不同加工工艺多穗石柯茶挥发性成分差异分析

方自扬，杨 漓，李桂珍，秦荣秀，谷 瑶

（1.广西特色经济林培育与利用重点实验室，广西南宁 530002；2.广西壮族自治区林业科学研究院，广西南宁 530002；3.沈阳药科大学，辽宁沈阳 110016）

多穗石柯（Lithocarpus litseifolius）又名木姜叶柯、多穗柯和甜茶[1]，在中国有数千年的食用历史。多穗石柯是一种具有药、食双重功能的植物，在我国长江中下游地区均有分布，可将其叶子制成完全发酵的茶，降低涩味，保留甜味[2]。研究表明，多穗石柯叶具有降血糖、降压和降血脂的作用[2]。

顶空气相色谱-离子迁移谱（HS-GC-IMS）是近年来发展起来的一种分析技术，主要用于检测液体或固体样品中的挥发性化合物，是一项快速、简单且灵敏的检测技术[3-4]，已被广泛应用于制药、安全和食品科学等领域[5-10]。

随着食品工业的发展，中药和食品的深加工不断发展。对不同加工条件下中药和食品风味变化的差异进行分析，可指导实际生产。本研究基于HS-GC-IMS 数据，结合主成分分析（PCA）对不同加工工艺多穗石柯茶进行分析，旨在为多穗石柯茶加工过程中的质量控制和风味变化机理提供依据。

1 材料与方法

1.1 主要材料

多穗石柯嫩叶样品采自广西壮族自治区林业科学研究院巴马多穗石柯种植基地（107°23′E，24°10′N）。

晾干样品为生长期1 个月内的多穗石柯叶，直接晾干。

炒制样品：将采收的嫩叶铺在干净无味的竹席上，置于通风阴凉处12 ~ 24 h，茶叶厚度1 ~ 3 cm，温度保持在20~30 ℃，萎凋；鼓风机35~45 ℃鼓风干燥60~120 min，至叶片轻微卷曲、表面出现少量细小水分，用手轻搓不断裂；采用茶叶揉搓机将茶叶揉成条状，炒茶机60~65 ℃炒茶提香。

发酵样品：空气温度为50~ 60 ℃，保持发酵室相对湿度80%以上；静置发酵6 ~ 8 h，炒茶机60 ~65 ℃炒茶提香。

1.2 主要仪器设备

FlavourSpec®风味分析仪（山东海能科学仪器有限公司）。

1.3 试验条件

称取1 g 样品，置于20 mL 顶空瓶中，80 ℃孵育20 min 后进样。样品随载气进入仪器，气相色谱（GC）条件见表1；之后进入离子迁移管。待测分子在电离区电离，检测条件见表2；分离后在电场和反向漂移气体作用下，迁移至法拉第盘进行检测，进行二次分离。

表1 GC色谱条件Tab.1 Conditions of GC

表2 分析条件Tab.2 Analysis conditions

2 结果与分析

2.1 不同加工方式多穗石柯茶HS-GC-IMS分析

Y 轴表示GC 分离期间挥发性化合物的保留时间，X 轴表示IMS 分离期间挥发性化合物相对于反应离子峰的迁移时间（图1a）。对离子迁移时间和反应离子峰（RIP）位置进行归一化处理。样品的总顶空化合物显示在整个光谱中，RIP 右侧的点代表从样品中提取的挥发性化合物。信号的颜色代表化合物的信号强度[11-12]。整个图像的背景为蓝色，RIP 两侧的每个点代表1 种挥发性有机化合物。颜色表示物质的浓度；白色表示浓度较低，红色表示浓度较高；颜色越深，浓度越高。

以晾干样品为对照，从其他光谱中减去对照样品中的信号峰，获得差异光谱图（图1b）。蓝色区域表示该样品中的物质比对照样品中的物质少，红色区域表示该样品中的物质比对照样品中的物质多；颜色越深，差异越大。

图1 HS-GC-IMS三维谱图（a）和以样品A为对照的GC-IMS谱图（差异图）（b）Fig.1 Three dimensional HS-GC-IMS spectra(a)and GC-IMS spectra referenced by sample A(difference image)(b)

大多数信号位于迁移时间为1.0~1.7 和保留时间为0~600 s 的2D 光谱区域内，很少信号位于600~1 000 s 的保留时间范围内（图2）。二维光谱中的信号数量几乎相同，但信号强度发生变化（增加或减少）。表明低分子挥发性化合物浓度最高，洗脱时间为100 ~ 200 s；极性挥发性化合物浓度最低[13-14]。由此可知，样品中挥发性成分种类相似，但因加工工艺的不同，挥发性成分浓度发生变化。

图2 GC-IMS谱图Fig.2 GC-IMS spectra

分析不同加工工艺样品后，通过比较特征保留率，初步确定来自三维图谱的40 个典型目标信号[15-18]和单个标准离子信号的迁移时间；由GC-IMS库确认，并用不同数字（1~58）表示（表3）。二聚体的形成与分析物中化合物的高质子亲和力或高浓度有关，高浓度化合物可加速中性分子和质子分子的结合，形成二聚体[19]。

表3 不同加工工艺样品挥发性成分定性分析Tab.3 Qualitative analysis of volatile compounds in samples treated by different processing methods

续表3 Continued

2.2 不同加工工艺对多穗石柯茶挥发性成分的影响

指纹信息来自HS-GC-IMS 三维谱图中所有化合物的信号强度[20-21]。从图3~4 进行直观比较，每行代表1个样本，每列代表1个信号峰值[22]。颜色代表挥发性化合物的含量；颜色越亮，含量越高。在不同加工工艺下，样品中挥发性化合物差异明显。

图3 不同加工工艺样品挥发性成分指纹图谱Fig.3 Fingerprints of volatile compounds in samples treated by different processing methods

晾干样品中α-松油醇、芳樟醇、2-乙基吡嗪、反式-2-己烯醛、正-己醇、2-庚酮、3-羟基-2-丁酮、丁醛和苯甲醛等含量较高，炒制和发酵后这些成分的含量均大幅度降低；乙酸丙酯、2-乙基呋喃、2,5-二甲基呋喃、2-正戊基呋喃、癸醛、壬醛、苯乙醛、反式-2-辛烯醛、辛醛、反式-2,4-庚二烯醛、庚醛、反式-2-戊烯醛、柠檬烯、α-水芹烯、6-甲基-5-庚烯-2-酮、2,3-丁二醇、3-戊酮、2-戊酮、2-丁酮、2,3-丁二酮、1-戊醇、乙醇、2-甲基丁醛和丙酮等含量在晾干样品中较高，发酵样品中次之，炒制样品中较低。炒制样品中，2-甲基丁醛、丙醛、1-辛烯-3-醇、乙酸和二甲基硫等含量较高。发酵样品中，正己醛、丁酸丙酯、乙酸乙酯、丁酸丁酯、丙酸丁酯、乙酸异戊酯、乙酸丁酯、反式-2-庚烯醛、1,1-二乙氧基乙烷、戊醛和丙醛等含量较高。

图4 不同加工工艺样品信号强度主成分分析Fig.4 PCA results on signal intensities of samples treated by different processing methods

3 结论

本研究结合HS-GC-IMS 与PCA 的优势，分析不同加工工艺多穗石柯茶样品中挥发性成分的变化，建立风味指纹图谱。HS-GC-IMS 共鉴定出58种挥发性化合物。根据三维谱图和指纹图谱，确定多穗石柯茶中主要风味化合物的变化是基于挥发物的热分解和一系列化学反应。2-甲基丁醛、丙醛、1-辛烯-3-醇、乙酸和二甲基硫等化合物在样品的风味方面发挥作用。