基于SPME-GC×GC-TOFMS技术的丹参红茶和丹参绿茶香气成分分析

2023-03-15尹峰罗建群吴曼曼赵宏光李凯旋张晓丹

浙江理工大学学报 2023年11期

尹峰　罗建群　吴曼曼　赵宏光　李凯旋　张晓丹

摘要：為探究丹参红茶（Salvia miltiorrhiza Bge. black tea，Smbt）和丹参绿茶（S. miltiorrhiza Bge. green tea，Smgt）香气差异的物质基础，采用固相微萃取（Solid phase microextraction，SPME）技术分别对其香气成分进行提取，并通过全二维气相色谱-飞行时间质谱联用（Comprehensive two-dimensional gas chromatography-time-of-flight mass spectrometry，GC×GC-TOFMS）对香气成分进行定性与定量分析。结果表明：从Smbt中鉴定出245种香气成分，Smgt中鉴定出233种香气成分；2种茶叶的共有香气成分有124种，以醇类、醛类、烯烃和饱和烷烃为主，这4类化合物占比高于70%，构成这2种茶叶的基本香气成分。醇类、醛类、烯烃和饱和烷烃等物质在2种茶叶中的占比不同，Smbt中醇类占比最高（25.771%），而Smgt中醛类占比最高（30.435%），饱和烷烃的占比均较低；正己醇等化合物只存在于一种茶叶中。香气成分的差异导致2种茶叶呈现不同的香型。该文为丹参叶的制茶工艺提供参考，并为丹参地上部分的进一步开发利用奠定理论基础。

关键词：丹参红茶；丹参绿茶；固相微萃取；全二维气相色谱-飞行时间质谱；香气成分

中图分类号： TS272.5

文献标志码： A

文章编号： 1673-3851 （2023） 09-0638-07

引文格式：尹峰，罗建群，吴曼曼，等. 基于SPME-GC×GC-TOFMS技术的丹参红茶和丹参绿茶香气成分分析［J］. 浙江理工大学学报（自然科学），2023，49（5）：638-644.

Reference Format： YIN Feng， LUO Jianqun， WU Manman， et al. Analysis of the aroma components in Salvia miltiorrhiza Bge. black tea and S.miltiorrhiza Bge. green tea based on SPME-GC×GC-TOFMS［J］. Journal of Zhejiang Sci-Tech University，2023，49（5）：638-644.

Analysis of the aroma components in Salvia miltiorrhiza Bge. black tea and S.miltiorrhiza Bge. green tea based on SPME-GC×GC-TOFMS

YIN Feng1， LUO Jianqun2， WU Manman2， ZHAO Hongguang3， LI Kaixuan4， ZHANG Xiaodan1

（1.College of Life Science and Medicine， Zhejiang Sci-Tech University， Hangzhou 310018， China; 2.Guangzhou Hexin Instrument Co.， Ltd.， Guangzhou 510530， China; 3.Shanxi Tasly Plant Pharmaceutical Co.， Ltd.， Shangluo 726000， China; 4.Institute of Mass Spectrometer and Atmospheric Environment， Jinan University， Guangzhou 510632， China）

Abstract： To explore the material basis of the aroma difference between Salvia miltiorrhiza Bge. black tea （Smbt） and S.miltiorrhiza Bge. green tea （Smgt）， solid phase microextraction （SPME） was used to extract the aroma components， and qualitative and quantitative analyses of the aroma components were performed by comprehensive two-dimensional gas chromatography-time-of-flight mass spectrometry （GC×GC-TOFMS）. The results show that 245 aroma components are identified from Smbt and 233 from Smgt. From both kinds of tea， the 124 shared aroma components detected are dominated by alcohols， aldehydes， olefins and saturated alkanes， which account for over 70% and constitute the basic aroma components of the two kinds of tea. However， the proportions of alcohols， aldehydes， olefins and saturated alkanes in these two kinds of tea are different. Specifically， Smbt has the highest proportion of alcohol （25.771%）， while Smgt has the highest proportion of aldehyde （30.435%）， and the proportion of saturated alkanes is relatively low in both types of tea. Additionally， such compounds as hexanol are only found in one kind of tea. The difference in aroma components leads to two types of tea showing different aroma types. This study provides some reference for the tea making process of S.miltiorrhiza Bge. leaves and lays a foundation for the development and utilization of the aboveground part of S.miltiorrhiza Bge.

Key words： Salvia miltiorrhiza Bge. black tea; S.miltiorrhiza Bge. green tea; solid phase microextraction; comprehensive two-dimensional gas chromatography-time-of-flight mass spectrometry; aroma components

0 引言

丹参（Salvia miltiorrhiza Bge）是唇形科鼠尾草属植物，具有活血祛瘀、通经止痛、清心除烦、凉血消痈的功效［1］。丹参作为传统大宗中药材，应用广泛，需求量大。丹参以根茎入药，地上部分一般不做药用，往往被丢弃［2］。丹参地上部分约占全草重量的60%～70%［3］，且含有酚酸类、黄酮类、三萜类、甾体类等化合物［4］，如地上部分得不到合理地利用容易造成资源浪费和环境污染。关于丹参地上部分的开发利用，顾俊菲等［5］提出了精细高值化开发利用、转化增效资源开发利用和粗放低值化开发利用三大策略，由丹参叶制成的保健茶富含丹酚酸及多种微量元素，具有抗氧化、抗衰老、促进睡眠等功效。

茶叶香气是体现茶叶品质的重要指标之一。在茶叶中鉴定出来的香气化合物有700多种［6］。茶叶香气成分提取的常用方法有水蒸气蒸馏法［7］、同时蒸馏萃取法［8-9］、超临界流体萃取法［10］和旋转锥体柱提取法等［11］。固相微萃取（Solid phase microextraction，SPME）技术是一种集采样、萃取、浓缩、进样于一体的样品制备技术，能够极大简化样品的前处理过程，是复杂基质中目标化合物的高灵敏度分析的有效途径［12-14］。全二维气相色谱-飞行时间质谱联用（Comprehensive two-dimensional gas chromatography-time-of-flight mass spectrometry，GC×GC-TOFMS）是利用2根性质不同的色谱柱，将第一维色谱柱的流出物再经第二维色谱柱中进行两次分离，具有高分辨率、高灵敏度、高峰容量的特点，能够有效解决一维气相色谱-质谱联用（Gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）技術灵敏度低、分辨能力不足的问题［15-17］，该技术广泛地应用于石油化工、食品、药物、农药残留和代谢组学等领域。

本文采用SPME-GC×GC-TOFMS技术对丹参红茶（Salvia miltiorrhiza Bge. black tea，Smbt）和丹参绿茶（S.miltiorrhiza Bge.green tea，Smgt）的香气成分进行提取和定性、定量分析，以初步探明2种茶叶香气差异的物质基础，从而为丹参叶的制茶工艺提供技术指导，并为丹参地上部分的相关开发利用奠定一定的理论基础。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

制作Smbt的Smgt的丹参鲜叶由陕西天士力植物药业有限责任公司提供。

GGT 0620型全二维气相色谱-飞行时间质谱联用仪（广州禾信仪器股份有限公司）、全自动多功能在线前处理进样器（瑞士CTC公司）和SPME Arrow 1.10 mm DVB/Carbon WR/PDMS固相微萃取头（广州智达实验室科技有限公司）。

1.2 实验方法

1.2.1 Smbt的制备

将丹参鲜叶摊晾在萎凋槽上，晾晒至颜色暗绿和叶质柔软，放入揉捻机中揉捻90 min使叶子成螺形；将螺形茶叶装于竹篮后稍加压，盖上发酵布，放入发酵箱发酵5～6 h，至叶脉呈红褐色，将发酵好的茶叶均匀铺在筛子上，厚约3 cm，放入烘焙机中，烘焙至触手有刺感，取出摊晾，即得Smbt成品。

1.2.2 Smgt的制备

取丹参鲜叶于干净器具上，摊晾至叶片失水30%，于300 ℃杀青至叶色暗绿，青气消失时出锅；再次摊晾，使茶叶恢复至室温；放置过夜，放入揉捻机揉捻约40 min，使叶子成条，再放入干燥滚筒中干燥，至叶片含水量小于10%，即得Smgt成品。

1.2.3 SPME检测

分别取Smbt和Smgt 10 g，经中药粉碎机粉碎，过60目筛得到茶叶粉末；称取茶叶粉末2 g于20 mL顶空瓶中，封闭瓶口，放入自动进样器中。萃取前老化温度为230 ℃，70 ℃预孵化10 min，然后70 ℃萃取20 min，解析3 min。

1.2.4 全二维气相色谱检测

进样口温度220 ℃，不分流进样；一维色谱柱：DB-5（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；二维色谱柱：DB-17MS（1.5 m×0.18 mm×0.18 μm）；载气为高纯氦，柱流量为1 mL/min；柱温箱采用程序升温，起始温度为35 ℃，保持5 min，然后以3 ℃/min升温到230 ℃，保持5 min，共75 min。

1.2.5 全二维气相调制器检测

采用固态热调制器，选择HV调制柱，调制周期为10 s，进口温度偏置30 ℃，出口温度偏置120 ℃。

1.2.6 飞行时间质谱检测参数

电子轰击离子源，灯丝发射电流200 μA，电离能70 eV；离子源温度230 ℃，传输线温度240 ℃；检测器电压-1800 V，采集速率100谱/s，质量扫描范围35～550 m/z。

1.3 数据处理

采用全二维气相色谱数据处理工作站软件Canvas载入数据，绘制全二维总离子流轮廓图，对信噪比大于3 dB的峰自动识别，标识出的每个峰点代表一种化合物。在Canvas软件上通过对每个化合物的质谱图进行NIST 17标准质谱数据库比对检索，并结合保留指数（Retention index，RI）对化合物进行定性分析，具体方法参考文献［18-19］。采用峰面积归一化法自动生成各成分的相对含量。根据各化合物的定性定量信息，统计Smbt和Smgt样品中的香气成分，并根据化合物官能团对香气成分进行分类，统计各成分的数量和相对含量。

2 结果与分析

2.1 Smbt与Smgt香气成分GC×GC-TOFMS轮廓图

根据GC×GC-TOFMS的结果，每个化合物由一对保留时间确定，X轴方向为第一维保留时间（min），Y轴方向为第二维保留时间（s）。使用Canvas工作站对Smbt和Smgt香气成分数据进行自动峰积分，并使用NIST 17数据库结合保留指数对每个峰进行检索定性。Smbt与Smgt香气成分GC×GC-TOFMS轮廓图见图1。由图1可知，2种茶叶的大部分香气化合物通过正交分离都得到了较好的分离效果，体现了全二维气相色谱高分辨率的特点。

2.2 Smbt与Smgt香气成分分析

2.2.1 Smbt与Smgt共有香气成分分析

从Smbt和Smgt中共鉴定出349种香气成分，其中Smbt中245种，Smgt中233种，主要化合物见表1。二者的共有香气成分有124种，主要包括24种饱和烷烃、23种醇类、17种酮类、16种烯烃、15种醛类、5种芳烃、4种酯类、3种呋喃酮3种环烷烃以及种类较少的酸类、呋喃、酚类、吡嗪和吡啶等。在124种共有香气中，部分化合物在2种茶叶中占比均较高，而部分化合物在2种茶叶中差异较大。占比较高的化合物构成了2种茶叶的基本香气，高占比的正己醛和2-庚烯醛使得2种茶叶均具有清香气味；而具有果香的γ-己内酯［20］在Smbt中占比是Smgt的3.9倍，具有玫瑰花香的苯乙醇［21］在Smbt中占比是Smgt的3.8倍，因此Smbt具有更浓郁的花果香气。

2.2.2 Smbt与Smgt香气成分的差异分析

从Smbt及Smgt中鉴定的化合物分类见表2。由表2可知，Smbt共鉴定出245种香气成分，根据官能团将其分成不同类别，其中占比较高的是醇类、醛类、烯烃及饱和烷烃，峰面积分别占比25.771%、21.469%、14.485%和8.358%，酸酐、吡啶、吡嗪、卤代烃等物质也有检出，但占比较低（不足1%）。

Smgt共鉴定出234种香气成分，根据官能团分类，占比较高的是醛类、烯烃、醇类，峰面积分别占比30.435%、20.462%和17.979%，最少的3类物质是酸酐（0.04%）、环氧烷（0.046%）和吡啶（0.058%），均不足0.1%。Smbt与Smgt香气物质均以醇类、醛类、烯烃和饱和烷烃为主，对茶叶的香气品质形成促进作用；对比Smbt与Smgt香气成分，醇类化合物在Smbt中占25.771%，高于Smgt中的17.979%，醇类化合物多呈现花果香气，使得Smbt的花果香气更加浓郁；Smbt中醛类占21.469%，低于Smgt中的醛类占比（30.435%），醛类化合物形成茶叶的各种特异香气，多呈现清香气息，因而Smgt的清香更加浓郁，可能是Smgt未经过发酵的原因。Smgt（20.462%）中烯烃占比高于Smbt（14.458%），饱和烷烃在2种茶叶中占比差异不大，酮类、环烷烃、吡嗪、呋喃以及其他含氮化合物占比Smgt均高于Smbt，单独从Smbt中检测出4种卤代烃，从Smgt中单独检测出吡咯啉、醚类、环氧烷各1种，但占比均较低（均低于0.5%）。一些化合物在其中一种茶叶中检出，且占比较高，对2种茶叶的香气差异具有较大影响，具有青草香的顺-3-己烯-1-醇［22］、具有果香的正己醇［23］、具有清香和可可香气的3-甲基丁醛［24］在只在Smbt中检出，且占比较高，赋予Smbt浓郁的花果香气；而具有果香的戊醇［25］和具有烘烤杏仁气味的苯甲醛［25］等只在Smgt中检出，且占比较高，使Smgt体现出烘烤杏仁的香味。

3 讨论

丹参以根茎入药，叶片不做药用而被丢弃。以丹参叶片制成的Smbt和Smgt风味独特，清新爽口，以水冲泡有利于丹酚酸等水溶性类成分的溶出，因此，丹参叶片制茶产业化对于丹参药材的充分利用具有重要意义。

对于茶叶香气化合物的分离鉴定多使用一维GC-MS技术，董玉玮等［26］采用一维GC-MS技术从牛蒡茶中分离鉴定到97种香气成分，张俊杰等［27］采用一维GC-MS技术从山苏茶中鉴定出60种香气成分。具有茶叶香气的化合物众多，一维GC-MS技术在分析茶叶香气成分时显得灵敏度低、分辨能力不足，本文采用GC×GC-TOFMS技术对丹参制成的2种茶叶的香气物质进行检测，鉴定化合物种类多（共349种），且能檢测出在Smbt中吡啶、酸酐，Smgt中的环氧烷等微量化合物，体现了GC×GC-TOFMS技术的高峰容量、高灵敏度的特点。

已有文献表明，各种茶叶的香气成分均以醛类、醇类、烯烃为主［28-31］，这与本文的结果一致。含量占比上，Smgt中醛类和烯烃占比较高，而Smbt中醇类和饱和烷烃占比较高，这几类化合物对茶叶香气的形成具有重要意义，不同类型的化合物呈现不同的香型，其中醇类化合物多呈现花香和果香，而醛类化合物多呈现清香，因而Smbt的花果香气更加浓郁，而Smgt清香更加明显。2种茶叶中均检出酸类化合物（Smbt中占6.374%，Smgt中占1.410%），这类化合物往往呈现出酸臭、腐臭等令人不愉快的味道，但由于其香气阈值较高，所以对于茶叶风味的贡献较小。针对2种丹参茶叶共有香气成分的研究发现，Smbt中具有果香的γ-己内酯［20］占比是Smgt的3.9倍，具有玫瑰花香的苯乙醇［21］占比是Smgt的3.8倍，表明Smbt的花香、果香更加浓郁，只在一种茶叶中检出且占比较高的香气化合物对于茶叶的香气差异具有重要影响。本文在Smbt中检出了高含量占比的具有青草味的顺-3-己烯-1-醇［22］、具有果香的正己醇［23］和具有清香、可可香的3-甲基丁醛［24］，而这些化合物在Smgt中并未检出，Smgt中检出了高含量占比的具有酯类香气的戊醇［25］、具有烘烤杏仁味的苯甲醛［25］，这些化合物在Smbt中未检出。Smbt呈现出更浓郁的花香、果香，而Smgt则呈现出清香、酯香、烘烤杏仁香等较为复杂的香味，由于这2种茶叶均使用丹参叶片制成，推测香气差异的形成可能与2种茶叶的制作工艺不同有关。

4 结论

本文运用SPME-GC×GC-TOFMS技术，对Smbt和Smgt的香气成分进行鉴定，并对香气成分的差异进行分析，主要结论如下。

a）分析丹参叶片制作茶叶的香气成分，在2种茶叶中鉴定出245种和233种香气成分；

b）香气成分分析表明，Smbt具有更浓郁的花果香气，而Smgt清香气息更加明显；

c）本文将为丹参叶的制茶工艺提供参考，并为丹參地上部分的开发利用奠定理论基础。

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