凉香型，五种代用茶中的棕榈酸乙酯含量又以萎凋工艺最高，晒青工艺其次，最少的是发酵工艺，这可能与高温烘(炒)处理有利于减少棕榈酸乙酯的含量有关。不同加工工艺条件下，刺槐花代用茶关键香气成分有较大差异，但癸醛和柠檬烯两种物质为共有关键香气成分，晒青、烘青、炒青、萎凋、发酵工艺所制刺槐花代用茶的癸醛ROAV值分别为63.46、100、67.73、54.09、50.22，具有新鲜的油脂味和果香味，柠檬烯ROAV值分别为1.33、3.26、1.12、1.73、3.44，具有令人愉悦的柠檬香气，这两种物质对刺槐花代用茶的风味品质起关键性作用，与王永瑞等［18］对新鲜刺槐花香气的关键挥发性成分研究结果存在明显差异，其研究认为癸醛、壬醛、芳樟醇、6－甲基－5－庚烯－2－酮、2－戊基呋喃、苯乙醇为新鲜刺槐花风味特征的主要贡献者，可见经过刺槐花经过加工以后，其内含香气化学成分发生较多改变，综合香味成分也有改变。

五种工艺加工的刺槐花代用茶共检测出烯烃类、芳香烃类、醇类、醛类、酮类、酸类、酚类、酯类、内酯类、含氮化合物和杂氧化合物，以醛类(16种)、醇类(12种)、烯烃类(11种)和酯类(10种)化合物为主，炒青工艺和发酵工艺中关键香气成分共有2－乙基－3，5－二甲基吡嗪，具有坚果香、烤香味，且未检测达到呈味的酸类化合物，或与其炒制工艺相关，有待进一步研究。

不同工艺所制刺槐花代用茶挥发性香气成分相对含量及种类之间存在差异，晒青工艺有12种特有香气物质，即芳樟醇、橙花醇、叶绿醇、反，反－2，4－壬二烯醛、反－2－壬烯醛、左旋香芹酮、反式茉莉酮、庚酸、己酸甲酯、苯乙酸乙酯、γ－己内酯、γ－壬内酯，其中，芳樟醇(花香)、反，反－2，4－壬二烯醛(令人愉快的煎炸肥肉样香味)、反－2－壬烯醛(脂香)是该工艺条件下刺槐花代用茶的关键风味化合物;烘青工艺有6种特有香气物质，即1－癸烯、萘、1－辛醇、松香芹酮、2－甲基丁酸、乙酸壬酯，其中，萘(樟脑样香型)为该工艺条件下刺槐花代用茶的关键风味化合物;炒青工艺有5种特有香气物质，即乙苯、对二甲苯、十三醇、2－甲基丁醛和异戊酸异戊酯，其中，2－甲基丁醛(焦香)是该工艺条件下刺槐花代用茶的关键风味化合物;萎凋工艺有7种特有香气物质，即薄荷醇、棕榈醇、桃醛、异薄荷醇、右旋香芹酮、己酸和N，N－二乙基苯胺;发酵工艺有2种特有香气物质，即1－辛烯－3－醇和丁酸丁酯，其中，1－辛烯－3－醇(浓厚的、甜的、蘑菇样香型)是该工艺条件下刺槐花代用茶的关键风味化合物。五种工艺所制代用茶主要化合物均包括烯烃类，但含量存在差别。晒青工艺、萎凋工艺中主要化学成分均有醇类，与其余三工艺不同。萎凋工艺所制刺槐花代用茶主要化合物不包括醛类，可能与萎凋加工过程中没有经过烘制有关。晒青工艺所制刺槐花代用茶主要化合物挥发性香气成分种类最为丰富，萎凋工艺挥发性香气成分总量最低，发酵工艺种类最少。