基于HS-SPME/GC-MS和OAV對春季信陽紅茶關(guān)鍵呈香化合物分析

馬敬宜，姚衡斌，趙仁亮

（河南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，河南 鄭州 450002）

信陽茶區(qū)氣候溫和、光照適宜、雨量充沛、空氣濕度大、土壤肥沃，為茶樹的生長創(chuàng)造了良好的自然條件[1]。從2010年開始，豫南茶界工作者根據(jù)工夫紅茶的加工工藝，不斷地探索適合信陽地區(qū)紅茶加工工藝，“信陽紅”的研制，是紅茶生產(chǎn)史上的一個突破[2]。

茶葉香氣是體現(xiàn)茶葉品質(zhì)優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一，人們從茶葉中鑒定出來的揮發(fā)性物質(zhì)有700多種[3]，主要包括醇類、酯類、酮類、酚類以及雜環(huán)化合物等。目前頂空-固相微萃取（headspace solid phase microextraction，HS-SPME）已被證實(shí)是一種快速、簡便的茶葉香氣物質(zhì)提取方法[4]，HS-SPME和氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS） 技術(shù)在綠茶、紅茶、黑茶、烏龍茶的揮發(fā)性物質(zhì)提取與鑒定中應(yīng)用廣泛[5]。香氣活度值（odor activity value，OAV）是通過理論值的計(jì)算來表征化合物氣味的貢獻(xiàn)程度，一般認(rèn)為OAV≥1的化合物對整體香氣的呈現(xiàn)有貢獻(xiàn)作用，OAV越大表明該化合物對呈香作用越重要[6]，氣味活度值在茶葉領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛。

基于氣味活度值對特征香氣物質(zhì)的研究越來越深入，張韻等[7]采用頂空固相微萃取-氣質(zhì)聯(lián)用法和氣味活度值判斷出檸檬醛、橙花叔醇、水楊酸甲酯、香豆素對高香工夫紅茶的香氣貢獻(xiàn)較大。安會敏等[8]運(yùn)用頂空固相微萃取-氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)和氣味活度值，鑒定出13種茉莉花茶特征香氣成分為3-己烯-1-醇、苯甲醇、芳樟醇、苯乙醇、乙酸葉醇酯、苯甲酸甲酯、乙酸芐酯、水楊酸甲酯等。Zhu等[9]通過計(jì)算OAV鑒定嶗山綠茶的關(guān)鍵香氣化合物為2-甲基丁酸乙酯、己醛、壬醛、辛醛、乙酸己酯、4-乙烯基愈創(chuàng)木酚。Liao等[10]對中黃1號加工制作的綠茶進(jìn)行氣味活度值分析，結(jié)果表明二甲基硫醚的OAV為1 195.21，對熟玉米香味有重要貢獻(xiàn)。Guo等[11]確定了 2-乙基-3，5-二甲基吡嗪（OAV=4.71）是武夷巖茶具有焙火味的主要香氣成分。

目前，相關(guān)學(xué)者對祁門、滇紅等紅茶關(guān)鍵香氣的研究報(bào)道較多，但對信陽紅茶關(guān)鍵香氣成分研究較少，僅有尹鵬等[12]對春、夏、秋三季的信陽紅茶的關(guān)鍵香氣進(jìn)行了研究。本研究選取信陽地區(qū)茶葉核心產(chǎn)區(qū)的春季一芽一葉鮮葉加工的信陽紅茶為材料，采用頂空固相微萃?。℉S-SPME）技術(shù)提取其香氣成分，通過氣相色譜-質(zhì)譜（GC-MS）聯(lián)用儀，確定香氣成分，并結(jié)合氣味活度值確定關(guān)鍵呈香化合物，為提高信陽紅茶品質(zhì)提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 供試材料

選取信陽地區(qū)13份具有代表性的信陽紅茶樣品（均產(chǎn)于2020年），依照GB/T 23776—2018《茶葉感官審評方法》進(jìn)行感官審評，經(jīng)審評小組感官審評后，最終確定具有典型信陽紅茶甜香風(fēng)味特征的信陽紅茶樣品5份，均產(chǎn)自河南省信陽市浉河區(qū)，以信陽群體種為原料，鮮葉規(guī)格一芽一葉，生產(chǎn)日期2020年4月22日～2020 年 4 月 25 日，分別命名為 X1、X2、X3、X4、X5。

1.1.2 儀器和試劑

8890-5977 B氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀、65μmDVB/CAR/PDMS萃取頭：美國Agilent公司；MS105DU電子天平：美國METTLER TOLEDO公司；MM400球磨儀：德國Retsch公司。

氯化鈉（分析純）：國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；正己烷（色譜純）：德國Merck公司；2-庚酮（色譜純）：美國Sigma-Aldrich公司。

1.2 方法

1.2.1 HS-SPME條件

從-80℃冰箱中取出樣品進(jìn)行液氮研磨，渦旋混合均勻，每個樣本稱取約1 g，迅速放進(jìn)頂空瓶中。分別加入飽和氯化鈉溶液1 mL、50 mg/L的2-庚酮內(nèi)標(biāo)溶液10 μL，立即擰緊頂空瓶蓋，然后在60℃下平衡10 min，然后用DVB/CAR/PDMS萃取頭在頂空瓶的上部空間萃取20 min。

1.2.2 GC-MS條件

氣相色譜條件：氣相色譜柱為DB-5MS毛細(xì)管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm），以氦氣為載氣，不分流進(jìn)樣，柱流量1.0 mL/min。升溫程序：40℃保持5 min，以5℃/min升溫至280℃，保持5 min。

質(zhì)譜條件：進(jìn)樣器溫度250℃，檢測器溫度280℃，離子源溫度230℃，四極桿溫度150℃。電離方式為電子轟擊源（electron impact，EI），電子能量 70 eV，掃描質(zhì)量范圍30 amu～350 amu。

將檢索得到的質(zhì)譜圖與NIST和Wiley數(shù)據(jù)庫對照，結(jié)合保留時(shí)間對揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行鑒定。

1.3 揮發(fā)性成分的定量和OAV的計(jì)算

采用內(nèi)標(biāo)法對揮發(fā)性成分進(jìn)行定量，按下式計(jì)算。

式中：Ci為任一組分的質(zhì)量濃度，μg/L；Cis為內(nèi)標(biāo)的質(zhì)量濃度，μg/L；Ai為任一組分的色譜峰面積；Ais為內(nèi)標(biāo)的色譜峰面積。

OAV計(jì)算公式如下。

式中：OAVi為任一組分的香氣活度值；Ci為任一組分的質(zhì)量濃度，μg/L；OTi為任一組分在水中的香氣閾值，μg/L。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel2016軟件預(yù)處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用Spss26.0進(jìn)行香氣成分的單因素方差分析，采用Origin2018作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 信陽紅茶的揮發(fā)性成分及含量分析

本研究采用HS-SPME結(jié)合GC-MS技術(shù)對篩選出的具有典型信陽紅茶甜香風(fēng)味特征的信陽紅茶茶樣進(jìn)行檢測，定性定量分析共得到160種揮發(fā)性成分，各類香氣成分含量及占比見表1和圖1。

表1 信陽紅茶揮發(fā)性香氣成分Table 1 Volatile aroma components of Xinyang black tea

續(xù)表1 信陽紅茶揮發(fā)性香氣成分Continue table 1 Volatile aroma components of Xinyang black tea

續(xù)表1 信陽紅茶揮發(fā)性香氣成分Continue table 1 Volatile aroma components of Xinyang black tea

續(xù)表1 信陽紅茶揮發(fā)性香氣成分Continue table 1 Volatile aroma components of Xinyang black tea

續(xù)表1 信陽紅茶揮發(fā)性香氣成分Continue table 1 Volatile aroma components of Xinyang black tea

圖1 揮發(fā)性化合物的鑒定Fig.1 Identification of volatile compounds

由表1可知，檢測出的160種揮發(fā)性成分，可將其分為14類，分別為萜類、醇類、酮類、芳烴類、硫化物、雜環(huán)化合物、醛類、酸類、烷烴類、酯類、胺類、酚類、烯烴類和其他類。其中萜類化合物數(shù)量最多，共34種；酯類化合物次之，共28種；其次為醛類19種。此外，由圖1可知，在不同種類香氣成分的含量上，萜類化合物含量最高（平均含量為 138 516.08 μg/L，占比34.43%），酯類化合物次之（平均含量為65 068.31 μg/L，占比15.83%），其次是醇類和醛類（平均含量分別為43 642.26 μg/L 和 36 528.63 μg/L，分別占比 11.13%和10.58%），上述4類化合物的總量占揮發(fā)物總量的71.97%?？梢姡抨柤t茶揮發(fā)性成分組成的一個重要特點(diǎn)是含有豐富的萜類化合物、酯類化合物、醇類化合物和醛類化合物。此外，在信陽紅茶揮發(fā)性成分中，含量較高的（高于10 000 μg/L）主要有香葉醇、2-苯乙醇、水楊酸甲酯、對羥基苯甲酸甲酯、苯乙醛、芳樟醇、間二甲苯、乙酸芳樟酯。在茶葉鑒定出的揮發(fā)性化合物中，每種香氣成分的閾值不一樣，因此揮發(fā)性成分含量的高低并不能說明對風(fēng)味的貢獻(xiàn)程度的大小，信陽紅茶的關(guān)鍵香氣還需要結(jié)合OAV分析做進(jìn)一步判斷。

我國紅茶的香氣大致分為3種類型，第一類是芳樟醇及其氧化物含量占優(yōu)勢的香型，第二類是芳樟醇和香葉醇含量均較高，第三類是香葉醇含量占優(yōu)勢的香型[13]。信陽紅茶香葉醇平均含量46 535.97 μg/L，芳樟醇平均含量16 993.93 μg/L，香葉醇含量高于芳樟醇含量，由此可見，信陽紅茶的香型屬于香葉醇占優(yōu)勢的香型，與尹鵬等[12]的研究結(jié)果一致。

2.2 信陽紅茶香氣成分的OAV分析

隨著食品風(fēng)味學(xué)的發(fā)展，現(xiàn)代分析技術(shù)、感官分析技術(shù)以及食品加工技術(shù)緊密結(jié)合，OAV分析技術(shù)在食品關(guān)鍵香氣成分的研究中應(yīng)用越來越廣泛[14]。信陽紅茶揮發(fā)性化合物的OAV及香氣特征分析見表2。

表2 信陽紅茶揮發(fā)性化合物的OAV及香氣特征分析Table 2 OAV and aroma characteristics of Xinyang black tea

通過計(jì)算OAV，從5份樣品中共篩選鑒定出23個OAV≥1的關(guān)鍵香氣成分，說明這些成分對信陽紅茶香氣品質(zhì)具有重要貢獻(xiàn)，包括2種醇類化合物、10種醛類化合物、2種酮類化合物、2種酯類化合物、7種萜類化合物。

在23種香氣成分中，OAV≥1000的化合物有5種，其中具有花香和果香的芳樟醇的OAV最大，為28323.19，其次是具有玫瑰花香氣味的香葉醇（6 204.79），然后是具有水果甜香的苯乙醛（4 067.58）、具有橙皮香的癸醛（2 141.52）和具有黃瓜香的 2，6-壬二烯醛（1 063.30），推斷這5種物質(zhì)對信陽紅茶香氣品質(zhì)具有關(guān)鍵性貢獻(xiàn)作用。此外100≤OAV≤1 000的有7種，分別為具有水果和脂肪香的庚醛（142.00）、具有青香、蘋果香和脂肪香的己醛（382.80）、具有紫羅蘭香、花香的β-紫羅蘭酮（209.15）、具有菠蘿香的庚酸乙酯（611.59）、具有藥香的水楊酸甲酯（839.63）、具有杉木芳香的雪松醇（199.35）、具有草木香的β-環(huán)檸檬醛（101.99）。1≤OAV≤100的有 11種，分別為（Z）-2-戊烯-1-醇（1.78）、2-苯乙醇（93.34）、苯甲醛（25.88）、反式-2-戊烯醛（3.00）、2，4-庚二烯醛（4.35）、5-甲基糠醛（1.41）、（E）-2-己醛（97.97）、L-α-松油醇（56.56）、（Z）-β-法呢烯（3.11）、順式香葉基丙酮（2.03）、反式-橙花叔醇（1.07），這些化合物可能共同決定了信陽紅茶的香氣品質(zhì)特征。

雪松醇為具有杉木芳香的萜烯類物質(zhì)，β-環(huán)檸檬醛具有果香味，水楊酸甲酯具有花香，金友蘭等[19]采用OAV法發(fā)現(xiàn)這3種化合物均是茯磚茶、發(fā)花白磚茶、發(fā)花紅磚茶的關(guān)鍵呈香物質(zhì)，但是在發(fā)花紅茶磚中含量最高。癸醛主要產(chǎn)生于美拉德反應(yīng)，是清香型鐵觀音清香味的主要來源[20]，在本研究中具有較高的OAV。香葉焦磷酸糖苷前體在芳樟醇合成酶和香葉醇合成酶的作用下分別水解釋放芳樟醇和香葉醇[21]，芳樟醇和香葉醇是鳳凰單叢茶的重要香氣成分[22]。β-紫羅蘭酮帶有特殊的紫羅蘭花香，是β-胡蘿卜素在綠茶加工過程中熱裂解或紅茶發(fā)酵過程中通過酶促氧化降解得到的[23]，有研究表明該物質(zhì)是綠茶[17]、紅茶[24-25]的關(guān)鍵呈香成分。

3 結(jié)論

本研究選用信陽茶葉主產(chǎn)區(qū)浉河區(qū)的春季信陽紅茶樣品，采用HS-SPME結(jié)合GC-MS技術(shù)，檢測出160種香氣成分，萜類、酯類、醇類和醛類化合物的平均含量較高，其中香葉醇、2-苯乙醇、水楊酸甲酯、對羥基苯甲酸甲酯、苯乙醛、芳樟醇、間二甲苯、乙酸芳樟酯等是信陽紅茶中含量豐富的揮發(fā)性香氣化合物。借助OAV法對關(guān)鍵香氣組分進(jìn)行篩選，基于OAV≥1共篩選出23個關(guān)鍵香氣組分，表明這些化合物對信陽紅茶香氣品質(zhì)可能具有極其重要的貢獻(xiàn)，特別是芳樟醇、香葉醇、苯乙醛、癸醛、2，6-壬二烯醛在信陽紅茶中的OAV超過了1 000，對信陽紅茶的香氣形成貢獻(xiàn)最大。其他OAV值低于1的化合物，單個物質(zhì)的風(fēng)味貢獻(xiàn)可能不大，但是相互協(xié)同作用下對總體風(fēng)味的貢獻(xiàn)值得繼續(xù)探討。

OAV方法對茶葉中的特征風(fēng)味化合物的分析也存在一定的局限性，還需與氣相色譜-嗅聞-質(zhì)譜（gas chromatography-olfactometry-mass spectrometry，GC-OMS）聯(lián)用法結(jié)合起來確定茶葉樣品中的特征風(fēng)味組分。以期能夠豐富信陽紅茶香氣品質(zhì)理論依據(jù)，為信陽紅茶的產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供更好的數(shù)據(jù)支撐。