GC-MS结合电子鼻技术对不同茶区茉莉花茶香气的差异比较

李璐，尹礼国，陆安霞,3*，王秋卫，陈丽，赵先明,3，黄彤,3

（1.宜宾学院农林与食品工程学部，四川宜宾 644000)

(2.固态发酵资源利用四川省重点实验室，四川宜宾 644000)

(3.精制川茶四川省重点实验室，四川宜宾 644000）

茉莉花茶是中国的代表性历史名茶之一，生产基地主要分布在西南、江南和华南三大茶区[1]。原料主要是新鲜的茉莉花和烘青绿茶茶坯，经过窨制后，茉莉花的香气可以充分被茶坯吸附，香气是决定茉莉花茶品质的重要因子[2]，目前，对茉莉花茶香气研究已有报道，陈梅春等[3]利用固相微萃取-气相色谱-质谱法（Solid Phase Microextraction-Gas Chromatography-Mass Spectrometry，SPME-GCMS）测定茉莉花香气成分，发现芳樟醇、乙酸苄酯、α-法呢烯和顺式-3-己烯醇苯甲酸酯是茉莉花茶特征香气成分，而茉莉花茶的品质与芳樟醇/（苯甲醇+顺式-3-己烯醇苯甲酸酯+乙酸苄酯+氨茴酸甲酯+苯甲酸甲酯）的浓度比呈负相关[4]。安会敏等[5]认为影响茉莉花茶香气的是具“花香”属性的苯甲醇、芳樟醇、苯甲酸甲酯、乙酸苄酯、2-氨基苯甲酸甲酯；影响其鲜灵度的是具有“清香”属性的3-己烯-1-醇、乙酸叶醇酯、水杨酸甲酯、顺式-3-己烯基异戊酸酯、顺式-3-己烯基苯甲酸酯、吲哚和α-法呢烯。张俊杰等[6]对不同窨制次数的茉莉花茶香气成分进行分析得到，芳樟醇、乙酸苄酯、顺式-3-苯甲酸叶醇酯、氨茴酸甲酯、苄醇和吲哚是其共同含有且相对含量较高的的香气成分。影响茉莉花茶香气品质的因素有鲜花品质[5]、加工工艺[6]等，但根据不同地区分类对茉莉花茶香气的研究较少。

顶空固相微萃取（Solid-Phase Microextraction，SPME）技术是一种较为高效的萃取方法，能更好的萃取较易挥发的物质[7]。气相色谱-质谱（Gas Chromatography-Mass Spectrometry，GC-MS） 联用技术是目前茶叶香气分析中最常用的检测技术，多与顶空固相微萃取联用[8]。电子鼻（Electronic Nose，E-nose）又称气味扫描仪，具有快速检测分析样品的特定气味的传感器列阵[9]，已经广泛应用于许多领域[10-12]，并且具有对不同等级的茶叶、茶汤以及叶底挥发物的监测潜力，江昕田等[13]表明电子鼻技术可用于特种茉莉花茶香气品质的区分和识别。GC-MS 可得到样品中各成分定性定量的结果，仅仅使用该方法不能很好的分析成分之间的关系，将GC-MS 与电子鼻技术结合可以同时从不同角度对样品香气进行分析[14]。本研究为了有效区分不同产区的茉莉花茶香气品质，运用SPMEGC-MS 结合电子鼻技术对不同地区的茉莉花茶样品进行香气鉴定及区分，旨在分析不同地区茉莉花茶香气成分的差异，为鉴定茉莉花茶香气品质特征提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

选择三大茶区具有代表性的8 个茉莉花茶茶样，购于各茶叶品牌官方旗舰店，均为厂家定级为一级的茉莉花茶成品茶，详情见表1；癸酸乙酯（体积分数99%），美国Sigma 公司。

表1 试验材料编号及产地Table 1 Number and origin of test material

DFT-100A 型100 克手提式高速万能粉碎机，温岭市林大机械有限公司；57328-U 50/30um DVB/CAR/PDMS 手动进样器和手动固相微萃取头，美国Supelco 公司；78HW-1 型恒温加热磁力搅拌器，杭州仪表电机有限公司；手动SPME 进样器和75 µm CAR/PDMS 萃取头，美国Supelco 公司；GC-MS 气相色谱-质谱联用仪（7890GC 型气相色谱仪，5975型质谱仪），美国Agilent Technologies 公司；PEN3型电子鼻，德国Airsense 公司。

1.2 实验方法

1.2.1 GC-MS测定

试验方法参照陆安霞等[7]的方法。

1.2.1.1 样品前处理

顶空固相微萃取（HS-SPME）取样检测方法：用电子天平称取1.0 g 茶样，然后将其放入25 mL 的顶空萃取瓶中，加入2.0 g 氯化钠和20 μL 50 μL/L 的内标癸酸乙酯溶液，然后再加入5 mL 沸水迅速将萃取瓶密封，将经过GC-MS 进样口老化（300 ℃，5 min）后的萃取头插入萃取瓶中，将萃取瓶放在60 ℃水浴中平衡5 min 后，萃取55 min。萃取完成后立即进行GC-MS 分析，每个样品进行生物学重复三次。

1.2.1.2 GC 条件

色谱柱：HP-5 石英毛细管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；升温程序：40 ℃保持2 min，以3 ℃/min 的速度上升到85 ℃保持2 min，以2 ℃/min 的速度上升至110 ℃后，以10 ℃/min 的速度升至230 ℃保持2 min ；载气高纯氦气（99.999%）；流量为1.0 mL/min；压力50.5 kPa；不分流进样，溶剂延迟3 min。

1.2.1.3 MS 条件

电子电离源；电子能量70 eV；离子源温度230 ℃；接口温度230 ℃；质量扫描范围m/z40～400；真空系统为分子涡轮泵。

1.2.2 电子鼻测定

试验方法参照薛大为等[15]的方法，具体步骤为：茶样按照茶叶感官审评的要求，茉莉花瓣、花蒂、花萼等其它花类夹杂物剔除，并按规定称取3.0 g。用沸水烫热150 mL 的精制茶评茶杯和350 mL 量杯，再将称量好的茶叶置于评茶杯中，注满沸水，加盖浸泡5 min，然后快速将茶水滤出至量杯中，用保鲜膜将评茶杯和量杯密封，立即进行叶底香气检测。茶汤密封静置50 min 后，使水温冷却至室温，室温保持20 ℃，检测茶汤香气。每个样品进行生物学重复三次。气体流量400 mL/min，采样时间间隔1 s，洗气时间80 s，预采样时间5 s，样品检测时间80 s。该电子鼻包含10 个金属氧化物传感器阵列，其传感器阵列及性能描述见表2。

表2 电子鼻传感器阵列及性能描述Table 2 Electronic nose sensor array and performance description

1.2.3 数据处理

将GC-MS 检测得到的数据通过NIST 标准谱库并且结合文献的标准谱图进行检索，对香气组分进行定性分析，根据色谱峰面积与内标物癸酸乙酯面积之比进行定量分析。使用SPSS 21.0 对数据进行显著性分析以及香气聚类分析。电子鼻检测得到的数据利用Winmuster 分析软件进行线性判别分析和负荷加载分析。

2 结果与讨论

2.1 不同产区茉莉花茶的GC-MS数据分析

GC-MS 对不同产区茉莉花茶香气总量差异如图1 所示，不同产区的茉莉花茶香气化合物总量平均值以江南茶区最高（397.54 μg/g），分别较华南、西南茶区高17.70%、65.33%，其中酯类物质香气含量最高，酸类、醛类、酮类含量极低，说明酯类构成了茉莉花茶香气的主要成分，这与安会敏等[16]研究结果一致。

图1 不同茶区茉莉花茶香气总量差异Fig.1 Differences in the total aroma content of jasmine tea from different tea regions

不同产区茉莉花茶样品的香气成分鉴定结果如表3 所示。不同产区的茉莉花茶香气种类存在一定的差异，西南茶区样品检测出的香气组分45 种，华南茶区样品51 种，江南茶区47 种，各类香气组分数量从大到小依次为碳氢化合物（23 种）、酯类（17 种）、醇类（11 种）、酮类（2 种）、含氮化合物（2 种）、酸类（1 种）、醛类（1 种）、酚类（1 种）。在所有样品中均占主要成分的有α-法呢烯、苯甲醇、苯甲酸甲酯、邻氨基苯甲酸甲酯、顺式-3-己烯醇苯甲酸酯、水杨酸甲酯、乙酸苄酯和吲哚，安会敏等[5]研究结果显示，以上香气物质属于区分绿茶素坯和茉莉花茶的主要香气成分并且为茉莉花茶的特征香气成分。

表3 茉莉花茶样品的香气物质成分Table 3 Aroma substance composition of jasmine tea samples (μg/g)

在西南和江南茶区样品中检测到含量平均值最高的香气成分相同，依次为乙酸苄酯（52.31、157.14 μg/g）、邻氨基苯甲酸甲酯（17.77、52.22 μg/g）、吲哚（16.21、37.42 μg/g）、顺式-3-己烯醇苯甲酸酯（13.46、30.38 μg/g）、水杨酸甲酯（7.14、22.32 μg/g）。在华南茶区样品中检测到含量平均值最高的香气成分依次为乙酸苄酯（94.12 μg/g）、邻氨基苯甲酸甲酯（67.39 μg/g）、吲哚（43.84 μg/g）、苯甲酸甲酯（18.36 μg/g）、芳樟醇（18.06 μg/g）。

2.1.1 酯类

大部分酯类化合物具有花香和果香[17]，江南茶区样品中含量平均值最高（308.90 μg/g），分别较华南、西南茶区高25.17%、65.72%。陈梅春等[3]认为水杨酸甲酯、苯甲酸甲酯、顺式-3- 己烯醇苯甲酸酯是茉莉花茶的特征性香气成分，在江南茶区中具有冬青味的水杨酸甲酯[18]含量较华南、西南茶区高33.96%、68.01%；具有花香的苯甲酸甲酯[5]含量在华南茶区中分别较江南、西南茶区高8.88%、67.86%，两种成分在三个茶区样品中具有显著性差异；在江南茶区中具有草本香的顺式-3-己烯醇苯甲酸酯[19]含量分别较华南、西南茶区高65.31%、55.69%。呈橙花果香的邻氨基苯甲酸甲酯[20]在华南茶区中分别较江南、西南茶区高22.51%、73.63%，Shen 等[2]研究认为茉莉花茶中的邻氨基苯甲酸甲酯主要来源于窨制过程中的茉莉鲜花，各产区该物质含量存在差异可能与各产区茉莉鲜花品质相关。具有茉莉花香的乙酸苄酯[21]在所有茉莉花茶样品含量均最高，其中江南茶区中的平均值最高，分别较华南、西南茶区高40.10%、66.71%，这与安会敏等[16]研究结果一致。

2.1.2 醇类

醇类化合物通常带有特殊的花香和果香[22]，江南茶区样品中含量平均值最高（34.32 μg/g），分别较华南、西南茶区高62.79%、74.27%。王淑燕等[19]指出苯甲醇是茉莉花茶的特征香气成分，且可以增加茉莉花茶中的甜香与烘焙香[23]，本实验样品中苯甲醇含量在华南茶区样品是西南茶区样品的3 倍。

2.1.3 酮类

酮类化合物中具果香的甲基庚烯酮[24]在华南茶区样品中含量平均值最高（0.32 μg/g），分别比江南、西南茶区高18.75%、59.38%，而具紫罗兰香的β-紫罗兰酮[25]在江南茶区中的含量平均值最高，是华南茶区的2 倍。

2.1.4 碳氢化合物

碳氢化合物对茶叶风味有较大贡献的一般是不饱和碳氢化合物，华南茶区样品中含量平均值最高（18.13 μg/g），分别较江南、西南茶区高15.55%、64.31%。在本实验中检测出的主要的不饱和碳氢化合物是具微弱甜香的α-法呢烯，在窨制过程中不断增加[26]。华南茶区茶样中α-法呢烯含量平均值最高（11.37 μg/g），分别较江南、西南茶区高30.78%、69.04%。Kawakami 等[27]认为α-法呢烯是以类胡萝卜素为前体的香气化合物，其含量的大量增加可能是由于日光萎凋过程中的光氧化促进了类胡萝卜素的水解。陈梅春等[28]认为α-法呢烯主要存在玉兰花中，由此推测本实验中α-法呢烯含量差异可能与茉莉花茶加工过程中是否采用玉兰花打底工艺有关。

2.1.5 含氮化合物

含氮化合物吲哚在茉莉花茶中主要表现为坚果香、花香和焦香，并且其含量与茉莉花茶品质呈正相关[29]，本实验结果显示吲哚含量平均值最高的是华南茶区样品（43.84 μg/g），分别较江南、西南茶区高14.64%、63.02%。

2.2 茉莉花茶香气评价指数(JTF)对比

Lin 等[30]认为茉莉花茶香气品质可用茉莉花茶香气评价指数（JTF 指数）来评价，JTF 指数为α-法呢烯、顺式-3-己烯醇苯甲酸酯、吲哚、邻氨基苯甲酸甲酯总含量与芳樟醇含量的比值，且该数值与茉莉花茶的等级呈正相关。三个茶区茉莉花茶香气评价指数结果见表4，各产区茉莉花茶JTF 指数大小顺序为西南茶区＞华南茶区＞江南茶区。数据表明西南茶区茉莉花茶样品等级较江南、华南茶区高。

表4 各茶区茉莉花茶香气评价指数Table 4 Jasmine tea flavor index in each tea regions

2.3 香气聚类分析

采用Ward 法对茉莉花茶样品进行香气聚类分析，分析结果见图2 所示，8 个样品有14 个共同香气成分。在距离为5 的位置上这14 个共有成分被分成了3 个大组，第一组10 个香气成分：(-)-α-荜澄茄油烯、苯甲酸苄酯、大根香叶烯D、β-紫罗兰酮、2-(甲氨基)苯甲酸甲酯、Δ-杜松烯、α-法呢烯、苯甲醇、苯甲酸甲酯、苯甲酸甲酯、水杨酸甲酯，整体呈现花香，在江南、华南茶区样品中相对含量较高。第二组3 个香气成分：顺式-3-己烯醇苯甲酸酯、吲哚、邻氨基苯甲酸甲酯，整体呈现茉莉花香和草木香，在华南茶区样品中相对含量最高。第三组1 个香气成分：乙酸苄酯，以茉莉花香为主，在江南茶区样品中相对含量最高。

图2 茉莉花茶样品香气聚类图Fig.2 Cluster analysis of jasmine tea samples

2.4 不同产区茉莉花茶的电子鼻数据分析

2.4.1 线性判别分析

对茶汤的电子鼻分析结果由图3a 所示，第一主成分贡献率是50.46%，第二主成分贡献率是46.03%，总贡献率为96.49%，充分证明电子鼻能反映样品茶汤的整体信息。当样品间均有明显距离时，说明电子鼻可对不同样品进行区分，福建茉莉花茶（C1）与安徽茉莉花茶（B1）坐标之间有重叠，说明其香气物质信息较为接近，其他样品之间坐标距离较远，这与GC-MS 检测结果相印证，说明该数据基本上能够代表所选茉莉花茶样品茶汤的香气信息。

图3 不同茶区茉莉花茶茶汤及叶底的LDA 分析Fig.3 LDA analysis of tea broth and leaf base of jasmine tea from different tea regions

电子鼻对茉莉花茶叶底香气分析由图3b 所示，第一主成分的贡献率是65.70%，第二主成分的贡献率是27.14%，总贡献率为92.84%，充分证明电子鼻技术能反应样品叶底的整体信息。所有茉莉花样品间坐标没有重叠部分，说明样品可以被电子鼻显著区分。综上所述，运用线性判别分析能有效对各茉莉花茶样品的茶汤和叶底香气进行区分。

2.4.2 负荷加载分析

对茉莉花茶茶汤和叶底的LA 分析分别如图4所示，茶汤样品中7 号传感器（对硫化物灵敏）的位点距离x=0 最远，说明7 号传感器对第一主成分的贡献率最大；6 号传感器（对甲基类灵敏）的位点距离y=0 最远，说明其对第二主成分的贡献率最大；9 号传感器（对芳香成分和有机硫化物灵敏）的位点位于x 轴和y 轴的中间位置，说明其对第一和第二具有相同的贡献程度。同理，叶底样品中7号传感器对第一主成分的贡献率最大；9 号在传感器对第二主成分的贡献率最大。许青莲等[22]运用电子鼻技术对不同产地苦荞茶进行香气鉴别，认为是因为在茶叶冲泡过程中部分水溶性物质被溶出，从而引起了茶汤与叶底挥发性物质产生差异。综上所述，茉莉花茶样品茶汤和叶底的香气成分整体上具有相似性，样品香气物质的变化可能与硫化物、甲烷、芳香化合物和有机硫化物类等挥发性成分有关。

图4 不同茶区茉莉花茶茶样茶汤及叶底的LA 分析Fig.4 LA analysis of tea broth and leaf base of jasmine tea from different tea regions

3 结论

本研究对我国三大茶区的8 种茉莉花茶香气成分进行了GC-MS 分析与电子鼻鉴别，结果表明三大产区茉莉花茶样品的香气种类差异不大，但特征香气物质含量存在显著差异。江南和华南茶区的茉莉花茶特征性香气成分含量相对西南茶区较高，通过香气聚类分析表明，花香和草木香类香气成分在江南、华南茶区中相对含量较高。西南茶区茉莉花茶虽特征性香气成分含量较低，但JTF 指数相对其他茶区较高，说明茉莉花茶香气不是单一物质在起作用，而是很多香气物质的综合作用的结果。通过电子鼻技术能够有效区别各茉莉花茶样品香气，运用线性判别分析能有效对单个茉莉花茶样品的茶汤和叶底香气进行区分。

针对不同产区茉莉花茶的香气品质差异的研究，后续应结合气相嗅辨仪（Gas Chromatography-Olfactometry，GC-O）和气味活度值（Odour Intensity Value，OAV）进行深入开展茉莉花茶香气分析。