基于GC-IMS对勐海县晒青毛茶的挥发性组分分析

刘学艳，王 娟，彭 云，吕才有，李若愚

（云南农业大学龙润普洱茶学院，云南昆明 650201）

云南省西双版纳勐海县是闻名中外的普洱茶故乡，有丰富的古茶树群。勐海县具有“中国普洱茶第一县”的美誉，其南糯山、贺开、纳卡、布朗山是全国著名的茶叶产地，拥有“老班章”等著名普洱茶品牌。勐海普洱茶“汤色黄绿明亮、香气纯正持久、滋味醇厚回甘”，具有独特“勐海味”[1]，其丰富的文化底蕴及国内外公认的保健功效赋予了普洱茶无穷的发展潜力和综合价值[2−3]。勐海晒青毛茶作为纯正勐海普洱茶的唯一原料，其主要内含成分、挥发性香气物质，加工工艺的研究尤其重要。勐海晒青毛茶一般选用国家级茶树良种—勐海大叶种茶树鲜叶经摊晾、杀青、揉捻后，采用太阳光晒干而成[4]。勐海晒青毛茶水浸出物含量高达40%以上[5]，氨基酸、可溶性糖和咖啡碱等含量与普洱、保山等地的晒青毛茶有极显著差异[6]，丰富的儿茶素等内含物质为勐海晒青毛茶的抗氧化等功效奠定了物质基础[7,8]。作为普洱茶的原材料，晒青毛茶的品质是优质普洱茶的基础[9]。近年来，越来越多的人追求未经后发酵的晒青茶，认为晒青茶更能体现勐海茶“一山一味”的特征。为了探明“一山一味”的形成原因，很多学者做过相关研究。例如蔡丽等[10]使用HPLC 法测定了勐海县10 个晒青毛茶样品的儿茶素，发现各乡镇晒青毛茶样品中儿茶素单体含量差异显著，田小军等[11]研究发现晒青毛茶主要香气为醇类、酮类和碳氢化合物，与未经储藏的普洱生茶品质相似。刘敏等[12]研究认为晒青毛茶的主要香气成分由芳樟醇，其次为α-松油醇、香叶醇、4-苯基吡啶和叶绿醇等构成。Wu等[13]选取了景迈和无量山的云南大叶种晒青毛茶分析其香气特点，还有人研究了人工光源对晒青绿茶品质的影响[14]。

近年来，常用于茶叶挥发性组分分离鉴别方法主要有拉曼光谱、高效液相色谱、气相色谱-质谱联用等[15]。气相离子迁移谱GC-IMS 是最近几年常用于用于食品风味检测的技术[16]，例如橄榄油的分类[17]，细菌的检测鉴定[18]，金华火腿[19]腌猪肉[20]等食用肉类的香气鉴别分析。此技术将气相色谱GC与离子迁移谱IMS 相结合[21]，两者联用既可提高GC 技术的检测灵敏度，还能显著提高IMS 技术的分辨率和线性响应范围[22]。GC-IMS 技术没有复杂的样品前处理过程，可以保证茶叶中香气物质不因前处理发生改变或流失，更准确地对茶叶香气物质进行定性和定量分析[23]。林若川[24]、江津津[25]、金文刚[26]分别将此技术应用于绿茶、柑普茶、“汉中仙毫”的气味指纹差异分析，均认为此技术可用于茶叶挥发性组分的快速鉴别，也可用于茶叶产地区分，质量评估等。

前人大量的研究集中于普洱茶的研究[27−28]，或者是勐海晒青毛茶的常规成分测定以及安全性研究[29]，对于勐海县晒青毛茶的挥发性组分研究极少。因此，本文选取了勐海县3 个主产地的12 份晒青毛茶样品，使用GC-IMS 技术，较准确地分离和定性样品中的挥发性有机物组分，旨在深入研究勐海晒青毛茶的挥发性组分以及三个主产地样品之间的异同点。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

晒青毛茶 共12 份，分别来自勐海县的布朗山乡、勐宋乡、格朗和乡，每个乡镇4 份样品，均为2019年春茶，详细信息见表1，由云南省西双版纳州勐海县农产品质量安全检测站提供。

表1 勐海县12 份晒青毛茶样品信息Table 1 12 Sun-dried green tea samples’ informations of Menghai county

FlavourSpec 食品风味分析仪（含CTC 自动顶空进样器、Laboratory Analytical Viewer（LAV）分析软件、GC×IMS Library Search 软件及软件内置的NIST 数据库和IMS 数据库） 德国G.A.S 公司。

1.2 GC-IMS 测试方法

1.2.1 样品处理 使用感量为0.01 g 的精密电子天平，分别称取1 g 晒青毛茶样品于20 mL 顶空瓶中，80 ℃条件下顶空孵育15 min 后进样。每份样品做3 组平行实验，顶空进样后用FlavourSpec®风味分析仪直接测试，测定结束后，使用用仪器自带的VOCal 和三款插件（Reporter、Gallery Plot、Dynamic PCA）进行离子迁移谱、差异图谱和主成分分析。顶空进样体积为500 μL；进样针温度为85 ℃；孵化转速为500 r/min。

1.2.2 GC-IMS 条件 色谱柱类型：MXT-5（15 m×0.53 mm×1 μm）；柱温：60 ℃；载气：高纯N2，纯度≥99.999%；运行时间：20 min；气体流量：载气起始流速2 mL/min，保持2 min 后，18 min 内线性增至100 mL/min，漂移气持续20 min 保持150 mL/min的流速。

1.3 数据处理

数据分析采用仪器配套的分析软件 LAV （Laboratory Analytical Viewer）和三款插件以及GCIMS Library Search.我们先用LAV 软件绘制并分析谱图，图中每一个点代表一种挥发性有机物；利用Reporter 插件直观对比样品之间谱图差异；利用Dynamic PCA 插件进行动态主成分分析，可以将样品进行聚类；利用GC×IMS Library Search 应用软件内置的NIST 数据库和IMS 数据库对茶样挥发性物质进行二维定性分析；利用Gallery Plot 插件建立茶样HS-GC-IMS 谱图中VOCs 的指纹图谱，对不同样品之间的挥发性有机物差异进行分析。

2 结果与分析

2.1 晒青毛茶样品中挥发性有机物指纹图谱对比

利用Gallery Plot 插件建立了12 份茶样HSGC-IMS 谱图中VOCs 的指纹图谱（如图1）。图中从上到下分别为1-12 号样品的有机物信号峰信息，每一行代表一个样品，每个样品平行测定3 次，由该样品所含的全部挥发性有机物信号峰组成，每一列为同一保留时间及漂移时间下的有机物信号峰。

从图1中VOCs 的离子峰排列可明显看出，12 个晒青毛茶样品中，平行测定的样品组内含有共有VOCs，即组内样品具有明显的相似性，仅区别于浓度大小；由此也说明GC-IMS 仪器对样品挥发性有机物信号响应值具有很强的的稳定性。不同茶叶样品含有对应时间内所特有的VOCs，样品组间则呈现出明显的差异。即12 个茶叶样品中有相似的挥发性香气物质，也有不同种类和含量的挥发性香气物质。图1中横排挥发性有机物信号峰可以看出各个茶叶样品中所含有的挥发性有机物的种类，比较图1中竖排信息，则可以看出12 份样品中，所对应的同种挥发性有机物在含量上的差异。

图1 晒青毛茶样品挥发性香气化合物的指纹图谱Fig.1 Fingerprint of volatile compounds of sun-dried green tea samples

2.2 晒青毛茶样品的差异图谱分析

为了更加清晰地比较样品间的差异，采用差异对比模式，将12 个茶叶样品的二维图谱绘制成差异图谱（如图2）。差异图谱以1 号样品的谱图作为参比，剩余11 个样品的谱图扣减参比，图2中白色区域表示二者挥发性有机物一致，扣减后没有差异，红色代表该物质的浓度高于1 号茶样，蓝色代表该物质的浓度低于1 号茶样。

由图2可知，12 份样品得到挥发性物质有明显的差异。如图中“a 区域”黄色分布较广，且颜色较深，说明2 号样品的多种香气物质含量比1 号样品高，“b 区域”的黄色和蓝色都比较分散，且颜色很浅，说明3 号样品与1 号样品差异较小。“c 区域”蓝色分布较广，且颜色较深，说明11 号样品的很多挥发性香气含量物质较1 号样品低。

图2 晒青毛茶样品的GC-IMS 差异图谱Fig.2 Differences fingerprint of volatile compounds in sun-dried green tea samples

2.3 勐海晒青毛茶样品挥发性香气成分定性分析

为了定性比较12 份样品中挥发性香气物质的相对差异，利用VOCal 插件处理数据，得到12 份晒青毛茶样品的离子迁移谱图（如图3为1 号样品的离子迁移图谱），图中一个点代表一种挥发性有机物，有机物的浓度由这些点的颜色深浅表示。纵坐标表示保留时间（s），横坐标表示迁移时间，红色垂直线表示反应离子峰（RIP）。有的化合物有2 个斑点，分别代表浓度和性质不同的单体和二聚体。数字编号所代表的化合物名称及相关信息见表2。

通过比较12 组样品特征性风味物质的保留时间和迁移时间，使用外标正酮 C4～C9作为参考标准，校正得到各种挥发性物质的保留指数，并绘制各挥发性香气物质信息表（表2），图3种数字编号与表2种编号一一对应。

结合图2～图3，表2可以看出12 份茶叶样品的挥发性有机组分有明显的差异。其中，老曼峨（3 号样品）挥发性组分与曼囡曼班一队茶样（1 号样品）挥发性组分相似，都是壬醛、辛醛、苯甲酸甲酯、1-辛烯-3-酮、1-己醇、2-乙基呋喃、2-乙基己醇等物质的含量稍高；曼囡道坎茶样（2 号样品）的挥发性组分种类和浓度远高于曼囡曼班一队茶样（1 号样品），主要表现在醛类（E-2-戊烯醛、癸醛、（E,E）-2,4-庚二烯醛、E-2-己烯醛、丁醛）、酮类（6-甲基-5-庚烯-2-酮、2-丁酮）、酯类（2-苯乙酸乙酯、苯甲酸乙酯）、醇类（芳樟醇、氧化芳樟醇）及烯类（柠檬烯、α-蒎烯）和3-甲基丁酸；曼迈河边寨茶样（5 号样品）中苯乙酮、丁内酯、1-戊醇乙酸等物质的含量较高；曼金囡茶样（6 号样品）中醛类（2-十一烯醛、E-2-壬烯醛、E-2-辛烯醛）和2-乙酰基呋喃等物质的含量较高；曼金曼开茶样（7 号样品）是醇类（1-辛烯-3-醇、甲醇）和酮类（2-庚酮、2-己酮）占优势。帕真茶样（9 号样品）中醛类（甲基丙醛、苯甲醛、苯乙醛、糠醛、2-甲基丁醛、3-甲基丁醛）挥发性有机组分含量极高；南糯石头一队（11 号样品）中丁酸丁酯、2-甲基噻吩、乙酸乙酯、2-甲基丁醇、戊醛、丙酮、乙醇、二甲基硫醚等物质的含量较高；南糯水河寨（12 号样品）中香茅醇、β-罗勒烯、2-戊基呋喃等物质的含量较高；曼囡新寨（4 号样品）、曼迈（8 号样品）与南糯新路茶样的（10 号样品）差异图谱相似，都是醛类和酯类良种挥发性组分含量较高，主要是庚醛、己醛、丙酸丁酯、水杨酸甲酯、2-甲基己醛、乙酸丁酯、丙酸乙酯、3-甲基-1-戊醇等物质的含量较高，曼囡新寨毛茶、曼迈晒青毛茶与南糯新路晒青毛茶来自于3 个不同的乡镇，曼迈与南糯新路地理位置很近，两个样品挥发性组分非常相似。但曼囡新寨（4 号样品）、曼迈（8 号样品）与南糯新路茶样（10 号样品）地理位置间隔很远，却有相似的挥发性组分，综上可知，不同产区晒青毛茶挥发性组分在类别及含量上都有一定的差异。

图3 1 号晒青毛茶样品中挥发性化合物特征峰位置点Fig.3 Characteristic peak location point of volatile compounds in sun-dried green tea sample

表2 晒青毛茶样品的挥发性组分信息Table 2 Sun-dried green tea samples’ volatile component informations

续表2

2.4 晒青毛茶样品的主成分分析

由图4可知，本次试验的12 份晒青毛茶样品可以分为两大组，其中，曼囡新寨（4 号样品）、曼迈（8 号样品）与南糯新路茶样（10 号样品）为B 组，剩下的9 份样品为A 组。两组样品的挥发性组分具有较大的差异，再次说明勐海县3 个乡镇的晒青毛茶在挥发性有机组分之间没有明显的乡镇聚集性。

图4 12 组样品的PCA（主成分分析）图Fig.4 Analylsis of PCA in 12 tea samples

3 讨论与结论

西双版纳州勐海县格朗和乡、布朗山乡、勐宋乡均是晒青毛茶的主要产地，三个乡镇在地理位置上比较接近，由PCA 分析结果可知各个乡镇之间的晒青毛茶样品没有明显的乡镇聚集性，每一个地区的茶都有特殊的挥发性组分物质，进而形成勐海县“一山一味”的感官品质特征。晒青毛茶的挥发性组分是多种物质协调作用的复杂体系，其种类及含量是一个复杂的动态变化的过程，前人研究认为儿茶素类生化成分变异系数很高[30]，会受茶树品种、树龄[26]、修剪方式[27]、加工工艺、储存条件等多种因素影响。根据GC-IMS 结果可知，勐海县晒青毛茶样品的主要挥发性香气物质包括醇类、醛类、酮类、酯类、烯类、杂环类等，这与前人研究结果一致，但此次试验中检出的醛类物质种类高于醇类物质，可能是因为GC-IMS技术对醛类物质的检测灵敏度极高，可以把不同性质和浓度的单体和二聚体区分开来，也可能是因为各种检测技术对挥发性组分的分类方法不一致导致。

本次试验发现布朗山乡曼囡道坎的茶样醛、醇、酮、酯等挥发性组分种类和含量都很高，格朗和乡帕真茶样和勐宋乡曼迈河边寨茶样的醛类物质含量很高，而格朗和乡南糯山石头一队的茶样酯类挥发性组分很丰富，这些新发现为认识和开发利用勐海县晒青毛茶资源提供了理论依据。此外，尚未发现其他学者采用GC-IMS 技术检测勐海县的晒青毛茶挥发性香气物质，本实验说明使用GC-IMS 技术，可以快速对茶叶样品进行分离鉴定，定性比较不同产地之间的样品挥发性物质差异。但是，本文只对样品进行了定性比较，对于各地区样品不同挥发性香气物质的具体含量还需继续探索。

通过本实验可知，来自于相同产地的晒青毛茶，其香气物质也有一定的差异。即便是非常著名的茶叶产地，其覆盖范围内也有挥发性香气物质较差的茶叶，进一步说明单纯从茶叶产地来判断茶叶品质的好坏是不可行的。当然，要全面判断茶叶品质，需要从结合智能仪器和人体感官，从茶叶外形和内质（内含成分、香气、滋味）两个方面分析，结合样品的挥发性物质具体含量综合判断，这也是课题组后期实验的方向。