不同加工工藝多穗石柯茶揮發(fā)性成分差異分析

方自揚，楊 漓，李桂珍，秦榮秀，谷 瑤

（1.廣西特色經(jīng)濟林培育與利用重點實驗室，廣西南寧 530002；2.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院，廣西南寧 530002；3.沈陽藥科大學(xué)，遼寧沈陽 110016）

多穗石柯（Lithocarpus litseifolius）又名木姜葉柯、多穗柯和甜茶[1]，在中國有數(shù)千年的食用歷史。多穗石柯是一種具有藥、食雙重功能的植物，在我國長江中下游地區(qū)均有分布，可將其葉子制成完全發(fā)酵的茶，降低澀味，保留甜味[2]。研究表明，多穗石柯葉具有降血糖、降壓和降血脂的作用[2]。

頂空氣相色譜-離子遷移譜（HS-GC-IMS）是近年來發(fā)展起來的一種分析技術(shù)，主要用于檢測液體或固體樣品中的揮發(fā)性化合物，是一項快速、簡單且靈敏的檢測技術(shù)[3-4]，已被廣泛應(yīng)用于制藥、安全和食品科學(xué)等領(lǐng)域[5-10]。

隨著食品工業(yè)的發(fā)展，中藥和食品的深加工不斷發(fā)展。對不同加工條件下中藥和食品風(fēng)味變化的差異進行分析，可指導(dǎo)實際生產(chǎn)。本研究基于HS-GC-IMS 數(shù)據(jù)，結(jié)合主成分分析（PCA）對不同加工工藝多穗石柯茶進行分析，旨在為多穗石柯茶加工過程中的質(zhì)量控制和風(fēng)味變化機理提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 主要材料

多穗石柯嫩葉樣品采自廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院巴馬多穗石柯種植基地（107°23′E，24°10′N）。

晾干樣品為生長期1 個月內(nèi)的多穗石柯葉，直接晾干。

炒制樣品：將采收的嫩葉鋪在干凈無味的竹席上，置于通風(fēng)陰涼處12 ~ 24 h，茶葉厚度1 ~ 3 cm，溫度保持在20~30 ℃，萎凋；鼓風(fēng)機35~45 ℃鼓風(fēng)干燥60~120 min，至葉片輕微卷曲、表面出現(xiàn)少量細(xì)小水分，用手輕搓不斷裂；采用茶葉揉搓機將茶葉揉成條狀，炒茶機60~65 ℃炒茶提香。

發(fā)酵樣品：空氣溫度為50~ 60 ℃，保持發(fā)酵室相對濕度80%以上；靜置發(fā)酵6 ~ 8 h，炒茶機60 ~65 ℃炒茶提香。

1.2 主要儀器設(shè)備

FlavourSpec?風(fēng)味分析儀（山東海能科學(xué)儀器有限公司）。

1.3 試驗條件

稱取1 g 樣品，置于20 mL 頂空瓶中，80 ℃孵育20 min 后進樣。樣品隨載氣進入儀器，氣相色譜（GC）條件見表1；之后進入離子遷移管。待測分子在電離區(qū)電離，檢測條件見表2；分離后在電場和反向漂移氣體作用下，遷移至法拉第盤進行檢測，進行二次分離。

表1 GC色譜條件Tab.1 Conditions of GC

表2 分析條件Tab.2 Analysis conditions

2 結(jié)果與分析

2.1 不同加工方式多穗石柯茶HS-GC-IMS分析

Y 軸表示GC 分離期間揮發(fā)性化合物的保留時間，X 軸表示IMS 分離期間揮發(fā)性化合物相對于反應(yīng)離子峰的遷移時間（圖1a）。對離子遷移時間和反應(yīng)離子峰（RIP）位置進行歸一化處理。樣品的總頂空化合物顯示在整個光譜中，RIP 右側(cè)的點代表從樣品中提取的揮發(fā)性化合物。信號的顏色代表化合物的信號強度[11-12]。整個圖像的背景為藍(lán)色，RIP 兩側(cè)的每個點代表1 種揮發(fā)性有機化合物。顏色表示物質(zhì)的濃度；白色表示濃度較低，紅色表示濃度較高；顏色越深，濃度越高。

以晾干樣品為對照，從其他光譜中減去對照樣品中的信號峰，獲得差異光譜圖（圖1b）。藍(lán)色區(qū)域表示該樣品中的物質(zhì)比對照樣品中的物質(zhì)少，紅色區(qū)域表示該樣品中的物質(zhì)比對照樣品中的物質(zhì)多；顏色越深，差異越大。

圖1 HS-GC-IMS三維譜圖（a）和以樣品A為對照的GC-IMS譜圖（差異圖）（b）Fig.1 Three dimensional HS-GC-IMS spectra(a)and GC-IMS spectra referenced by sample A(difference image)(b)

大多數(shù)信號位于遷移時間為1.0~1.7 和保留時間為0~600 s 的2D 光譜區(qū)域內(nèi)，很少信號位于600~1 000 s 的保留時間范圍內(nèi)（圖2）。二維光譜中的信號數(shù)量幾乎相同，但信號強度發(fā)生變化（增加或減少）。表明低分子揮發(fā)性化合物濃度最高，洗脫時間為100 ~ 200 s；極性揮發(fā)性化合物濃度最低[13-14]。由此可知，樣品中揮發(fā)性成分種類相似，但因加工工藝的不同，揮發(fā)性成分濃度發(fā)生變化。

圖2 GC-IMS譜圖Fig.2 GC-IMS spectra

分析不同加工工藝樣品后，通過比較特征保留率，初步確定來自三維圖譜的40 個典型目標(biāo)信號[15-18]和單個標(biāo)準(zhǔn)離子信號的遷移時間；由GC-IMS庫確認(rèn)，并用不同數(shù)字（1~58）表示（表3）。二聚體的形成與分析物中化合物的高質(zhì)子親和力或高濃度有關(guān)，高濃度化合物可加速中性分子和質(zhì)子分子的結(jié)合，形成二聚體[19]。

表3 不同加工工藝樣品揮發(fā)性成分定性分析Tab.3 Qualitative analysis of volatile compounds in samples treated by different processing methods

續(xù)表3 Continued

2.2 不同加工工藝對多穗石柯茶揮發(fā)性成分的影響

指紋信息來自HS-GC-IMS 三維譜圖中所有化合物的信號強度[20-21]。從圖3~4 進行直觀比較，每行代表1個樣本，每列代表1個信號峰值[22]。顏色代表揮發(fā)性化合物的含量；顏色越亮，含量越高。在不同加工工藝下，樣品中揮發(fā)性化合物差異明顯。

圖3 不同加工工藝樣品揮發(fā)性成分指紋圖譜Fig.3 Fingerprints of volatile compounds in samples treated by different processing methods

晾干樣品中α-松油醇、芳樟醇、2-乙基吡嗪、反式-2-己烯醛、正-己醇、2-庚酮、3-羥基-2-丁酮、丁醛和苯甲醛等含量較高，炒制和發(fā)酵后這些成分的含量均大幅度降低；乙酸丙酯、2-乙基呋喃、2,5-二甲基呋喃、2-正戊基呋喃、癸醛、壬醛、苯乙醛、反式-2-辛烯醛、辛醛、反式-2,4-庚二烯醛、庚醛、反式-2-戊烯醛、檸檬烯、α-水芹烯、6-甲基-5-庚烯-2-酮、2,3-丁二醇、3-戊酮、2-戊酮、2-丁酮、2,3-丁二酮、1-戊醇、乙醇、2-甲基丁醛和丙酮等含量在晾干樣品中較高，發(fā)酵樣品中次之，炒制樣品中較低。炒制樣品中，2-甲基丁醛、丙醛、1-辛烯-3-醇、乙酸和二甲基硫等含量較高。發(fā)酵樣品中，正己醛、丁酸丙酯、乙酸乙酯、丁酸丁酯、丙酸丁酯、乙酸異戊酯、乙酸丁酯、反式-2-庚烯醛、1,1-二乙氧基乙烷、戊醛和丙醛等含量較高。

圖4 不同加工工藝樣品信號強度主成分分析Fig.4 PCA results on signal intensities of samples treated by different processing methods

3 結(jié)論

本研究結(jié)合HS-GC-IMS 與PCA 的優(yōu)勢，分析不同加工工藝多穗石柯茶樣品中揮發(fā)性成分的變化，建立風(fēng)味指紋圖譜。HS-GC-IMS 共鑒定出58種揮發(fā)性化合物。根據(jù)三維譜圖和指紋圖譜，確定多穗石柯茶中主要風(fēng)味化合物的變化是基于揮發(fā)物的熱分解和一系列化學(xué)反應(yīng)。2-甲基丁醛、丙醛、1-辛烯-3-醇、乙酸和二甲基硫等化合物在樣品的風(fēng)味方面發(fā)揮作用。