三種不同發(fā)酵程度的臺灣烏龍茶香氣成分對比研究

廉 明,呂世懂,吳遠雙,周降生,賀宜龍,王 晨,孟慶雄

(昆明理工大學生命科學與技術學院,云南昆明 650500)

三種不同發(fā)酵程度的臺灣烏龍茶香氣成分對比研究

廉 明,呂世懂,吳遠雙,周降生,賀宜龍,王 晨,孟慶雄*

(昆明理工大學生命科學與技術學院,云南昆明 650500)

采用頂空固相微萃取(headspace solid-phase microextraction,HS-SPME)結合氣相色譜-質譜(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)對3種不同發(fā)酵程度的臺灣烏龍茶香氣成分進行了研究,并比較了三種烏龍茶之間香氣成分上的差異性。結果表明,在3種烏龍茶中共鑒定出香氣成分72種,其中文山包種和凍頂烏龍茶香氣成分較接近,但和東方美人茶之間差異較大；文山包種茶的香氣成分主要是橙花叔醇、α-法呢烯、吲哚、茉莉內酯、順-3-己烯醇苯甲酸酯、咖啡因、茉莉酮酸甲酯和β-紫羅酮等；凍頂烏龍茶的香氣成分主要是α-法呢烯、橙花叔醇、吲哚、茉莉內酯、香葉醇、2,6,10,14-四甲基-十五烷、順-3-己烯醇苯甲酸酯、咖啡因、β-紫羅酮、十六酸甲酯和香葉基丙酮等；而東方美人茶的香氣成分主要是芳樟醇氧化物、橙花叔醇、十六酸、β-紫羅酮、芳樟醇、二氫獼猴桃內酯、咖啡因、香葉醇、己酸-3-己烯酯、香葉基丙酮、植酮和順-3-己烯醇苯甲酸酯等。經(jīng)對比發(fā)現(xiàn),不同發(fā)酵程度的烏龍茶在香氣成分上的相似和差異性可能與茶葉的加工工藝密切有關。

烏龍茶,頂空固相微萃取(HS-SPME),香氣成分,發(fā)酵程度,氣相色譜-質譜(GC-MS)

烏龍茶屬于半發(fā)酵茶,是我國六大茶類中獨具特色的茶葉品類,主產于福建、廣東和臺灣[1]。烏龍茶的加工工藝是采摘具有一定成熟度茶樹鮮葉,經(jīng)曬青萎凋后多次搖青,然后高溫殺青、揉捻(或包揉)、干燥而成[2]。其工藝綜合了綠茶和紅茶的制法,因此品質也介于綠茶和紅茶之間,既有紅茶的甜醇味,又有綠茶的清花香,葉底素有綠葉紅鑲邊的美譽,香氣馥郁芬芳,花香明顯,滋味醇厚爽口[3]。雖然同屬于半發(fā)酵烏龍茶,但由于茶樹品種、制作工藝和各產地的地理環(huán)境都不一樣,所以產品也各具有特色。

臺灣種植茶葉至今已有180多年的歷史,臺灣的茶種是從福建引進種植的,近年來隨著人民收入和生活水平的提高,臺灣烏龍茶的銷量逐年增加,深受消費者喜愛[4]。臺灣烏龍茶中以文山包種、凍頂烏龍和東方美人三種最為著名。其中文山包種茶發(fā)酵程度較輕,約20%左右,它的大部分成分也未氧化,所以風味比較趨近于綠茶；凍頂烏龍茶屬于中度發(fā)酵茶,發(fā)酵程度在40%左右,其制作方法和文山包種類似,文山包種重清香,凍頂烏龍則以滋味醇厚、喉韻強勁、濃香見長,其間的差別在于焙火時間和團揉程度的不同。東方美人則是半發(fā)酵茶類中發(fā)酵程度最深的一種茶,一般的發(fā)酵度為60%,有些甚至多達75%～85%,各種特征更偏于紅茶[5-6]。

茶葉的香氣成分是反映茶葉品質最重要的因素之一,對茶葉品質的貢獻率高達40%,因此對茶葉香氣成分的研究具有潛在的應用價值[7]。目前,已有大量文獻對福建烏龍茶(鐵觀音、大紅袍)和廣東烏龍茶(鳳凰單樅)香氣成分的報道研究[8-12],但對臺灣烏龍茶的研究較少,同時對三種不同發(fā)酵程度的臺灣烏龍茶香氣成分的對比研究也還未見報道。因此,本研究以三種不同發(fā)酵程度的臺灣烏龍茶(文山包種、凍頂烏龍和東方美人)為研究對象,采用全自動HS-SPME/GC-MS法分析它們的香氣成分,并比較它們之間香氣成分上的差異性,以期為烏龍茶的生產和加工提供一些理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

文山包種茶為輕度發(fā)酵烏龍茶,發(fā)酵程度約20%,產于臺灣省北部的臺北市；凍頂烏龍茶為中度發(fā)酵烏龍茶,發(fā)酵程度約40%,產于臺灣省南投縣的鹿谷鄉(xiāng)；東方美人茶為重度發(fā)酵烏龍茶,發(fā)酵程度約60%,產于臺灣省新竹縣峨嵋鄉(xiāng)。三種烏龍茶均由臺灣保興國際有限公司提供,采摘標準為一芽兩葉,生產年份均為2013年。正構烷烴混合標準品C6～C30美國AccuStandard公司。

7890A氣相色譜-5975C質譜聯(lián)用儀 美國Agilent公司；G6500轉盤式自動進樣器 美國CTC公司；Supelco固相微萃取裝置,萃取纖維頭為65μm PDMS/DVB 美國Supelco公司；BP210S電子分析天平 德國塞多利斯公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 頂空固相微萃取 使用前先將65μm PDMS/DVB萃取纖維在氣相色譜進樣口250℃老化60min。將茶葉樣品用小型粉碎機粉碎,迅速稱取每種茶樣各2.00g裝入20mL頂空瓶中,加入5mL燒沸的蒸餾水沖泡,立即密閉瓶口。自動進樣器條件:80℃保持10 min,80℃吸附60min,解吸附3.5min[13-14]。

1.2.2 GC-MS方法 氣相色譜條件:色譜柱為HP-5MS彈性石英毛細管柱(30m×0.25mm,0.25μm)；進樣口溫度為250℃；載氣為高純氦氣,流速為1mL/min；不分流進樣；程序升溫:初始柱溫為50℃,保持5min,以3℃/min升至210℃,保持3min,再以15℃/min升至230℃。

質譜條件:電離方式為EI,電子能量70eV,離子源溫度為230℃,接口溫度為280℃,電子倍增器電壓為350V,質量掃描范圍m/z為35～400,溶劑延遲時間為2.8min。

1.2.3 保留指數(shù)值測定 取正構烷烴混合標準品,按照1.2.2的條件進行GC-MS分析(進樣量1μL),記錄每個正構烷烴標準品出峰的保留時間,采用Kovats保留指數(shù)(retention index,RI)計算公式來計算各組分的RI值:

式中,tx、tn和tn+1分別為被分析組分和碳原子數(shù)處于n和n+1之間的正構烷烴混合標準品(tn

1.2.4 數(shù)據(jù)分析 通過安捷倫MSD G1701EA E.02.00.493化學工作站數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),將GC-MS分析得到的質譜數(shù)據(jù)在NIST 08.L標準譜庫進行檢索,然后將計算出來的RI值與文獻中用HP-5MS柱測得的RI值進行比較[15-16],以質譜相似度和RI值接近度最高的化學結構為最佳鑒定結果,無法得到保留指數(shù)的仍以質譜匹配度為準。同時采用峰面積歸一化法進行定量,得到各組分的相對含量(組分峰面積占總峰面積的百分比,即萃取頭上此種香氣成分含量占萃取頭上所吸附的化合物總量的百分比)。

2 結果與分析

2.1 3種烏龍茶香氣成分分析

按照上述分析條件,對3種臺灣烏龍茶進行香氣成分分析,得到各個樣品的總離子流色譜圖,見圖1～圖3,香氣成分分析結果見表1。從表1可以看出,在文山包種茶中,共鑒定出香氣成分54種,所鑒定出的香氣物質含量占總提取物的92.61%；在凍頂烏龍茶中,共鑒定出香氣成分51種,所鑒定出的香氣物質含量占總提取物的93.21%；在東方美人茶中,共鑒定出香氣成分62種,所鑒定出的香氣物質含量占總提取物的94.81%。三種烏龍茶中所鑒定出來的化合物涵蓋了有機化學分類中的醇類、碳氫化合物、醛類、酮類、酯類、酸類和含氮化合物等。

圖1 文山包種茶香氣成分總離子流色譜圖Fig.1 GC-MS total ion chromatogram of aromatic components in the Pouchong tea

圖2 凍頂烏龍茶香氣成分總離子流色譜圖Fig.2 GC-MS total ion chromatogram of aromatic components in the Dongding oolong tea

圖3 東方美人茶香氣成分總離子流色譜圖Fig.3 GC-MS total ion chromatogram of aromatic components in the Oriental-beauty tea

2.1.1 醇類化合物 在3種烏龍茶中共鑒定出14種醇類化合物,大多數(shù)為萜烯醇類化合物,主要包括橙花叔醇、芳樟醇及其氧化物等。其中具有木香味和松子氣味的α-杜松醇僅在發(fā)酵程度適中的凍頂烏龍和發(fā)酵程度較重的東方美人茶中檢出；具有花香和木質香味的芳樟醇氧化物Ⅲ僅在文山包種和東方美人茶中檢出；而具有青草氣的順-3-己烯-1-醇、具有清香似海棠花香氣的α-松油醇和具有玫瑰花香味的橙花醇僅在發(fā)酵程度較重的東方美人茶中檢出。呈玫瑰及蘋果香氣的橙花叔醇在三種烏龍茶中含量均較高,尤其是在文山包種和凍頂烏龍茶中。鐘秋生等[17]在福建烏龍茶中也檢測到了含量高達22.65%的橙花叔醇,但東方美人茶中含量僅為1.58%,并認為橙花叔醇是福建烏龍茶中最主要的特征性香氣成分。在東方美人茶中,芳樟醇及其氧化物、苯乙醇、橙花醇、3,7-二甲基-1,5,7-辛三烯-3-醇和香葉醇含量較其它兩種茶高,這些化合物在紅茶中含量較高[18-20],并且香氣活性值較高,是紅茶中的特征性香氣成分,其中3,7-二甲基-1,5,7-辛三烯-3-醇是構成大吉嶺紅茶麝香葡萄似香氣的特征化合物[17]。因此,我們猜測,發(fā)酵程度較重的東方美人茶的香氣特征較接近于全發(fā)酵的紅茶。

2.1.2 碳氫化合物 在3種烏龍茶中共鑒定出17種碳氫化合物,大多數(shù)為飽和烴,不飽和烴僅鑒定出5種,其中飽和烴大多無氣味,對茶香無多大貢獻,不飽和烴則起著重要作用[21]。在17種碳氫化合物中,萘和十五烷僅在發(fā)酵程度較輕的文山包種茶中檢出；鄰異丙基苯、呈愉快新鮮橙子香氣的D-檸檬烯和蒽僅在發(fā)酵程度較重的東方美人茶中檢出；而具有檸檬清香味的α-香檸檬烯僅在文山包種和凍頂烏龍茶中檢出,且含量相對較高。另外,α-法呢烯在文山包種和凍頂烏龍茶中含量分別高達14.29%和19.30%,而在東方美人茶中僅為1.00%。α-法呢烯可能是橙花叔醇脫水產生的[22],具有典型的清香和萜香。我們猜測,東方美人茶較重的發(fā)酵程度,導致了α-法呢烯的含量大大降低,從而使得它的香型和其它兩種烏龍茶之間有較大的差異,形成了東方美人茶獨具特色的香氣類型。

2.1.3 醛類和酮類化合物 在3種烏龍茶中共鑒定出5種醛類化合物,其中具有苦杏仁氣味的苯甲醛和2-丁基-2-辛烯醛僅在發(fā)酵程度較重的東方美人茶中檢出,具有強烈風信子香氣的苯乙醛僅在文山包種和凍頂烏龍茶中檢出；而具有藏紅花香味的藏紅花醛僅在凍頂烏龍和東方美人茶中檢出。同時,在3種烏龍茶中共鑒定出12種酮類化合物,其中具有水果香味的2-庚酮、(E,E)-3,5-辛二烯-2-酮、6,10-二甲基-2-十一酮、4-(2,6,6-三甲基-1,3-環(huán)己二烯基)-丁-3-烯-2-酮和法尼基丙酮僅在發(fā)酵程度較重的東方美人茶中檢出；具有水果香氣和新鮮清香香氣的6-甲基-5-庚烯-2-酮僅在文山包種和東方美人茶中檢出。我們發(fā)現(xiàn),在東方美人茶中,醛類和酮類化合物含量均較其它兩種發(fā)酵程度稍輕的烏龍茶中高,這些化合物是醇的氧化產物,是茶葉加工過程中酶促氧化反應的產物[3],它們的形成可能與烏龍茶較重的發(fā)酵程度有關,估計對東方美人茶香氣貢獻較大。

2.1.4 酯類化合物 酯類化合物是烏龍茶中一類重要的香氣成分,在3種烏龍茶中共鑒定出14種酯類化合物,其中具有花果香味的苯甲酸芐酯和具有茉莉花香味的茉莉酮酸甲酯僅在文山包種和凍頂烏龍茶中檢出,且茉莉酮酸甲酯含量較高；具有冬青油草藥氣味的水楊酸甲酯在東方美人茶中含量較其它兩種茶高,Wang等[23]認為,隨著發(fā)酵程度的加重,會導致水楊酸甲酯含量增加,我們的結論也與這一猜測相吻合。具有蘋果和菠蘿香味的己酸異戊酯和具有蜂蜜似香味的己酸苯乙酯僅在發(fā)酵程度較輕的文山包種茶中檢出,這兩種物質估計對文山包種茶的特殊香型有重要的貢獻作用。另外,具有強烈彌散性水果香味的己酸-3-己烯酯、具有果香和皂樣香韻的己酸-2-己烯酯、具有生水果和豆香味的己酸己酯和順-3-己烯醇苯甲酸酯在3種烏龍茶中含量均較高,尤其是在東方美人茶中,這些物質估計對烏龍茶的特殊花果香有重要的貢獻作用。而對于十六酸甲酯、亞油酸甲酯和亞麻酸甲酯,它們是由一些高級脂肪酸和低級醇脫水縮合而成,這些化合物揮發(fā)性差且無氣味,對茶葉香氣貢獻不大。

2.1.5 含氮和內酯化合物 含氮化合物中主要是咖啡因和吲哚,其中咖啡因對茶葉香氣無多大貢獻,具有茉莉似花香的吲哚在文山包種和凍頂烏龍茶中含量較高,但在發(fā)酵程度較重的東方美人茶中含量非常低,這種物質隨著發(fā)酵程度的加重,含量會急劇降低[1]。在內酯類化合物中,具有果香和茉莉花香的茉莉內酯僅在文山包種茶和凍頂烏龍茶中檢出,但帶有香豆素氣息的二氫獼猴桃內酯僅在東方美人茶中檢出,這些化合物各自賦予了茶葉獨有的氣味。而酸類、呋喃和酚類化合物在3種烏龍茶中含量均較低,這里就不做說明。

表1 3種不同的臺灣烏龍茶香氣成分分析結果Table1 GC-MS analysis results of aromatic components in the three kinds of Taiwan oolong tea

2.2 三種烏龍茶茶香氣組分對比分析

通過表1可以發(fā)現(xiàn),三種烏龍茶在香氣組成及含量上均具有一定的差異性,其中發(fā)酵程度較輕的文山包種和發(fā)酵程度中等的凍頂烏龍茶在香氣組成上差異不大,很多化合物的組成及含量呈現(xiàn)出一些相似性,但這兩種烏龍茶和發(fā)酵程度較重的東方美人茶在香氣含量及組成上差異均較大。三種不同發(fā)酵程度的臺灣烏龍茶香氣成分相對含量比較見圖4。從圖中可以看出,文山包種和凍頂烏龍茶均以醇類、碳氫、酯類和含氮化合物為主,其中凍頂烏龍茶中碳氫化合物含量比文山包種茶中高,而文山包種茶中含氮化合物含量比凍頂烏龍茶中高。東方美人茶中的香氣成分主要以醇類、酯類和酮類化合物為主,含量均高于其它兩種茶,但碳氫和含氮化合物含量則低于文山包種和凍頂烏龍茶。三種烏龍茶中酸類、酚類、醛類、內酯類和呋喃類化合物含量均較低。

續(xù)表

圖4 三種烏龍茶香氣組分對比圖Fig.4 Comparison of aromatic compounds in the three kinds of oolong tea

注:香氣化合物根據(jù)它們所屬的不同類別進行編號和排列,其中1-14號為醇類化合物,15-31號為碳氫化合物,32-36號為醛類化合物,37-48號為酮類化合物,49-62號為酯類化合物,63號為酸類化合物,64-66號為酯類化合物,67-68號為酚類化合物,69-71號為含氮化合物,72號為呋喃化合物；“-”表示未檢出。臺灣烏龍茶主要是從福建引進種植的,我們結合文獻發(fā)現(xiàn)[1,17],發(fā)酵程度類似的兩個地方的烏龍茶在香氣成分及香氣特征上是很類似的,比如文山包種和鐵觀音等,說明發(fā)酵程度對烏龍茶香氣特征的影響是非常大的,發(fā)酵程度的加重導致了茶葉內含物在酶促作用下發(fā)生了氧化,導致一些香氣成分在含量上的增減,形成了重度發(fā)酵茶類似于紅茶的香氣特征。在本研究中,盡管凍頂烏龍茶的發(fā)酵程度比文山包種茶重,但兩種茶的香氣成分含量及特征較類似,這可能與兩種茶具有類似的品種和制作方法有關,同時,中等發(fā)酵可能導致大部分茶葉內含成分氧化還未充分,致使它們呈現(xiàn)了類似的香氣特征。在后續(xù)研究中,還應該進一步綜合多種提取方法對烏龍茶香氣成分進行研究；同時,應進一步加大茶葉樣本數(shù)量,結合化學計量學手段,對多個產地及同一產地不同發(fā)酵程度的烏龍茶進行更為詳細的統(tǒng)計學分析,進一步探索烏龍茶在地域及工藝上的香氣差別,為烏龍茶的生產加工及質量控制提供一些理論基礎。

3 結論

本研究通過頂空固相微萃取結合GC-MS法對3種不同發(fā)酵程度的臺灣烏龍茶香氣成分進行了對比研究。結果在三種烏龍茶中分別鑒定出香氣成分54、51和62種,其中文山包種和凍頂烏龍茶的香氣成分主要以醇類、碳氫、酯類和含氮化合物為主,而東方美人茶中的香氣成分主要以醇類、酯類和酮類化合物為主。通過對比發(fā)現(xiàn),文山包種和凍頂烏龍茶在香氣成分上較接近,但它們和東方美人茶香氣成分差異較大。發(fā)酵程度的不同,導致了三種烏龍茶形成了自己的特征性香氣成分,其中發(fā)酵程度較輕和發(fā)酵程度適中的烏龍茶中橙花叔醇、α-法呢烯、茉莉內酯、吲哚等含量較高,構成了它們的特征性香氣成分；而發(fā)酵程度較重的東方美人茶中,酯類、醛類和酮類等化合物含量相對較高,這些物質在全發(fā)酵的紅茶中含量也較高,從而使得東方美人茶的香氣特征更接近于紅茶。三種不同發(fā)酵程度的烏龍茶在香氣組成及含量上的相似性和差異性,與它們之間的生產工藝密切相關,其中發(fā)酵程度的加重,會使烏龍茶在香氣組成及類型上呈現(xiàn)出一些特殊性。總之,本研究通過對三種不同發(fā)酵程度烏龍茶香氣成分的比較研究,可以提高烏龍茶的經(jīng)濟附加值,為烏龍茶的生產和加工過程中香氣形成機制提供一些理論基礎。

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Comparative analysis of aroma characteristics of three kindsof Taiwan oolong tea from different fermentation degree

LIAN Ming,LV Shi-dong,WU Yuan-shuang,ZHOU Jiang-sheng,HE Yi-long,WANG Chen,MENG Qing-xiong*

(Faculty of Life Science and Technology,Kunming University of Science and Technology,Kunming 650500,China)

The aroma components of three kinds of Taiwan oolong tea from different fermentation degree were extracted by fully automated headspace solid-phase microextraction(HS-SPME)and identified by gas chromatography-mass spectrometry(GC-MS). Comparison of the analytical results obtained was carried out on the composition and content of aroma compounds. Results showed that in total 72 aroma constituents were identified,among Pouchong tea and Dongding oolong tea had smaller difference,but there were many differences with oriental-beauty tea. The major aromatic components in Pouchong tea were nerolidol,α-farnesene,indole,jasmine lactone,cis-3-hexenyl benzoate,caffeine,methyl jasmonate,and β-ionone;the major aromatic components in Dongding oolong tea were α-farnesene,nerolidol,indole,jasmine lactone,geraniol,2,6,10,14-tetramethyl-pentadecane,cis-3-hexenyl benzoate,caffeine,β-ionone,methyl hexadecanoate and geranyl acetone;while the major aromatic components in Oriental-beauty tea were linalool oxides,nerolidol,hexadecylic acid,β-ionone,linalool,dihydroactinidiolide,caffeine,geraniol,hexanoic acid-3-hexene ester,geranylacetone,phytone,cis-3-hexenyl benzoate,etc. In comparison,the similarities and differences in aroma composition and content of three kinds of Taiwan oolong tea may be related to the different processing technologies and fermentation degree.

oolong tea;headspace solid-phase microextraction(HS-SPME);aromatic components;fermentation degree;gas chromatography-mass spectrometry(GC-MS)

2014-05-06

廉明(1987-),女，在讀碩士，研究方向：茶葉功效機制及化學組學。

*通訊作者:孟慶雄(1972-)，男，博士，副教授，研究方向：生物化學與分子生物學。

國家自然科學基金(3100960)；云南省自然科學基金(2010ZC054)。

TS207.3

A

1002-0306(2015)03-0297-06

10.13386/j.issn1002-0306.2015.03.054