湖南紧压型黑茶与原料茶香气差异分析

杨丽玲，陈金华,3，陈 慧，黄建安,3，龚雨顺,3，李 适,3,

（1.湖南农业大学 茶学教育部重点实验室，湖南 长沙 410128；2.国家植物功能成分利用工程技术中心，湖南 长沙 410128；3.植物功能成分利用省部共建协同创新中心，湖南 长沙 410128）

黑茶是我国特有茶类，因其独特的品质风味和调节糖代谢、脂质代谢等功效，受到广大消费者喜爱[1-3]。早期，茶叶受产地限制，为方便仓储和运输，南方茶叶产区将散茶蒸压、筑制成捆包形式运往边区。紧压茶的主要花色品种有普洱茶、茯砖、黑砖、花砖、千两、天尖、贡尖、生尖、青砖、六堡茶、康砖等。其产品形式有篓装型、砖型、坨饼型和圆柱型等[3]。目前，黑茶品质机理研究是茶叶品质化学研究的热点[4-7]。

近年来，随着分析技术的进步，人们也开始关注黑茶独特香气品质的物质基础并取得重大进展。研究[4-5]表明，黑茶特征性香气的形成主要来源3 个方面，一是茶叶本身芳香物质的转化、异构、降解、聚合形成黑茶的基本茶香；二是渥堆过程中，微生物分泌的胞外酶作用于底物产生的风味香气；三是干燥过程中形成和吸附的特殊香气。茶叶加工过程是茶叶内含物质发生剧烈反应形成黑茶色泽红褐、滋味醇厚、香气陈纯品质特征的基础。然而，黑茶香气研究主要聚焦于渥堆、发花、陈化工艺等方面[4-6]，关于紧压工艺对成品黑茶品质的作用研究较少，压制后的成品黑茶与未压制原料茶的品质差异尚不清楚。围绕困扰着黑茶生产厂家和消费者的这些科学问题，本实验以4 种不同压制方式的湖南紧压黑茶及未压制的同批次原料茶作为研究材料，经过4 a的统一仓储陈放后，采用顶空固相微萃取（headspace solid phase microextraction，HS-SPME）技术提取样本的挥发性香气[7]，并通过气相色谱-质谱（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）联用方法对香气化合物进行定性和定量分析，结合感官审评方法对茶样冲泡后的香气进行描述分析，以探明紧压黑茶和原料茶的香气组成特点和差异，以期为进一步丰富黑茶品质化学提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料

中茶湖南安化第一茶厂（2017年生产），在通风、无阳光直射、无异味的室内仓储环境下（北纬39°55′45.43″，东经116°21′57.39″，室温（25±5）℃，湿度70%～80%）存放的天尖原料茶及成品天尖茶（一级茶）、花砖原料茶及成品花砖茶（二级茶）、茯砖原料茶及成品机制茯砖茶（三、四级拼配茶）、千两原料茶及成品千两茶（二、三级）。

1.2 仪器与设备

GC/MS-QP 2010 GC-MS联用仪 日本岛津有限公司；SPME手动进样手柄、10 mL顶空萃取瓶 上海安谱实验科技股份有限公司；65 μm PDMS/DVB萃取头 美国 Supelco公司；AE240型电子天平 瑞士Mettler公司；茶样粉碎机 浙江永康市红太阳机电有限公司；正构烷烃混标（C7～C20）美国Sigma-Aldrich公司。

1.3 方法

1.3.1 感官审评

参照GB/T 23776—2018《茶叶感官审评方法》和 GB/T 14487—2017《茶叶感官审评术语》进行，组织3 位具有长期茶叶审评经验的专家对各样品感官品质作出客观评价并进行品质描述分析。

1.3.2 SPME操作

准确称取2.0 g粉碎茶样置10 mL顶空瓶中，不加水，密封瓶口；置于80 ℃恒温水浴锅，平衡10 min；将经240 ℃老化后的萃取针头插入萃取瓶的顶空部分，距离样品上方1 cm处，萃取吸附50 min后取出，解吸5 min，进行GC-MS分析。

1.3.3 GC-MS分析方法[8]

G C 条件：RT X-5 m s 石英毛细管柱（30 m× 0.25 mm，0.25 µm）；升温程序为：柱温箱起始温度为50 ℃，保持4 min；升温速率2 ℃/min，至150 ℃保持1 min；升温速率5 ℃/min，至180 ℃保持5 min；升温速率10 ℃/min，至280 ℃保持30 min；进样口温度240 ℃。进样量2 µL，进样方式为不分流。

MS条件：电子电离源；电子能量70 eV；离子源温度200 ℃；质量扫描范围m/z35～500；溶剂延滞时间2.8 min。MS接口温度220 ℃。载气为N2，流速0.7 mL/min。

1.3.4 香气定性和定量分析

定性分析：根据各色谱峰的质谱信息通过计算机检索与NIST 17质谱库中的标准质谱图进行对照，相似度大于80%判断其可能为香气化合物；再根据保留指数（retention index，RI）计算公式，结合保留时间求出各待测物质的实际保留指数，实际保留指数与理论保留指数的误差范围在±30；再结合已发表有关茶叶香气的文献资料，确定各色谱峰对应的物质结构。RI计算公式如下：

式中：tx为待测物质的保留时间/min；tn为n个碳原子数正构烷烃的保留时间/min；tn＋1为（n＋1）个碳原子数正构烷烃的保留时间。

定量分析：采用峰面积归一法即组分面积占总峰面积的百分比为其相对含量。

1.4 数据处理

2 结果与分析

2.1 原料茶和紧压型黑茶感官品质特征分析

如表1所示，4 种不同嫩度、不同蒸压方法制作的成品黑茶香气特征明显，各成品茶与原料茶差异较大。蒸压筑篓后的成品天尖茶较原茶松烟香明显变淡，茶香更浓郁、纯正；花砖原料茶陈放4 a后粗青气缓慢消退，显露出陈化后的淡樟木香，压制后的成品花砖茶香气较原料散茶浓度更高，更聚集、纯正，带有陈化后的甜杏仁香；茯砖原料茶香气转化与花砖原料茶相似，仍带蓼叶粗青气，但经过压制、发花工艺后香气显露出浓郁的“菌花香”，粗青气不明显；千两原料茶仍带有新茶的部分酸气，但程度有所减弱，成品千两茶嗅闻不到酸气，香气纯正，带有陈化后产生的樟木香。总体而言，原料茶经过蒸压、干燥（烘房干燥或晾制）后制成的成品紧压茶香气中的松烟香和粗、青、酸等杂异气较原料茶明显减弱，紧压茶香气浓度更高、更持久，陈纯感明显优于原料茶。

表1 原料茶和紧压型黑茶感官审评结果Table 1 Sensory evaluation results of raw dark tea and compressed dark tea

从色泽转化来看，原料茶干茶色泽和茶汤色泽较压制成品茶颜色要深，转色要快，但茶汤明亮度较压制茶暗。滋味上，压制成品茶优于原料茶，其品质更为醇正，粗涩味减弱。综合感官评价结果，陈化后的紧压型成品茶比原料茶的风味品质更佳，更有助于形成黑茶陈醇的品质风味。

2.2 原料茶和紧压型黑茶挥发性香气成分组成分析

研究表明黑茶主要呈香物质包括棕榈酸、植醇、6,10,14-三甲基-2-十五烷酮、(E,E)-2,4-庚二烯醛、(E)-2-己 烯醛、β-环柠檬醛、己醛、香叶基丙酮、β-紫罗酮、β-二氢 紫罗酮、1,2,3-三甲氧基苯、1,2-二甲氧基苯、α-法尼烯等[4-5]。茶叶样品共鉴定出141 种挥发性化合物，包括醇类化合物（花果香、木香属性）36 种、酮类化合物（花香、木香属性）25 种、醛类化合物（清香、焦香和花香属性）22 种、酯类化合物（果香属性）18 种、酸类化合物（刺激性）13 种、碳氢类化合物11 种、呋喃类化合物5 种、甲氧基苯类化合物（陈香属性）5 种、酚类化合物3 种，以及吡嗪类化合物（烘烤属性）2 种和咖啡因。结果表明4 类紧压成品茶中醛类、吡嗪类、酸类香气成分较原料茶种数减少，醇类、酮类和碳氢类种数略有增加。

如表2所示，相对定量结果发现黑茶香气主要是由醇类、酮类、醛类和酯类化合物组成。与原料茶相比较而言，成品天尖茶、花砖茶、千两茶的木香属性居多的酮类化合物、花果香属性的酯类化合物的总含量显著上调，有刺激性气味的酸类化合物、吡嗪类和呋喃醛类等焙火香气属性化合物、甲氧基苯类等陈香属性化合物的总含量显著下调，但是丁基羟基甲苯、1,2,3-三甲基苯单个化合物的相对含量占比显著升高。

表2 原料茶和紧压型黑茶香气的相对含量（n=3）Table 2 Relative contents of aroma compounds in raw dark tea and compressed dark tea (n=3) %

对香气化合物相对含量数据进行标准化处理后制成热图（图1），结果发现4 类紧压型黑茶样品中显著上调的挥发性成分有12 种，分别为苯乙醇（花香属性）[9]、苯甲醇（花果香）、(±)-反式橙花醇（花香属性）[10-11]、石竹烯（木香属性）[12]、3-十三烷酮（坚果和药草香）[13]、α,β-二氢-β-紫罗兰酮（甜木香属性）[14]、六氢法尼基丙酮、环己基酮、己二酸乙酯（果香）、(E,E)-2,4-庚二烯醛（清香）[15]、藏红花醛（花香属性）、丁基羟基甲苯（木香）[16]。15 种挥发性成分在4 类紧压样品中显著下调，包括(Z)-4-庚烯醛（青草气属性）、乙缩醛（烘烤焙烧属性）[17]、(Z,Z)-2,4-庚二烯醛（青气）[15]、β-半环柠檬醛（果香属性）、(Z,Z)-2,4-壬二烯醛（青草气）、2,3,5,6-四甲基吡嗪（美拉德反应产物）[18]、1-辛烯-3-醇（刺激青味、蘑菇泥土气）、醋酸、己酸、辛酸、壬酸（腐臭味）、正癸酸、十二烷酸、(Z)-4-庚-1-醇、2,6-二甲基环己醇（风霉味）[16-18]。

图1 样本挥发性香气相对含量响应热图Fig.1 Response heatmap of relative contents of volatile aroma in tea samples

综上所述，经过蒸压干燥后的成品茶较原料茶而言，青草气、酸气、烟气类的呈味香气显著减少，木香、坚果香、脂香、各类花香型成分显著增加。这些香气物质的变化，让蒸压后的成品黑茶在陈化过程中呈现出比原料茶更陈纯、高扬的香气 特征。

2.3 原料茶和紧压型黑茶特征性香气物质分析

对经标度化预处理的141 种化合物相对含量分析进行主成分分析（principal component analysis，PCA），如图2所示。8 个样品在PC1和PC2上得分有差异，与上述热图结果一致。天尖原料茶、花砖原料茶、千两原料茶分布在第3、4象限，天尖、花砖、千两成品茶分布在第1、2象限，金花茯砖茶和金花茯砖原料茶样本组内差异较其他3 类茶小。该PCA模型解释了95%以上的原始数据，拟合系数为=0.993，Q2=0.970。

图2 原料茶和紧压型黑茶挥发性香气含量的PCA载荷图Fig.2 PCA loading plot of aroma compound contents in raw dark tea and compressed dark tea

由于无监督的PCA模型只能显示紧压成品茶与原料茶的大致分离趋势，所以为进一步探究原料茶和紧压成品茶中特征香气成分的影响，建立有监督的正交偏最小二乘判别分析（orthogonal partial least squares-discrimination analysis，OPLS-DA）模型。如图3A所示，该模型的=0.560，=0.998，Q2=0.996；然后对建立的模型进行200 次的置换检验（图3B），结果显示散布回归线与垂直轴的截距小于零（Q2=-0.654），说明OPLS-DA模型具有较好的验证效果。

图3 原料茶和紧压型黑茶OPLS-DA模型得分图（A）与 200 次置换检验图（B）Fig.3 OPLS-DA score plot (A) of raw dark tea and compressed dark tea and permutation test of the OPLS-DA model with 200 permutations (B)

在OPLS-DA判别模型基础上，变量投影重要性（variable importance in projection，VIP）分析法进一步确定了原料茶与紧压成品茶最具区分性的特征化合物，以VIP值大于1.0，共筛选出40 种特征性化合物。该筛选结果与热图分析结果基本一致，即青气属性香气成分、刺激性有机酸类成分、花香属性、甜木香属性、陈木香属性成分对于压制后的成品茶香气贡献较大。在此基础上对上述40 种化合物含量进行独立样本Kruskal-Wallis统计学分析（P＜0.05），如表3所示。各个特征性差异化合物在原料茶和紧压茶中相对含量的量化结果见图4。通过化学计量学的分析手段，本研究确定醋酸、2-丁基-1-辛醇、1,2,3-三甲基苯、(Z)-2-癸烯醛、芳樟醇、辛醇、α-松油醇、3-十三烷酮、反-2-顺-6-壬二烯醇、苯乙醇10 种成分对压制后成品茶香气影响值较大。

图4 原料茶和紧压茶的特征性差异化合物相对含量Fig.4 Relative contents of characteristic differential compounds between raw dark tea and compressed dark tea

表3 原料茶和紧压型黑茶特征性差异化合物（VIP1、P 0.05）Table 3 Characteristic differential compounds between raw dark tea and compressed dark tea (VIP >1,P <0.05)

表3 原料茶和紧压型黑茶特征性差异化合物（VIP1、P 0.05）Table 3 Characteristic differential compounds between raw dark tea and compressed dark tea (VIP >1,P <0.05)

3 讨论

紧压型黑茶与其原料茶的区别在于精制过程中的蒸压定型、发花、干燥工序和后续陈化储存过程中茶体与周围环境的接触程度带来的品质转化差异。本研究发现：1）紧压成品茶陈化后，较原料散茶其松烟香、酸、粗、青等杂异气味明显减弱，香气的陈纯度、浓度更高，更愉悦，挥发性成分中具有花香属性、甜木香属性、陈香属性成分含量显著增加，刺激性属性、辛辣属性、青草气属性、蘑菇泥土属性成分含量显著下降；2）OPLS-DA鉴定醋酸、2-丁基-1-辛醇、1,2,3-三甲氧基苯、芳樟醇、辛醇、α-松油醇、3-十三烷酮、(E,Z)-2,6-壬二烯醇、苯乙醇10 种成分为湖南黑茶紧压成品茶香气的潜在特征香气。

本研究利用GC-MS技术从化学组成层面阐释了黑茶风味品质可能的形成机理，综合分析了湖南4 类紧压黑茶及其原料茶的香气物质基础及差异，结果表明紧压成品黑茶的香气风味品质比原料茶表现更为陈醇。林宏政等[19]在研究白茶散茶与白茶茶饼在色泽、滋味、及香气组分上的差异发现，散茶色泽鲜绿、滋味浓，香气以嫩香为主，而茶饼色泽黄、滋味浓醇，香气以果香与甜香为主，毫香和青气减弱，茶饼香气质量综合得分高于散茶，该报道与本研究结果相似。何华峰等[5]研究表明，黑茶香气化学研究聚焦于渥堆、干燥、贮藏等工艺、微生物作用、茶叶产区等因素的影响，尚未发现原料与成品黑茶香气品质的比较研究。

就原料茶和成品茶而言，紧压黑茶的香气特征形成与后发酵技术、汽蒸工序对部分杂异气的去除、压制、发花、干燥（烘房干燥和晾制）工序所形成的高温、高湿或微生物作用都有关系。黄艳君[20]在研究安化黑毛茶后发酵技术中发现经过后发酵的成品茶解决了新毛茶茶汤色浑浊、滋味苦涩、香气低沉等问题。成品茶香气种类数有所减少，但是愉悦性特征成分含量的增加使紧压成品茶整体香气风味更为浓郁、纯正。在本研究中，一些低沸点的青气类香气成分青叶醇如顺-3-己烯醇、青叶醛如顺-3-己烯醛、具有绿色蔬菜气味的(E,Z)-2,6-壬二烯醇、刺激性气味的2-丁基-1-辛醇、刺激性气味的醋酸等在成品茶中含量减少，可能是蒸压过程中高温加快其挥发和后发酵过程中发生异构化反应形成反式烯醛类化合物的结果[13]。一些木香、脂香、花果香属性的1,2,3-三甲氧基苯、(Z)-2-癸烯醛、芳樟醇、辛醇、3-十三烷酮可能是后发酵过程中微生物代谢旺盛作用的结果[21]。甲氧基苯类化合物被认为是普洱茶的特征香气与黑茶的陈香属性有关。研究报道表明茶叶中的表没食子儿茶素没食子酸酯（epigallocatechin gallate，EGCG）在氧化降解过程中脱没食子酰基形成没食子酸，然后没食子酸的羟基氢被取代实现甲基化则产生甲氧基苯的类似结构化合物。蒸压定型、发花、干燥工序和后续陈化都为EGCG的进一步氧化降解创造了条件，这可能是造成紧压茶中1,2,3-三甲氧基苯的相对含量显著高于原料茶的原因。(Z)-2-癸烯醛等特征香气含量的增加可能是不饱和脂肪酸在微生物的作用下发生自氧化的结果。十三烷酮等酮类化合物含量的增加可能来源于类胡萝卜素的氧化和缩合反应及β-胡萝卜素的氧化分解反应。研究[22]也表明，苯甲醇、苯乙醇、橙花醇、α-萜品醇以及芳樟醇、香叶醇等萜烯醇类化合物产生于单萜烯醇配糖体的水解，成品茶经过后续的工序，微生物释放相应的水解酶，从而促进了萜烯醇含量的提升。

王华夫等[23]在茯砖茶发花过程的研究中发现，对“菌花香”有重要贡献的1-辛烯-3-醇、(E,Z)-2,4-庚二烯醛、(E,E)-庚二烯醛以及(E,E)-2,4-壬二烯醛等化合物含量的增加最为显著，本实验茯砖茶中(E,E)-庚二烯醛、(E,E)-2,4-壬二烯醛、1-辛烯-3-醇在成品茶中的含量显著增加与其研究结果一致。独特的发花工艺和原料中含梗量的差别可能是茯砖压制茶与其他3 类压制茶有差异的原因。

本研究从原料茶和成品茶的角度阐述蒸压干燥工艺对紧压型黑茶成品茶香气品质形成的作用，为探明黑茶品质的形成机制提供新的参考思路。然而，香气化合物单体在整体香气中的贡献主要取决于其阈值及含量，任何一种茶叶的香气都是多种香气成分相互协调作用的综合表现，且各成分之间不同的感官阈值和呈香值，以及不同浓度的配比使茶叶呈现出丰富而怡人的香型，本研究对于香气组分的分析还需要进一步完善，可结合GC-O技术[24-25]、香气重组实验[26]、香气缺失实验[27]，香气活度值[28-33]等方法全面深入地探讨香气成分的气味表达及强度。