不同焙火程度的武夷巖茶揮發(fā)性成分分析研究

何杉杉，彭禹熙，王曉蕊，賀志興，楊文春，杜麗平，*

（1.工業(yè)微生物教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津市工業(yè)微生物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津科技大學(xué)生物工程學(xué)院，天津300457；2.武夷山市首席巖茶廠，福建武夷山354303）

武夷巖茶歷史悠久，以“巖骨花香”之巖韻深受廣大消費(fèi)者的青睞。武夷山處于中亞熱帶地區(qū)，具有降雨量大、濕度大、霧日長(zhǎng)等獨(dú)具優(yōu)勢(shì)的地域環(huán)境。傳統(tǒng)的武夷巖茶加工工藝包括：采摘-萎凋-做青-炒青-揉捻-焙火-揀剔-復(fù)焙-團(tuán)包-補(bǔ)火等復(fù)雜工序。其特定的地域環(huán)境和加工工藝賦予了武夷巖茶獨(dú)特的品質(zhì)特征。焙火是武夷巖茶加工工藝中的關(guān)鍵工序，也是形成特有香韻的關(guān)鍵步驟。在焙火過(guò)程中，茶葉在熱力作用下其內(nèi)含成分發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)如脫水糖化（熟化）、異構(gòu)化、氧化及后熟作用[1-2]，使得加工過(guò)程中形成的香氣趨于協(xié)調(diào)，對(duì)茶葉品質(zhì)的提升有重要作用[3-4]。焙火溫度的掌握對(duì)香氣成分的形成具有重要意義。

茶葉香氣含量甚微，要對(duì)其進(jìn)行分析，需要先經(jīng)過(guò)前處理濃縮、富集，然后進(jìn)行儀器分析。常用的前處理方法有：同時(shí)蒸餾萃取[5]（simultaneous distillation ex traction，SDE）、頂空固相微萃取[6]（headspace solid phase microextraction，HS-SPME）、液液萃取等。常用的分析方法有：氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用[7-8]（gas chromatographymass spectrometry，GC-MS）、電子鼻[9-10]（electronic nose，E-nose）、氣相色譜嗅聞[11]（gas chromatography-olfactometry，GC-O）。江山等[12]對(duì)安徽條形烏龍茶采用SDE進(jìn)行前處理，利用GC-MS（DB-5色譜柱）對(duì)茶樣進(jìn)行香氣成分分析發(fā)現(xiàn)芳樟醇氧化物、反式香葉基丙酮、豆蔻酸、異植醇、甲基吡嗪、糠醛、2-乙?；秽?、2，5-二甲基吡嗪、5-甲基糠醛等香氣成分隨著焙火溫度的升高而升高，最后得出中溫焙火條件下的茶樣品質(zhì)最佳。孫君等[13]對(duì)福建丹桂烏龍茶采用SDE進(jìn)行前處理，利用GC-MS（DB-17MS色譜柱）對(duì)烘焙的樣茶香氣研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)變溫烘焙后，茶葉中的醇類、醛類、含氮化合物、碳?xì)浠衔锖肯鄬?duì)較高。得出在第Ⅲ階段溫度是影響茶香氣感官的主要階段。王登良等[14]對(duì)廣東嶺頭單縱烏龍茶采用SDE前處理，GC-MS（HP-5色譜柱）考察焙火前后茶樣的香氣組分變化，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)焙火工序后，具有清新花香的香氣組分相對(duì)含量減少，但具有果香的香氣組分相對(duì)含量增加。劉遠(yuǎn)方等[15]用電子鼻對(duì)信陽(yáng)磨盤山茶場(chǎng)2種質(zhì)量等級(jí)的信陽(yáng)毛尖進(jìn)行分析，采用主成分分析（principal component analysis，PCA）可以很好的把2種質(zhì)量等級(jí)的茶樣區(qū)分開(kāi)來(lái)。

本研究以不同焙火程度的武夷巖茶為研究對(duì)象，采用電子鼻對(duì)不同焙火程度的武夷巖茶樣品進(jìn)行分類，進(jìn)一步采用HS-SPME結(jié)合GC-MS對(duì)樣品中的揮發(fā)性成分進(jìn)行鑒定，探討焙火程度對(duì)武夷巖茶揮發(fā)性成分形成的影響，為提升武夷巖茶茶葉品質(zhì)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

不同焙火程度武夷巖茶（水仙）樣品：A輕火；B中輕火；C中火；D足火，由武夷山市首席巖茶廠提供。

Heracles快速氣相電子鼻：法國(guó)阿爾法莫斯公司；HS100自動(dòng)進(jìn)樣器、10 mL頂空進(jìn)樣瓶：美國(guó)安捷倫科技有限公司；IT-09A5恒溫磁力攪拌器：上海一恒科學(xué)儀器有限公司；50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取纖維頭、固相微萃取手柄：美國(guó)Supelco公司；7890A-5975C氣相質(zhì)譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀：美國(guó)安捷倫科技有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 電子鼻檢測(cè)

1.2.1.1 樣品制備

在20 mL頂空樣品瓶中加入5mL超純水、1 g武夷巖茶茶樣、1.5 g氯化鈉，加蓋密封，80℃下振搖15 min，放于頂空自動(dòng)進(jìn)樣器樣品盤中。每個(gè)樣品重復(fù)3次。

1.2.1.2 分析條件

載氣（H2）流量 160 mL/min；頂空時(shí)間 900 s，頂空溫度 80 ℃；進(jìn)樣量 5 000 μL，進(jìn)樣速度 125 μL/s，進(jìn)樣口溫度250℃；捕集阱溫度40℃，解析溫度250℃；柱溫40℃，保持1 s，4℃/s升至280℃；氫火焰離子化檢測(cè)器（flame ionization detector，F(xiàn)ID）溫度 280℃；采集時(shí)間120 s，振搖時(shí)間15 min，振蕩溫度80℃，利用電子鼻自帶軟件進(jìn)行分析。

1.2.2 HS-SPME結(jié)合GC-MS檢測(cè)

1.2.2.1 樣品制備

稱取粉碎的武夷巖茶茶樣4 g，放入100 mL頂空瓶中，加入12 mL超純水，用四氟乙烯密封瓶口，80℃平衡10 min后，將萃取纖維頭（GC進(jìn)樣口250℃老化30 min）插入頂空瓶頂空部位萃取60 min，取出后立即插入GC-MS進(jìn)樣口，解吸5 min，同時(shí)啟動(dòng)儀器收集數(shù)據(jù)，每個(gè)樣品重復(fù)3次。

1.2.2.2 分析條件

色譜（GC）條件：CP-WAX52B石英毛細(xì)管柱（60 m×0.25 mm×0.5 μm）；進(jìn)樣口溫度 250℃；載氣（He）流速1.0 mL/min；不分流進(jìn)樣；升溫程序：起始柱溫40℃，保持3 min，以4℃/min升至150℃，保持1 min，再以5℃/min升至250℃，保持3 min。

質(zhì)譜（MS）條件：EI源；離子源溫度 230℃；四極桿溫度150℃；電離能量70 eV；傳輸線溫度280℃；掃描范圍 m/z 35～450。

1.3 成分分析

利用電子鼻自帶軟件進(jìn)行主成分分析；GC-MS數(shù)據(jù)由NIST 08標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)檢索比對(duì)，確定其化學(xué)成分；采用峰面積歸一化法計(jì)算各化學(xué)成分的相對(duì)含量。利用SIMCA-P12（Umetrics，Umea，Sweden）軟件通過(guò)偏最小二乘法（partial least squares discriminant analysis，PLSDA）對(duì)不同焙火程度武夷巖茶的揮發(fā)性成分貢獻(xiàn)度進(jìn)行判定。

2 結(jié)果與分析

2.1 電子鼻結(jié)果分析

電子鼻對(duì)焙火程度不同的武夷巖茶進(jìn)行PCA，結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 電子鼻區(qū)分不同焙火程度武夷巖茶香氣成分PCA圖Fig.1 Electronic nose distinguishes different baking degree Wuyi rock tea aroma PCA map

由圖1可知，PC1貢獻(xiàn)率為98.67%，PC2貢獻(xiàn)率為1.33%，2個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率已經(jīng)達(dá)到100%，說(shuō)明第一、第二主成分基本包含了全部指標(biāo)具有的信息，能夠反映樣品的整體信息。對(duì)于二維圖譜而言，樣品在橫坐標(biāo)上的距離越大，說(shuō)明它們之間的差異越大。

由圖1看出，4種茶樣分別分布在4個(gè)象限中，沒(méi)有交叉重疊，分布具有區(qū)域性。其中樣品A和樣品B差異較小，與樣品C差異較大，與樣品D差異最大。說(shuō)明在加工過(guò)程中焙火程度不同，產(chǎn)生的揮發(fā)性成分也有明顯的差異。為了進(jìn)一步了解樣品間存在的差異物質(zhì)，隨后采用GC-MS對(duì)武夷巖茶樣品揮發(fā)性成分進(jìn)行全組分分析。

2.2 不同焙火程度下武夷巖茶各類揮發(fā)性成分的對(duì)比及差異分析

GC-MS檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1，4種武夷巖茶茶樣共鑒定出86種化合物，其中樣品A、B、C、D分別鑒定出53種、44種、57種和70種，主要包括醇類、碳?xì)浠衔铩Ⅴヮ?、酮類、醛類和含氮化合物。樣品D中檢測(cè)到醇類、酮類、酯類和含氮類化合物種類最多，樣品C中檢測(cè)到醛類化合物的種類比其它3個(gè)樣品多，樣品A中酯類化合物的種類明顯低于其它3個(gè)樣品，樣品B中碳?xì)漕惡腿╊惢衔锓N類最少。

表1 不同焙火程度武夷巖茶揮發(fā)性成分Table 1 Volatile components of different baking degree Wuyi rock tea

續(xù)表1 不同焙火程度武夷巖茶揮發(fā)性成分Continue table 1 Volatile components of different baking degree Wuyi rock tea

續(xù)表1 不同焙火程度武夷巖茶揮發(fā)性成分Continue table 1 Volatile components of different baking degree Wuyi rock tea

由表1可以看出不同程度焙火處理的茶樣中香氣組分差別較大，其中含量變化最大的為：δ-癸內(nèi)酯和植醇。δ-癸內(nèi)酯屬于酯類，具果香，植醇具有特殊的樟腦氣味[16]。在樣品A中δ-癸內(nèi)酯占總香氣的15.28%，在樣品B中植醇占總香氣的10.99%，隨著焙火程度的進(jìn)一步加深相對(duì)含量降低。大部分醇類物質(zhì)的相對(duì)含量隨著溫度升高呈降低趨勢(shì)。這可能是由于醇類物質(zhì)在熱作用下發(fā)生了氧化，也可能是因?yàn)楸夯疬^(guò)程中高溫促使部分低沸點(diǎn)的醇類香氣揮發(fā)[14，17]。

此外，芳樟醇是茶葉的主要賦香成分[18]，焙火茶樣中芳樟醇相對(duì)含量存在明顯差異。芳樟醇在樣品A中相對(duì)含量為5.13%，隨著焙火程度的加深相對(duì)含量呈下降趨勢(shì)，這與陳賢明等[19]的試驗(yàn)結(jié)果一致。醇類物質(zhì)進(jìn)一步反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生酮類物質(zhì)和酯類物質(zhì)。3-己酮和己酸烯丙酯隨焙火程度的升高，相對(duì)含量呈上升趨勢(shì)。隨焙火程度的增加，2-乙基-5-甲基吡嗪（0.37%）、2-（3-甲基丁基）-3，5-二甲基吡嗪（0.50%）只在樣品D中檢出，這是由于茶樣在焙火過(guò)程中發(fā)生了美拉德反應(yīng)，產(chǎn)生了一些具有烘烤香的物質(zhì)[16，20-21]。呈花香味的吲哚和咖啡因隨溫度的升高相對(duì)含量呈降低趨勢(shì)，可能是因?yàn)殡S著焙火溫度的升高，部分美拉德反應(yīng)產(chǎn)物揮發(fā)或向其他物質(zhì)轉(zhuǎn)化[20]。

2.3 PLS-DA分析

通過(guò)PLS-DA對(duì)GC-MS數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 PLS-DA得分圖Fig.2 PLS-DA-score plot

PLS-DA能有效區(qū)分不同香氣的茶，變量投影重要度（variables important in the projection，VIP）（VIP>1）較大的有15種成分，說(shuō)明這些成分是區(qū)分不同類型茶的關(guān)鍵揮發(fā)性物質(zhì)PLS-DA分析揮發(fā)性成分的變量投影重要度圖見(jiàn)圖3。

圖3 PLS-DA分析揮發(fā)性成分的變量投影重要度圖Fig.3 PLS-DA analysis of volatile components variables important in the projection diagram

結(jié)合表1與圖3可知，這些物質(zhì)有：苯甲酸正己酯、香葉基丙酮、乙酸甲酯、2-甲基丁醛、1-戊烯-3-醇、香葉酸甲酯、1H-吡咯-2-甲醛、芳樟醇氧化物Ⅰ、3-（苯甲氧基）-1-丙醇、芳樟醇氧化物Ⅱ、對(duì)薄荷-4-烯-3-酮、2-甲氧基-5-甲基-苯胺、1-辛醇，3-甲基-1H-吲哚、8-雪松烯-13-醇，它們對(duì)區(qū)分不同焙火程度武夷巖茶的貢獻(xiàn)最大。

3 結(jié)論

本試驗(yàn)采用電子鼻結(jié)合HS-SPME結(jié)合GC-MS對(duì)不同焙火程度的武夷巖茶茶樣的揮發(fā)性成分進(jìn)行差異性分析，結(jié)果表明：電子鼻能夠區(qū)分不同焙火程度的武夷巖茶茶樣。HS-SPME結(jié)合GC-MS可以檢測(cè)出揮發(fā)性香氣成分的種類和含量，不同焙火程度武夷巖茶茶樣共鑒定出86種化合物，主要以酯類、醇類和酮類化合物為主。焙火程度是影響武夷巖茶香氣形成的重要因素，加強(qiáng)焙火過(guò)程溫度的控制管理，對(duì)保證產(chǎn)品品質(zhì)有重要意義。