基于HS-SPME/GC-MS方法研究綠茶香氣特征及形成

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(1.青島農(nóng)業(yè)大學園藝學院,山東青島 266109;2.即墨市農(nóng)業(yè)局果茶花卉技術(shù)指導站,山東即墨 266200;3.青島瑞草園茶業(yè)科技有限公司,山東即墨 266200;4.安徽農(nóng)業(yè)大學茶樹生物學與資源利用國家重點實驗室,安徽合肥 230036)

基于HS-SPME/GC-MS方法研究綠茶香氣特征及形成

邸太妹1,傅財賢2,趙磊1,楊紹蘭1,吳連英3,夏濤4,張新富1,*

(1.青島農(nóng)業(yè)大學園藝學院,山東青島266109;2.即墨市農(nóng)業(yè)局果茶花卉技術(shù)指導站,山東即墨266200;3.青島瑞草園茶業(yè)科技有限公司,山東即墨266200;4.安徽農(nóng)業(yè)大學茶樹生物學與資源利用國家重點實驗室,安徽合肥230036)

殺青和干燥是綠茶香氣形成的關(guān)鍵過程。本研究以黃山群體種一芽二、三葉的茶鮮葉為實驗材料,通過80、110、130 ℃三種不同烘干溫度,分別制得清香型、栗香型、高火香型綠茶。利用頂空固相微萃取法(HS-SPME)和氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC-MS)分析其香氣成分及組成比例,并探討茶鮮葉、殺青葉、烘干葉中香氣成分的變化規(guī)律。研究表明:殺青去除了茶鮮葉中大量的羅勒烯、乙酸葉醇酯等青草氣成分;烘干工藝使茶葉中高沸點芳香成分增加,其中,80 ℃干燥的茶葉芳香成分相對含量較低,顯清香;110 ℃烘干使茶葉中原有芳香成分含量增加,產(chǎn)生特征香氣成分苯乙醛、月桂酸乙酯,栗香明顯;130 ℃烘干使茶葉產(chǎn)生吡咯、吡嗪等高火香成分。研究認為,干燥溫度的差異引起茶葉香氣成分的變化,從而產(chǎn)生各種香型。

綠茶,香氣成分,加工過程,烘干溫度,HS-SPME,GC-MS

Abstract:Fixation and drying are the key process of the green tea aroma formation. 1 bud 2,3 fresh tea leaves ofCamelliasinensiscv. Huang shn zhong were taken as experimental material,dried at 80,110,130 ℃,respectively,faint scent,chestnut flavor scent and high fire scent of green tea were got. Using headspace solid phase micro extraction(HS-SPME)and gas chromatography/mass spectrometry(GC-MS),the aroma components and proportions were analyzed. And then aroma composition variability of fresh tea,enzym-denatured leaf and dry tea was learned. Experiment showed that fixation removed lots of ocimene,leaf acetate and some other ingredients which smell gramineous. High boiling aromatic substances in tea were increased during drying process. Tea dried at 80 ℃ contained relatively little aromatic components,showing faint scent. Tea dried at 110 ℃ produced phenylacetaldehyde and ethyl laurate and some more original aroma component,showing chestnut flavor scent. Tea dried at 130 ℃ produced high fire components,like pyrrole and pyrazine,showing high fire scent. So the temperature of drying affects the types and contents of aroma components,resulting in a variety of flavor types.

Keywords:green tea;aroma composition;manufacturing process;drying temperature;HS-SPME;GC-MS

茶葉香氣是茶葉風味的重要組分之一,被譽為“茶之神”[1],其實質(zhì)是不同種類、不同含量的芳香物質(zhì)組成的混合物[2]。迄今為止,已分離鑒定出茶葉香氣成分約700種,其中茶鮮葉中有80余種,綠茶中有260余種[3]。由于茶樹品種及氣候條件影響,使得茶樹鮮葉的香氣前體物質(zhì)存在差異,加之加工過程不同,進而形成干茶的香型差別[4],綠茶的香氣在鮮葉經(jīng)殺青、揉捻后炒干、烘干或曬干的過程中逐步形成。殺青方式、有無揉捻及干燥方式都將導致綠茶香型的差異[5-6]。

表1 茶葉感官審評結(jié)果Table 1 Sensory evaluation results of tea

研究表明,固相微萃取法(SPME)相比蒸餾萃取法(SDE)、頂空氣體捕集分析萃取法(HAS)、超臨界CO2萃取法(SFE)和減壓蒸餾萃取法(VDE)能更好地描述茶葉原有的香氣品質(zhì)[7-12]。固相微萃取法(SPME)是一種集采樣、濃縮、萃取、進樣于一體,省時省力、簡單方便的新型樣品前處理技術(shù),目前廣泛應用于環(huán)境分析[13]、食品分析[14]、藥物分析[15]、生物樣品分析[16]等領(lǐng)域。頂空固相微萃取法(HS-SPME)作為一種精準、簡便的香氣萃取方法,廣泛應用于酒類[17-18]、微生物[19]、醬油[20]等揮發(fā)性成分分析,在茶葉揮發(fā)性物質(zhì)的研究中也得到廣泛的應用[[21-22]。氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC-MS)是目前發(fā)展最完善、應用最廣泛的一種分析技術(shù),GC和MS聯(lián)用具有靈敏度高、樣品用量少、分析速度快、鑒定能力強等優(yōu)點[23-24],現(xiàn)在對物質(zhì)風味的研究大多采用GC-MS,并且已經(jīng)成為主要的分析手段。

近年來,青島市嶗山區(qū)已發(fā)展成為我國重要的綠茶基地,然而,對于嶗山綠茶香氣成分的研究卻少有報道。在茶葉香氣成分研究中,香氣提取技術(shù)直接影響茶葉香氣的分析結(jié)果。本實驗采用嶗山區(qū)黃山群體種鮮葉,經(jīng)過綠茶的常規(guī)加工工序,分別以不同的烘干溫度制成成品茶,綜合利用HS-SPME和GC-MS分析其香氣成分、組成比例,結(jié)合感官審評結(jié)果探討加工過程中綠茶香氣成分的變化及不同烘干溫度對綠茶香型的影響。本方法所需樣品量小、分析時間短,適用于茶葉等植物香氣成分的分析,為茶葉香氣審評的科學化提供了相關(guān)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

茶鮮葉 五月中旬采自青島嶗山區(qū)王哥莊茶園黃山群體種一芽二、三葉茶鮮葉。

6CST-40茶葉滾筒殺青機、6CR-30揉捻機、6CH941烘干機、6CTH-3.0提香機 浙江上洋機械有限公司;ALPHA 1-2 LDplus凍干機 德國CHRIST公司;DF-101S型恒溫磁力攪拌器 鄭州英峪予華儀器有限公司;手動SPME進樣器 美國Supelco公司;75 μm的PDMS/DVB萃取頭 上海安譜科學儀器有限公司;7890A-5975C氣質(zhì)聯(lián)用儀 美國Agilent公司;CP214電子天平 奧豪斯儀器(上海)有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 茶葉加工工藝 取50 kg左右鮮葉通風室內(nèi)攤晾后,于220～280 ℃殺青,揉捻(輕揉20 min,重揉10 min,輕揉10 min),最后在3種不同溫度下烘干(80、110、130 ℃)。部分鮮葉、殺青葉進行真空冷凍干燥處理(超低溫存放8 h后凍干,凍干機設(shè)定溫度-50 ℃,設(shè)定壓強0.04 mBar,凍干時長12 h),用于香氣分析。

1.2.2 茶葉感官審評方法 由五位專業(yè)茶葉審評人員嚴格按照GB/T 23776-2009的規(guī)定對茶樣進行審評。

1.2.3 茶葉揮發(fā)性物質(zhì)提取與分析

1.2.3.1 HS-SPME法提取 將真空冷凍干燥的鮮葉，真空冷凍干燥的殺青葉，80、110、130 ℃下的烘干葉粉碎,稱取6.00 g于100 mL錐形瓶(萃取瓶),加入60 mL 100 ℃蒸餾水浸提,置于60 ℃水浴鍋中靜置5 min,香氣達到平衡后,插入75 μm PDMS/DVB萃取頭萃取50 min,每個樣品重復6次[25]。

1.2.3.2 GC-MS分析 GC條件:色譜柱為HP-INNOWAX毛細管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm);載氣為高純He,流量1.0 mL/min;進樣口溫度為250 ℃,ECD檢測器溫度為250 ℃;初始柱溫為50 ℃,保持5 min,以3 ℃/min升至220 ℃,保持5 min,最后以15 ℃/min升至240 ℃,不分流進樣。

MS條件:離子化方式為EI,離子源溫度230 ℃,電子能量70 eV,檢測器電壓350 V,接口溫度280 ℃,質(zhì)量掃描范圍為35～550 amu。

進樣方式:直接將SPME手持器插入氣相色譜儀進樣口,推出纖維頭,于250 ℃解吸附3.5 min[25]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Aglient 數(shù)據(jù)分析軟件,經(jīng)NIST11.L標準譜庫的檢索,確定各峰組分,以各組分峰面積占總峰面積的百分比來表示各種香氣成分的相對含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 感官審評分析

由表1可知,直接冷凍干燥的茶鮮葉青草氣明顯;真空冷凍干燥的殺青葉散發(fā)了一部分青草氣;80 ℃烘干使茶葉青草氣大量散失,但烘干溫度較低,不足以使芳香成分充分揮發(fā)而顯清香;110 ℃下烘干的茶葉栗香明顯,香氣佳;130 ℃下烘干使茶葉香氣有高火香,不利于嶗山綠茶清新香氣的形成。

2.2 GC-MS結(jié)果分析

表2 樣品主要揮發(fā)性物質(zhì)香型及相對含量Table 2 Aroma types and relative contents of main volatile compounds in tea

續(xù)表

續(xù)表

注:A:真空冷凍干燥的茶鮮葉,B:真空冷凍干燥的殺青葉,C1:80 ℃下充分烘干的茶葉,C2:110 ℃下充分烘干的茶葉,C3:130 ℃下充分烘干的茶葉,“-”:未檢出或定性小于90%,香型來源于化學品查詢。

每個茶樣的檢測重復6次,香氣成分及其香型、相對含量如表2所示,本實驗的5個茶樣共確定了101種香氣成分,每個茶樣中香氣成分的種類、香型及含量不盡相同。

2.3 香氣成分分析

綠茶香氣主要在殺青、干燥過程中形成,茶鮮葉、殺青葉到干燥葉香氣成分的變化過程是綠茶加工中茶葉香氣形成的過程,感官審評可知,110 ℃下烘干的綠茶顯栗香,香氣最佳,因此選取110 ℃烘干葉作為綠茶干燥過程的研究對象。烘干溫度不同導致干燥葉香氣成分差異,其直接影響到成品綠茶香型特征,因此可據(jù)香氣成分差異研究干燥溫度與綠茶香型特征的關(guān)系。

2.3.1 茶葉加工過程中香氣成分變化 由圖1可知,茶鮮葉含有較高含量的醇類、酯類及烯烴類;殺青過程主要減少了茶葉香氣中醇類、酯類、烯烴類成分的含量;干燥過程使茶葉香氣成分中醇類、醛類含量大量減少,而酯類、烯烴類、含氮化合物的含量相比殺青葉有一定增加。由此可見,茶葉加工過程中香氣成分的種類和含量處于不斷變化中,隨著溫度的升高,低沸點成分散失,高沸點成分出現(xiàn)。

圖1 茶葉加工過程中香氣組分含量的變化Fig.1 The change on contents of aroma components during tea processing

分析茶鮮葉、殺青葉及110 ℃下烘干葉香氣成分的差異,來研究茶葉加工過程中香氣成分的變化規(guī)律。對各香氣成分含量進行單因素方差分析,得到表征香氣成分變化顯著性的F值(見表3)。F值越大該香氣成分在加工過程中變化越顯著,結(jié)合表2得到變化顯著的香氣成分,如表3所示。

感官審評結(jié)果結(jié)合表2、表3可知,茶鮮葉中青草氣明顯主要是含有:新鮮草香的羅勒烯、強烈青草氣的乙酸葉醇酯及顯冬青葉香味的水楊酸甲酯;除此之外,苯甲醇、苯乙醇、壬醇等香氣成分在茶鮮葉中相對含量最高,加工過程中變化顯著,也是影響茶鮮葉香氣的主要成分。殺青后,茶葉中低沸點的青草氣成分部分散失,青草氣減弱,酶促作用和熱裂解作用使茶葉產(chǎn)生紫羅酮系化合物和C6的醇、醛、酸類,茶香顯露[26]。由表3可知,苯甲醛、α-柏木烯、β-紫羅蘭酮等香氣成分在加工過程中變化顯著,且在殺青葉中相對含量最高,是影響殺青葉香氣的主要成分。由表2、表3可知,110 ℃烘干葉產(chǎn)生特征香氣成分:顯玉簪花香氣的苯乙醛、顯花生香氣的月桂酸乙酯,分別占茶葉香氣成分的0.33%、0.47%,同時,在加工過程中變化顯著的芳香成分如間二甲苯、水楊酸異丙酯、吲哚等相對含量在烘干葉中最高,使栗香或清新香氣顯現(xiàn)出來。

表3 加工過程中香氣成分變化顯著性分析Table 3 Significance analysis of the change on aroma components during processing

2.3.2 不同干燥溫度下茶葉香氣成分分析 對不同烘干溫度下茶葉香氣成分的相對含量進行單因素方差分析,由F值(見表4)可知,香氣成分在不同烘干溫度間變化的顯著性。表4結(jié)合表2可以看出,80 ℃烘干葉的清香主要是由于其含有顯強烈芳香的間二甲苯、冬青香味的水楊酸異丙酯、芳香氣味的苯乙烯、似鮮花清淡香氣的右旋萜二烯,相比茶鮮葉和殺青葉青草氣成分趨于消失,但干燥溫度不足以使芳香成分充分形成而顯清香;110 ℃烘干的茶葉出現(xiàn)顯玉簪花香氣的苯乙醛、顯花生香氣的月桂酸乙脂等特征性香氣成分,綜合間二甲苯、水楊酸異丙酯、吲哚以及β-紫羅蘭酮等原有良好香氣成分而顯栗香,香氣最佳;130 ℃烘干茶葉,由于烘干溫度較高,茶葉中低沸點香氣成分大量散失,而高沸點香氣成分含量不斷增加,形成茶葉的高火香香型,主要成分有:N-乙基吡咯、顯烤面包香氣的2-乙酰基吡咯、苯乙酮、鄰甲基苯乙酮、顯刺激性的2,3-二乙基-5-甲基吡嗪、顯炒花生似香氣的2-乙烷基-3,5-二甲基吡嗪等特征性香氣成分,其中,吡咯、吡嗪是氨基酸和可溶性多糖在高溫作用下發(fā)生美拉德反應產(chǎn)生的,是茶葉高火香和焦味的主體成分[27],此外,茶葉經(jīng)130 ℃烘干產(chǎn)生苯乙腈等具刺激性且有毒的成分,不利于茶葉良好香氣的形成。由此可見,干燥溫度影響茶葉香氣成分的種類和含量,110 ℃烘干的茶葉香氣最佳。

表4 干燥過程中香氣成分變化顯著性分析Table 4 Significance analysis of the change on aroma components during drying

3 結(jié)論

3.1 綠茶良好香氣的形成過程

茶鮮葉中顯青草氣息的羅勒烯、水楊酸甲酯、乙酸葉醇酯的含量較高,使得茶鮮葉青草氣明顯。殺青工藝使茶葉散失了一部分低沸點的青草氣成分,顯現(xiàn)茶香。烘干后茶葉青草氣趨于消失,高沸點芳香成分得到很好的發(fā)展,茶葉產(chǎn)生了特征性芳香成分:苯乙醛、月桂酸乙脂,綜合原有芳香成分,使茶葉表現(xiàn)為栗香或清新氣味。由此可知,茶葉香氣成分在加工過程中不斷變化,殺青和干燥是綠茶良好香氣形成的重要過程。

3.2 干燥溫度與綠茶香型的關(guān)系

80 ℃烘干的茶葉因干燥溫度不足以使芳香成分充分揮發(fā)而顯清香;110 ℃烘干使茶葉含有特征性香氣成分苯乙醛、月桂酸乙脂,茶葉栗香明顯,香氣最佳;130 ℃烘干使茶葉含有N-乙基吡咯、2-乙?；量⒈揭彝?、鄰甲基苯乙酮、2,3-二乙基-5-甲基吡嗪、2-乙烷基-3,5-二甲基吡嗪等高火香成分,茶葉顯高火香,此外,130 ℃烘干使茶葉產(chǎn)生有刺激性并且有毒的苯乙腈、鄰甲基苯腈,不利于綠茶良好香氣形成。可見:110 ℃烘干茶葉更有利于嶗山綠茶良好香氣的形成。

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StudyoncharacteristicsandformationofaromacomponentsingreenteabasedonHS-SPME/GC-MSmethod

DITai-mei1,FUCai-xian2,ZHAOLei1,YANGShao-lan1,WULian-ying3,XIATao4,ZHANGXin-fu1,*

(1.College of Horticulture,Qingdao Agricultural University,Qingdao 266109,China;2.Technology of Fruits,Tea and Flowers Guiding Office of Jimo Agricultural Bureau,Jimo 266200,China;3.Qingdao Ruicaoyuan Tea Science and Technology Co.,Ltd.,Jimo 266200,China;4.State Key Laboratory of Tea Plant Biology and Utilization,Anhui Agricultural University,Hefei 230036,China)

TS272.7

A

1002-0306(2017)18-0269-07

2017-02-13

邸太妹(1992-)，女，碩士研究生，研究方向：茶葉品質(zhì)化學，E-mail：dtmtea@163.com。

*通訊作者:張新富(1979-)，男，博士，副教授，研究方向：制茶工程及茶葉品質(zhì)化學，E-mail：zxftea@163.com。

青島農(nóng)業(yè)大學高層次人才啟動基金(663/1114343)；安徽農(nóng)業(yè)大學茶樹生物學與資源利用國家重點實驗室(SKLTOF20150110)；青島市民生科技計劃項目(15-9-2-106-nsh)；即墨市2016年中央引導地方科技發(fā)展專項資金。

10.13386/j.issn1002-0306.2017.18.051