惠明茶香气品质的化学成分分析

尤秋爽，刘建平，何卫中，朱 荫，林 智,，吕海鹏,

（1.农业农村部茶树生物学与资源利用重点实验室，中国农业科学院茶叶研究所，浙江 杭州 310008；2.中国农业科学院研究生院，北京 100081；3.景宁畲族自治县茶产业发展中心，浙江 丽水 323500；4.丽水市农林科学研究院，浙江 丽水 323000）

惠明茶，也称“金奖惠明茶”，属于绿茶类，原产于浙江丽水景宁畲族自治县，是我国的传统历史名茶之一。近年来惠明茶产业发展迅速，2017年景宁畲族自治县茶叶总产量达到2 760 t，总产值达到4.3亿 元[1]，到2019年“金奖惠明茶”区域公共品牌价值13.65亿 元[2]，极大推动当地经济效益的增长。根据团体标准T/CTSS 13—2020《惠明茶》，惠明茶选用景宁畲族自治县的当地群体种、景白1号、景白2号以及其他适制性中小叶茶树品种的鲜叶为原料，按照摊放、杀青、揉捻、做形（辉锅）、提香等特定加工工艺制作而成。此外，惠明茶一般加工成卷曲形或直条形，其成品茶可分为精品、特级、一级、二级4 个等级，以“鲜爽甘醇、嫩绿明亮、清高持久”为主要感官品质特征，且等级越高，香气越持久。

惠明茶具有优异的香气品质，深受众多消费者的喜爱。香气是评价茶叶品质高低的重要指标之一，茶叶香气实质是各种挥发性成分以不同浓度、比例组合，对人类嗅觉神经综合作用而表现出的茶叶特征香型[3]。目前已从茶叶中鉴定出700余种香气成分，然而仅有少部分化合物对茶叶特征香气品质的形成具有重要贡献作用，将它们称之为关键呈香成分。目前，主要采用香气活性值（odor activity value，OAV）、气相色谱-嗅闻（gas chromatography-olfactometry，GC-O）等方法鉴定茶叶中的关键呈香成分[4]。例如，Cui Jilai等[5]结合OAV、GC-O方法确定了壬醛、(E)-β-紫罗酮、辛醛、(E)-橙花叔醇、芳樟醇、(Z)-3-己烯基己酸酯、香叶醇、癸醛和β-环柠檬醛9 种芳香物质为信阳毛尖的关键香气化合物；石亚丽等[6]采用搅拌棒吸附萃取（stir bar sorptive extraction，SBSE）结合气相色谱-嗅闻-质谱（gas chromatographyolfactometry-mass spectrometry，GC-O-MS）技术结合相对香气活性值（relative odor activity value，ROAV）确定了安吉白茶的(E)-β-紫罗酮、香叶醇、芳樟醇、己醛、庚醛等16 种关键呈香成分。在惠明茶研究方面，主要关注其滋味品质及适制茶树新品种的选育等，例如，有研究表明惠明茶中具有含量较高的游离氨基酸，或是其滋味“鲜爽、甘醇”的来源[7]；研究发现，景白1号适制扁形、卷曲形名优绿茶，由其制成的绿茶氨基酸含量丰富而茶多酚含量较低，品质优异[8]。然而，对惠明茶香气品质的系统研究仍十分缺乏，尚鲜有研究揭示惠明茶的挥发性成分组成及其关键呈香成分。

因此，本研究拟筛选一批具有代表性的“金奖惠明茶”样品，采用SBSE-GC-MS技术研究其挥发性成分组成特点，并结合GC-O-MS分析方法鉴定其关键呈香成分，旨在揭示形成惠明茶优异香气品质的化学物质基础，并为惠明茶香气品质的科学评价、加工工艺提升等提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

惠明茶代表性样品共计13 个，收集于浙江省景宁畲族自治县茶叶加工企业，样品的详细信息如表1所示。委托农业农村部茶叶质量监督检验测试中心对样品进行感官审评；同时，每个茶样取部分样品均匀研磨成茶粉用于香气成分检测。

表1 惠明茶样品详细信息Table 1 Detailed information of Huiming tea samples tested in study

氯化钠（分析纯）美国Sigma-Aldrich公司；正构烷烃（C8～C40）、癸酸乙酯 北京百灵威科技有限公司。

1.2 仪器与设备

7980B-5977B气相色谱-质谱联用仪、DB-5ms色谱柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）美国Agilent公司；ODP2 GC-O嗅闻口、PDMS搅拌棒（10 mm×0.5 mm）德国Gerstel公司；SP200-2T多位点磁力搅拌器 杭州MIU公司。

1.3 方法

1.3.1 香气成分萃取

采用SBSE方法萃取惠明茶挥发性成分[9]，具体步骤如下：准确称取600 mg研磨茶粉与500 mg氯化钠置于20 mL顶空瓶中，加入10 mL沸水，平衡1 min；加入PDMS搅拌子，将顶空瓶放置于多位点磁力搅拌器上，以1 200 r/min在80 ℃条件下萃取30 min后取出搅拌子，并用纯净水冲洗掉表面残留茶粉，用无尘纸擦干后置于1.5 mL样品瓶中待测。

1.3.2 GC-MS分析

进样系统：气体进样，初始温度为30 ℃，保持1 min，以100 ℃/min的速率升温至240 ℃，热脱附5 min；用液氮（99.99%）冷却至-100 ℃，保持1 min后，以12 ℃/s的速率升温至280 ℃，保持3 min。

色谱条件：升温程序：初始温度50 ℃，保持2 min，以4 ℃/min的速率升温至170 ℃，保持5 min后；以10 ℃/min的速率升温至265 ℃，保持5 min。进样口温度280 ℃；溶剂排空模式，以氦气（＞99.99%）为载气，流速1.6 mL/min。

质谱条件：电子离子源，温度220 ℃；电子能量70 eV，质量扫描范围为m/z50～550。

1.3.3 GC-O分析

升温程序同1.3.2节；ODP嗅闻口与质谱端1∶1分流进样，传输线温度与进样口温度分别为260 ℃和230 ℃，以氮气（＞99.99%）为载气。

嗅闻小组由6 名具有丰富审评经验且经过专业嗅闻训练的成员组成，香气强度以数值1～4表示，1表示强度最弱，依次递增，4表示强度最强。在实验过程中，小组成员要同时记录化合物的香气强度并描述化合物的的气味特征，至少有3 名小组成员在同一时间段嗅闻得到相似的气味特征描述，记入最终结果[10]。

1.4 数据处理

GC-MS检测到的数据通过与NIST 2014标准谱库进行比对，要求依据正构烷烃测得的化合物保留指数与谱库理论保留指数的差值在20以内，同时结合化合物的基峰、质荷比对化合物进行定性；以癸酸乙酯作标准曲线，通过各香气化合物与癸酸乙酯的峰面积比值计算化合物的含量。用Origin 2018、Excel 2007及TBtools等软件进行数据处理和图表绘制。

2 结果与分析

2.1 惠明茶的感官审评结果分析

13 个代表性惠明茶样品的感官审评结果如表2所示，感官审评总得分在89.4～93.3 分之间，总体上感官品质较好，在惠明茶风味品质特征方面具有较好的代表性。其中，13 个样品的香气品质审评得分介于88.0～94.0 分之间，除样品HMC4-1、HMC6-1外，其他样品的香气品质评分均在90.0 分以上，说明这批次惠明茶样品整体的香气品质比较优异，能满足本实验对惠明茶样本选择的要求；此外，由表2可知，这批惠明茶样品的香气品质特征多表现为“清高”和“花香”等。

表2 惠明茶样品感官审评结果Table 2 Sensory evaluation of Huiming tea samples

2.2 惠明茶的挥发性成分分析

惠明茶挥发性成分的SBSE-GC-MS分析中，样品的代表性总离子流图如图1所示。按照官能团、化学结构可将挥发性成分分为11 类（图2A），包括醇类26 种、酯类26 种、酮类14 种、烯烃类化合物14 种、醛类13 种、芳香族7 种、含氧杂环类5 种、含氮杂环类4 种、内酯类4 种、酸类3 种以及其他类化合物4 种。

图1 惠明茶样品代表性总离子流图Fig.1 Representative total ion current chromatogram of Huiming

图2 惠明茶挥发性成分的组成（A）和含量分布热图（B）Fig.2 Composition of volatile components (A) and heatmap of volatile content distribution in Huiming tea samples (B)

如表3所示，在这批惠明茶样品中共鉴定出120 种挥发性成分。在不同种类挥发性成分的含量上，含量较高的类别为醇类化合物（1 775.30 μg/kg）、酯类化合物（1 392.65 μg/kg），酮类化合物（713.42 μg/kg）、含氮杂环类化合物（499.08 μg/kg）、醛类化合物（377.67 μg/kg）次之，而含氧杂环类化合物（151.60 μg/kg）、酸类化合物（68.19 μg/kg）含量最低。因此醇类、酯类、酮类物质是惠明茶的主要挥发性成分，这几类香气物质的数量丰富且占据较高的含量。而区别于黄山毛峰、信阳毛尖等其他绿茶，从惠明茶中鉴定出4 种含氮杂环类化合物且总含量较高[5,11]。

表3 惠明茶挥发性成分及含量Table 3 The contents of volatile compounds in Huiming tea samples

醇类物质一般是绿茶香气成分的重要组成部分。在醇类化合物中，香叶醇（821.63 μg/kg）、1-辛烯-3-醇（175.80 μg/kg）、芳樟醇（155.08 μg/kg）和苯乙醇（110.73 μg/kg）的含量远高于其他物质。香叶醇、芳樟醇具有“花香、果香”的气味特征，可以分别在香叶醇合酶、芳樟醇合酶的作用下通过香叶基焦磷酸盐前体释放[12]，因表现出较高的OAV，被鉴定为大吉岭红茶的关键呈香成分[13]。1-辛烯-3-醇具有“蘑菇、泥土味”，来源于脂肪酸的氧化降解[14]，被鉴定为洞庭碧螺春的特征香气成分[15]。酯类物质在惠明茶中的含量仅次于醇类，其中2,2,4-三甲基戊二醇异丁酯（527.14 μg/kg）、己酸叶醇酯（105.94 μg/kg）、水杨酸甲酯（104.29 μg/kg）、2-乙基-3-羟基己基-2-甲基丙酸酯（87.96 μg/kg）等物质的含量水平较高。2,2,4-三甲基戊二醇异丁酯在烘青绿茶和普洱生茶中被检测出[16-17]。己酸叶醇酯、水杨酸甲酯在惠明茶香气成分中的含量水平相近，分别表现出新鲜的“青气、水果香”和“冬青香、薄荷”的气味特征。研究发现，己酸叶醇酯被认为是茶树品种中茗66号区别于龙井43号的特异香气成分[18]。此外，胡哲辉等[19]研究发现2-乙基-3-羟基己基-2-甲基丙酸酯的含量与梨果皮呈现“果香、花香”的香气属性具有显著正相关，而该成分对茶叶香气品质的贡献目前鲜有文献报道。

酮类化合物中，(Z)-茉莉酮（295.87 μg/kg）、(E)-β-紫罗酮（119.91 μg/kg）、2,3-辛二酮（62.39 μg/kg）的含量较高。(Z)-茉莉酮是一些绿茶、乌龙茶产品中的重要挥发性成分，通常呈现出“花香、草本香”的气味特征，作为一种环状结构的芳香物质，可在脂氧合酶、丙二烯氧合酶等的作用下通过α-亚麻酸途径氧化降解生成[14]。(E)-β-紫罗酮是一种典型的“花香”型香气物质；而2,3-辛二酮具有“泥土味、油脂味”的呈味特征。此外，吲哚（455.39 μg/kg）、茉莉内酯（81.44 μg/kg）在惠明茶中也具有较高含量。茉莉内酯具有“甜香、桃子香”，而吲哚在不同浓度下表现出不同的呈香特性，即在高浓度下表现出类似动物粪便的不愉快气味，而在低浓度下释放出花香[4]。研究发现茶鲜叶采摘后遭遇机械胁迫，有助于吲哚通过色氨酸-吲哚裂解酶作用途径的物质积累[20]，对形成乌龙茶独特的“花香”具有重要作用。因此，初步推测香叶醇、芳樟醇、苯乙醇、(Z)-茉莉酮、(E)-β-紫罗酮、吲哚等高含量的“花香”型香气物质可能共同参与惠明茶“花香”属性的构成，而己酸叶醇酯、水杨酸甲酯以及具有“新鲜、青气”气味的己醛、庚醛、(E,E)-2,4-庚二烯醛等低碳原子数的醛类物质[14]可能有助于形成惠明茶的“清高”的香气特征。

此外，利用聚类分析树状图将惠明茶香气成分差异可视化（图2B），其中色块颜色表示香气化合物含量高低，色块颜色越偏红色，表示该化合物在惠明茶样品中含量相对较高，色块颜色越偏紫色，则该化合物在惠明茶样品中含量相对较低。可以看出，不同惠明茶样品间香气物质的组成情况不同，且同种香气化合物在不同样品中的含量存在较大差异，如1-辛烯-3-醇、乙酸叶醇酯、吲哚等物质含量差异在10 倍以上。茶树品种是决定茶叶香气形成的物质基础，采用不同茶树品种的茶鲜叶制成的茶叶，一般香气品质存在显著差异[21]。吴小清等[22]研究发现，以不同茶树品种制作的龙井茶，在香气成分组成和含量上有明显区别，且香气类型不同，鸠坑种制得的龙井茶表现为“栗香”，而龙井种制成的龙井茶“清香”特征显著。另外，揉捻做形的工艺方式、时间也会导致茶叶香气成分产生差异[23]。董晨等[24]研究发现选用鄂茶10号品种加工的针形绿茶由于揉捻程度充分，其总香气成分含量高于自然形、芽形绿茶。由于本实验中的惠明茶样品来源于不同茶树品种，干茶具有不同外形，这是样品间香气物质含量水平表现出差异的主要原因之一。

2.3 惠明茶关键呈香成分的鉴定

如表4所示，从惠明茶中共鉴定出42 种关键呈香成分，香气强度（aroma intensity，AI）值2.00～3.75，包括醇类8 种、酯类8 种、酮类7 种、醛类7 种、含氧杂环类3 种、内酯类2 种、烯烃类2 种、芳香族1 种、含氮杂环类2 种、酸类1 种、其他类化合物1 种。其中，AI相对较高的化合物（AI≥3.20）有11 个，包括2-乙基-3,5-二甲基吡嗪、6-甲基-5-庚烯-2-酮、芳樟醇、(Z)-3-己烯醇丁酸酯、3,5-辛二烯-2-酮、(E)-β-紫罗酮、(Z)-芳樟醇氧化物（呋喃型）、6-甲基-5-乙基-3-庚烯-2-酮、(E)-芳樟醇氧化物（呋喃型）、庚醛以及2-氨基苯甲酸甲酯。

表4 惠明茶关键香气化合物的GC-O鉴定结果Table 4 GC-O identification results of key aroma-active compounds in Huiming tea samples

在这些已鉴定出的关键呈香成分中，2-乙基-3,5-二甲基吡嗪尽管含量低（仅为6.86 μg/kg），但具有最高的香气强度和较低的嗅闻阈值（0.009 ng/L）[25]，呈“咖啡、烘烤、坚果香”的气味特征[26]，是美拉德反应的产物，可通过丙氨酸或L-苏氨酸的Strecker降解反应产生，或来源于2,3-戊二酮和氨基丙酮的缩合环化[4]。2-乙基-3,5-二甲基吡嗪被鉴定为黄大茶“锅巴香”的关键呈香成分，并对龙井茶特征香气品质的形成也具有较大贡献[27-28]，因此，可以初步推测该成分是惠明茶中重要的呈香物质。6-甲基-5-庚烯-2-酮、(Z)-3-己烯醇丁酸酯和6-甲基-5-乙基-3-庚烯-2-酮的气味特征相似。6-甲基-5-庚烯-2-酮曾被鉴定为青砖茶的特征香气成分[29]，而6-甲基-5-乙基-3-庚烯-2-酮曾在汝城白毛茶[30]、西湖龙井的挥发性成分[31]中有所报道，另外，这3 个化合物在白芽奇兰茶中均被检出，且6-甲基-5-乙基-3-庚烯-2-酮是决定白芽奇兰茶香气品质的关键香气成分，主要呈现“清新、青草气”的香气特征[32]。

芳樟醇、(E)-β-紫罗酮、(Z)-芳樟醇氧化物（呋喃型）、(E)-芳樟醇氧化物（呋喃型）、2-氨基苯甲酸甲酯是一类呈现“花香、甜香”属性的香气物质，在惠明茶中的香气强度和含量水平均较高，这可能是部分惠明茶样品“花香”品质显著的主要原因。芳樟醇和(E)-β-紫罗酮是茶叶中重要的香气物质，对各类茶叶特征香气品质的形成都具有重要作用；(E)-β-紫罗酮呈现出典型的“花香、玫瑰香”特征，主要来源于加工过程中类胡萝卜素氧化降解[14]；芳樟醇氧化物一般以4 种形式存在于茶叶中，每种形式具有不同的气味特征，例如呋喃型芳樟醇氧化物表现出“甜香、花香”气味，而吡喃型芳樟醇氧化物具有类似“泥土”的气味[14]，它们可通过芳樟醇自身氧化生成，或通过相应糖苷类前体物质水解产生[33]。2-氨基苯甲酸甲酯是茉莉精油和茉莉花茶中共有的挥发性成分[34]，一般表现为“橙花香、蜜香”的香气特征。此外，3,5-辛二烯-2-酮（油脂味）的香气强度高达3.40，在本实验中表现出“花香、青草气”的特点，而有研究认为该物质可能与绿茶“陈味”的形成有关[35]。

茉莉内酯、γ-壬内酯、α-松油醇、(E)-2-己烯己酸酯、δ-杜松烯等化合物也具有较高的香气强度且气味描述相似，大多表现为“花果香、甜香”。其中，γ-壬内酯呈现“桃香、果香”，有研究认为该物质是工夫红茶的特征香气成分，与工夫红茶的“麦芽香”呈显著正相关性[36]。庚醛、壬醇、1-辛烯-3-醇、己醛、(E)-2-辛烯醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛等C6～C10的醛类、醇类化合物，往往带有“新鲜、青气”或类似“黄瓜”的气味，它们具有共同的香气前体物质，通常由α-亚麻酸、亚油酸等不饱和脂肪酸降解产生[37]。己醛被认为是清香型乌龙茶“清香”品质的来源[38]。1-辛烯-3-醇能影响茶叶香气品质，研究发现随着存放时间延长，龙井茶中1-辛烯-3-醇的含量显著下降[39]，这类化合物通常具有双重气味特性，浓度较高时散发出“青气、青臭气”，而在低浓度下则表现为“清香、愉悦”的气味[40]。因此，可以推测1-辛烯-3-醇在惠明茶中的浓度，可能影响惠明茶香气品质的最终呈现。另外，有研究表明，与茶鲜叶相比，烘干叶中间二甲苯的含量水平显著增加，有利于绿茶“清香、栗香”的释放[41]。

根据上述GC-O的分析鉴定结果，构建出惠明茶关键呈香成分的香气轮（图3），并根据各关键呈香成分的气味类型，绘制出惠明茶香气属性雷达图（图4）。分析结果表明，惠明茶的“花香”属性十分突出，其次为“清香、青气”属性，而“果香”、“烘烤香”等属性相对不明显，这与本实验的感官审评结果大致相同（表2）。绿茶的不同加工过程能显著影响茶叶的香气品质特征，例如摊放、杀青、干燥等工序。惠明茶优异香气品质的形成，与选用景宁县当地适制性茶树品种的鲜叶原料以及特定的加工工艺参数具有重要的关系。在惠明茶的加工过程中，控制适当的摊放时间和杀青程度，使茶叶“清香”初显，并通过进一步的冷揉、理条机做形以及干燥提香等方式，使茶叶中积累的香气物质充分散发，从而有助于形成惠明茶的“清香、花香”香气特征。

图3 惠明茶关键呈香成分香气轮Fig.3 Aroma wheel of key aroma-active compounds in Huiming tea

图4 基于GC-O鉴定结果的惠明茶香气属性雷达图Fig.4 Radar map of aroma attributes of Huiming tea based on GC-O analysis results

众所周知，茶叶风味品质的形成机理十分复杂，仅凭单一化合物难以评价茶叶的香气特征，且其整体香气品质的呈现也并非化合物的简单加和[42]。此外，不同化合物间因其气味特点的相似性或差异性而具有某些协同、掩蔽效应[6]，即使同一化合物在不同浓度下也存在呈香特性的差异和转化[39]。因此，惠明茶关键呈香成分与其最终呈现的整体香气品质之间的关系，仍需后续进一步深入研究。

3 结论

本研究采用SBSE-GC-O-MS技术初步探究形成惠明茶优异香气品质的重要化学物质基础。研究表明，惠明茶的挥发性成分主要为醇类、酯类、酮类、烯烃类、醛类等化合物。其中，香叶醇、2,2,4-三甲基戊二醇异丁酯、吲哚、(Z)-茉莉酮、1-辛烯-3-醇、芳樟醇、(E)-β-紫罗酮、苯乙醇、乙酸叶醇酯、水杨酸甲酯等是惠明茶中相对含量最丰富的挥发性成分。此外，鉴定出惠明茶中的关键呈香成分，发现2-乙基-3,5-二甲基吡嗪、6-甲基-5-庚烯-2-酮、芳樟醇、(Z)-3-己烯醇丁酸酯、3,5-辛二烯-2-酮、(E)-β-紫罗酮、(Z)-芳樟醇氧化物（呋喃型）、6-甲基-5-乙基-3-庚烯-2-酮等对惠明茶“清香”、“花香”的形成具有重要贡献作用。本研究结果可为惠明茶香气品质的科学评价、香气加工品质调控等提供科学依据。