氣相色譜-嗅覺測量技術及其在茶葉活性香氣化合物檢測中應用的研究進展

孫 琳，李瑞利，周雪芳，童華榮

（西南大學食品科學學院，重慶 400716）

氣相色譜-嗅覺測量技術及其在茶葉活性香氣化合物檢測中應用的研究進展

孫 琳，李瑞利，周雪芳，童華榮*

（西南大學食品科學學院，重慶 400716）

氣相色譜-嗅覺測量技術是一種從復雜的香氣混合物中選擇和評價活性香氣化合物的有效方法。國外已經(jīng)進行了大量關于GC-O技術應用于茶葉香氣化合物的研究。對GC-O的原理、GC-O的評價方法以及GC-O對各類茶葉活性香氣化合物的檢測等方面的目前國外的研究進行綜述。

氣相色譜-嗅覺測量（GC-O），茶葉，評價方法，活性香氣化合物

Abstract：Gas chromatography-olfactometry（GC-O） is an efficient tool to select and evaluate odor-active compounds from complicated mixture.There were plants of reasearch about the GC-O technology applied in the tea odour-active compounds.The pinciple，evaluating methods and the detection of tea odour-active compounds of GC-O technology were introduced.

Key words：gas chromatography-olfactometry；tea；evaluating methods；odor-active compounds

茶之所以受人歡迎，是由于它具有獨特的風味，其中之一便是優(yōu)雅的香氣。茶葉中的芳香物質亦稱“揮發(fā)性香氣組分（VFC）”，是由性質不同、含量差異懸殊的多種物質組成的混合物，在茶葉中的絕對含量很少，一般只占干物質質量的0.01%～0.05%，卻是決定茶葉品質的重要因子之一[1]。茶葉香氣的研究自1893年Bamber、1896年Rombargn用蒸餾法提取茶葉中的香精油開始，已經(jīng)做了大量的工作，迄今為止，已從茶葉中分離出650多種揮發(fā)性化合物，包括醇、醛、酮、酯、酸、氮、氧雜環(huán)化合物等在內(nèi)的十余類化合物[2]。但早期的研究主要集中于采用氣相色譜及相關檢測設備對茶葉中的揮發(fā)性化合物組成及相對含量進行分析，難于建立這些揮發(fā)性化合物與茶葉感官特征間的聯(lián)系，另外，在現(xiàn)有的檢測技術條件下，也可能使感官性質有影響的化合物，因其含量低，沒有被檢測到。近年來，隨著氣相色譜-嗅覺測量技術（GC-O）的建立與發(fā)展，對食品活性香氣化合物進行了廣泛的研究，該項技術也應用于各類茶葉香氣化合物研究。

1 氣相色譜-嗅覺測量技術（GC-O）

1.1 GC-O技術的簡介

近幾十年來已從食品中鑒定出大量的揮發(fā)性化合物，但僅有少量的香氣化合物對食品的香氣有貢獻。很多氣味化學檢測器都沒有人的鼻子靈敏，火焰離子檢測器（FID）或者質譜（MS）只有在揮發(fā)性香氣化合物達到一定量時才可以檢測到。經(jīng)驗顯示，很多氣味化學化合物在食品中的濃度極低，并且由于氣味的閾值越低越容易被感官感覺到。因此，“化學”檢測器檢測到的峰并不能真實反應食品的香氣描述。因此評價每種香氣化合物對香氣的貢獻的一個更好的方法即是將這些組分單獨分離開來，進行單獨感官評價，從而找出哪些香氣化合物對食品的香氣有貢獻。因此，一個結合FID檢測器檢測活性香氣化合物的方法誕生了，即氣相色譜嗅覺測量技術（GC-O）[3-4]。氣象色譜-嗅覺測量技術（GC-O）的檢測器為鼻子，氣相色譜系統(tǒng)將其柱流出物分為兩個部分，一部分流向嗅聞口，同時剩下的流向氣相色譜檢測器（火焰離子檢測器FID）。GC-O技術即是使用FID/MS對揮發(fā)性化合物組分檢測和鑒別與評價小組成員感知到氣味的反應在同一時間尺度結合起來[5]。GC-O是目前國際上最先進的食品香氣化合物的分析技術，它對鑒別特征香味化合物、香味活性化合物、具有有效香味的化合物及用來確定香味化合物的強度和作用大小都是非常有用的[6]。

1.2 GC-O活性香氣化合物評價方法

通用GC-O評價方法分為三類[7-8]：稀釋分析、頻率檢測法以及強度評價法，除此之外還有研究化合物間相互作用的OASIS[9]。

1.2.1 稀釋分析 稀釋法是連續(xù)稀釋一種氣味直到50%的評價人員在嗅探口感覺不到它的存在，即逐步稀釋到嗅覺閾值的方法。主要有Charm Analysis（combined hedonic aroma response measurement）[10]和芳香萃取物稀釋分析（aroma extraction dilution analysis，AEDA）[11]。Acree等建立的稀釋分析技術叫做Charm Analysis，是基于嗅聞濃度逐步降低的揮發(fā)性化合物的稀釋液而進行分析的，在Charm Analysis中，各稀釋度的樣品是隨機給出的以避免樣品對評員引起偏差，評員確定某個特定氣味感覺的開始和結束時間，并給出感官描述語，將各評員嗅聞的時間綜合起來，并作圖得到有峰和峰面積（Charm values）的色譜圖，它用于定量香氣潛能。Charm value可以照公式c＝dn-1來計算，這里n為響應一致性的值，d是稀釋因子[12]。

AEDA技術通過嗅聞初始提取物經(jīng)一系列稀釋后的GC流出物，評價GC流出物的香味活性。以各成分的香味檢測閾值為基礎，確定成分的香氣活性值（odour activity values，OAVs）：即香氣成分的濃度與其香味檢測閾值的比值，最后，根據(jù)各香氣成分的OAVs值等信息確定其對風味的貢獻。

AEDA分析中結果表示為flavour dilution（FD）factor（Grosch，1993），F(xiàn)D是氣味化合物在最初提取物中的濃度與GC-O仍然能檢測到的最大稀釋度中濃度的比例。而Charm analysis評定方法與AEDA一樣，將所有評員的各稀釋水平的評定結果合并，并結合氣相色譜圖，將時間轉變?yōu)楸Ａ糁笖?shù)。目前，能夠定量檢測揮發(fā)性成分對樣品整體風味貢獻的大小的AEDA是應用最為廣泛的GC-O方法。

1.2.2 頻率檢測法 記錄一組評員中檢測到的氣味。檢測一種氣味的評員數(shù)（檢測頻率）用于評估該氣味的強度[13-14]。對某種氣味感知到評員數(shù)越多，氣味貢獻越大。這種方法也可被稱為嗅覺全局分析[12]。

1.2.3 強度評價法 其中有Osme方法[15]使用評價人員對未稀釋的GC流出物強度評級評價它們的氣味貢獻。強度等級越高，氣味貢獻越大。

1.2.4 OASIS技術 Hattori等認為AEDA等對食品中活性香氣化合物的分析僅考慮了這些化合物的閾值水平，沒有考慮到揮發(fā)性化合物間的相互作用，因此他們于2003年提出了一種被稱為OASIS的技術，先進行AEDA分析，再將AEDA稀釋分析技術與茶葉沖泡的茶湯液面揮發(fā)性化合物混合評價，以研究這些化合物對茶葉香氣的相互作用[9]。

在對茶葉活性香氣化合物的研究中使用的GCO評價方法主要是AEDA和OASIS。

2 GC-O對茶葉活性香氣化合物的檢測

2.1 茶葉香氣的提取方法

對食品進行風味分析的一個重要步驟是揮發(fā)性化合物樣品的制備。茶葉揮發(fā)性化合物樣品制備包括蒸汽蒸餾（SD）、溶劑萃取（SE）、溶劑萃取分餾、同時蒸餾萃取（SDE）、超臨界流體萃?。⊿FE）、加壓流體萃取、溶劑蒸發(fā)輔助風味（SAFE）、微波輔助水蒸氣蒸餾（MAHD）、驅捕法、頂空（HS）分析法、固相微萃?。⊿PME）、超臨界CO2萃取法、柱吸附-溶劑洗脫法[16-18]、沖泡抽提法[19]等。其中，在茶葉活性化合物分析中主要采用SPME、固相萃取（SPE）、柱吸附-溶劑洗脫法[15]、沖泡抽提法[21]、頂空（HS）分析法和減壓蒸餾等。

2.2 紅茶的活性香氣化合物

Guth等使用靜態(tài)頂空提取花橙黃白毫香氣，AEDA方法鑒定出13種活性香氣化合物：（Z）-十六烷-3-烯醛、芳樟醇、（Z）-1，5-二烯-3-酮、辛烷-l-烯-3-酮、（Z）-庚烷-4-烯醛、丁烷-2，3-二酮、2-甲基丙醛、3-甲基正丁醛、3-甲基壬烷-2，4-二酮、（E）-壬烷-2-烯醛、辛醛、（E，Z）-壬烷-2，6-二烯醛和己醛，其中8種醛類化合物，4種酮類化合物，一種醇類化合物等[20]；Schuh等人采用溶劑蒸發(fā)輔助風味（SAFE）和靜態(tài)頂空方法提取大吉嶺紅茶中揮發(fā)性香氣，使用AEDA鑒定檢測出20種關鍵香氣化合物，其中有（E）-β-大馬酮、（E，E）-2，4-癸二烯醛、香葉醇、（Z）-4-庚烯醛、（E）-2-己烯醛、（Z）-3-己烯-1-醇、β-紫羅蘭酮、（R）/（S）-芳樟醇、2-甲基正丁醛、3-甲基正丁醛、3-甲基壬烷-2，4-二酮、2-甲基丙醛、（E，E）-2，4-壬二烯、（E，Z）-2，4，6-壬二烯、（E）-2-壬烷、苯、（E，E，Z）-2，4，6-壬三烯、3-羥基-4，5-二甲基-2（5H）呋喃酮、己醛、乙基-2-甲基丁烷、1-辛烯-3-酮為大吉嶺紅茶的活性香氣化合物，其中7種醛類化合物、4種酮類化合物、3種醇類化合物、3種烯類化合物、1種烷烴、1種芳香類化合物等[21]；Uva等人使用沖泡抽提法對5種斯里蘭卡紅茶茶樣香氣進行提取，AEDA方法鑒定出7種活性香氣化合物，其中有4-羥基-2，5-二甲基-3（2H）-呋喃酮（4HDMF，呋喃酮）、香蘭素、（E）-2-己烯酸、3-甲基丁酸（異戊酸）、苯乙酸為活性香氣化合物、3種酸類化合物、1種芳香醛類化合物，1種雜環(huán)酮類化合物等[22]；Kumazawa等人使用柱吸附-溶劑洗脫法提取斯里蘭卡金佰萊（DIMBULA）紅茶茶湯中香氣，AEDA技術對香氣化合物進行稀釋分析，又鑒定出順式和反式-4，5-環(huán)氧-（E）-2-癸烯醛、順式和反式-4，5-環(huán)氧-（E）-2-癸烯、3-甲基丁醛（刺鼻味）、3-甲硫基丙醛（番茄味）、β-大馬酮（甜香）、二甲基三硫（餿味）、2-甲氧基-4-乙烯基苯酚（丁香味）為紅茶的活性香氣化合物，其中4種醛類化合物、2種烯類化合物、1種酮類化合物、1種芳香類化合物等[23]。從上述結果可以看出大吉嶺紅茶和斯里蘭卡紅茶活性香氣化合物種類的不同，例如大吉嶺紅茶含有較多的香葉醇（玫瑰花香）等化合物，而斯里蘭卡紅茶芳樟醇的氧化物苯乙酸等含量較多，使其呈現(xiàn)出不同的品質風格，原因可能是產(chǎn)地和紅茶加工工藝等不同。

紅茶茶湯由于熱水處理的作用，導致很多活性香氣化合物量的增加，特別是一些醇類，例如香葉醇、4-HDF、2-苯乙醇和（Z）-3-己烯醇、和斯特雷克醛類[24]。主要原因是茶葉中的亞油酸在熱處理的條件下進行水解而生成的[25]。Kumazawa等人還鑒定出一個生成β-大馬酮的前體：3-羥基-7，8-脫氫-β-紫羅蘭醇[26]。

2.3 綠茶的活性香氣化合物

Guth等使用靜態(tài)頂空提取珠茶中的香氣，AEDA方法鑒定出13種活性香氣化合物：（Z）-十六烷-3-烯醛、芳樟醇、（Z）-1，5-二烯-3-酮、辛烷-l-烯-3-酮、（Z）-庚烷-4-烯醛、丁烷-2，3-二酮、2-甲基丙醛、3-甲基正丁醛、3-甲基壬烷-2，4-二酮、（E）-壬烷-2-烯醛、辛醛、（E，Z）-壬烷-2，6-二烯醛和己醛，其中8種醛類化合物，4種酮類化合物和1種芳香類化合物等[20]；Kumazawa等人采用柱吸附-溶劑洗脫法提取日本煎茶的香氣，AEDA方法鑒定出30種活性香氣化合物，其中有4-甲氧基-2-甲丁硫醇、（Z）-4-庚烯醛、1-辛烯-3-酮、2-乙基吡嗪、4-巰基-4-甲基-2-戊酮、3-甲硫基丙醛、2-乙基-3，5-二甲基-吡嗪、（E，E）-2，4-庚二烯醛、（Z）-4-癸烯醛、（E，Z）-2，6-壬二烯醛、苯乙醛、（Z）-3-己烯酸、（Z）-3-己烯酯、3-甲基壬烷-2，4-二酮、（E，E）-2，4-癸二烯醛、β-大馬酮、β-大馬烯酮、正己酸、丙酸香葉酯、β-紫羅蘭酮、（Z）-茉莉酮、麥芽酚、5-辛內(nèi)酯、4-壬內(nèi)酯、丁香酚、2-甲氧基-4-丙基苯酚、鄰氨基苯乙酮、茉莉內(nèi)酯、（Z）-茉莉酮酸甲酯、吲哚、香豆素、香蘭素，其中有6種醛類化合物，7種酮類化合物，5種酯類化合物，3種雜環(huán)類化合物等[27]；Kumazawa等采用柱吸附-溶劑洗脫法提取日本的Kamairi-cha（康邁-達馬茶）和日本的煎茶中香氣，AEDA方法又鑒定出（Z）-1，5-辛二烯-3-酮、4-巰基-4-甲基-2-戊酮、乙硫磷、（E，Z）-2，6-壬二烯、3-甲基壬烷-2，4-二酮為活性香氣化合物、3種酮類化合物、1種烯類化合物等[28]；Mizukami等使用減壓蒸餾法提取日本福吉茶的香氣，AEDA方法鑒定27種活性香氣化合物，23種已知，三甲基噁唑、乙基吡嗪、2-乙基-6-甲基吡嗪、2-乙基-5-甲基吡嗪、2，3，5-三甲基吡嗪、（E）-氧化芳樟醇、2-乙基-3，6-二甲基吡嗪、2-乙基-3，5-二甲基吡嗪、（Z）-氧化芳樟醇、2，3-二乙基-5-甲基吡嗪、芳樟醇、5-甲基糠醛、2-乙?；?1-乙基吡咯、糠醇、苯乙酮、2-乙酰基-3-甲基吡嗪、甲基水楊酸、己酸、愈創(chuàng)木酚、2-乙酰吡咯、吡咯-2-甲醛、2-甲氧基-4-乙烯基苯酚、吲哚，其中有15種雜環(huán)類化合物，5種芳香類化合物等[29]；Ikeda等使用沖泡抽提法提取綠茶的香氣，AEDA方法鑒定出12種活性香氣化合物，其中有2，6-二甲基吡嗪、糠醛、愈創(chuàng)木酚、β-紫羅蘭酮、順-3-己烯醇、3-甲基戊烷-2，4-二酮、脫氫芳樟醇、α-紫羅蘭酮、順式茉莉酮、呋喃酮、其中6鐘雜環(huán)類化合物、2種芳香類化合物等[30]；Naef等人采用固相萃?。⊿PE）提取日本Kiyosawa茶的香氣，AEDA方法鑒定出3-甲基-2，4-壬烷二酮、1-甲基-2-氧代丙基己酸、1-甲基-2-氧代丙基醋酸、2-丁基-4，5-二甲基-3（2H）呋喃[31]，其中1種雜環(huán)類化合物等。從上述結果可以看出，中國綠茶與日本綠茶中活性香氣化合物進行比較，日本綠茶的香氣含有較多的的雜環(huán)類化合物。原因可能是綠茶的產(chǎn)地和加工工藝等不同。

Yong Cheng等對龍井茶的香氣成分隨時間變化研究中，采用SAFE萃取技術，AEDA法進行鑒定，檢測結果表明，在龍井茶中共檢測出12種關鍵香氣成分，分別為3-甲基丁醛、2，3-丁二酮、乙基 3-甲基丁酸、己醛、1-辛烯-3-酮、2，5-二甲基-3-乙基吡嗪、1-辛烯-3-醇、苯甲醛、芳樟醇、香葉醛、（E）-β-大馬酮、香葉醇[32]；Kumazawa等采用柱吸附-溶劑洗脫法提取龍井茶中的香氣，AEDA方法鑒定出45種關鍵香氣化合物，其中有2，3-戊二酮、（Z）-4-庚烯醛、辛醛、2-甲基-1-吡咯啉、（Z）-1，5-辛二烯-3-酮、4-巰基-4-甲基-二戊酮、（Z）-3-己烯醇、壬醛、2，3，5-三甲基吡嗪、2-乙基-3，5-二甲基吡嗪、（E，E）-2，4-庚二烯醛、（E，Z）-2，6-壬二烯醛、2-異丁基-3-甲氧基吡嗪、（E）-2-壬烯醛、4，5-二氫-3（2H）-噻吩酮、2，3-二乙基-5-甲基吡嗪、2-乙?；拎?、苯乙醛、（E，E）-2，4-壬二烯醛、3-甲基壬烷-2，4-二酮、（E，E）-2，4-癸二烯醛、β-大馬烯酮、2-乙酰基-2-噻吩啉、香葉基丙酮、4-壬內(nèi)酯、4-辛內(nèi)酯、（Z）-茉莉酮、5-辛內(nèi)酯、愈創(chuàng)木酚、4-羥基-2，5-二甲基-3（2H）-呋喃酮、對甲苯酚、（E）-茉莉酸甲酯、鄰氨基苯乙酮、鄰氨基苯甲酸甲酯、茉莉內(nèi)酯、2-甲氧基-4-乙烯基苯酚、香蘭素、吲哚、香豆素、（Z）-茉莉酸甲酯[28]；Naef等人固相萃取龍井茶的香氣，AEDA方法又鑒定出（Z）-3-己烯-1-醇、芳樟醇的氧化物、苯乙醇、苯甲醇為龍井茶的關鍵香氣化合物[31]。從上述結果中可以看到不同的萃取方法會對GC-O檢測出的香氣化合物種類造成較大的影響。

Hattori等人使用蒸汽蒸餾（SD）萃取日本綠茶中的香氣，AEDA和OASIS鑒定發(fā)現(xiàn)42種活性香氣成分。他們將檢測結果被分為兩組：高FD-因素組和低FD-因素組（FD：flavor dilution，香味稀釋）。高FD-因素組即閾值低，包括香葉醇、吲哚和芳樟醇。低FD-因素組即閾值高，包括順-3-己烯醇，癸醛和β-紫羅蘭酮[9]。2005年，Hattori等人使用乙醚和鹽酸進行溶劑萃取日本綠茶中的香氣，OASIS鑒定方法鑒定出11種關鍵香氣化合物分別是：順-1，5-辛二烯-3-酮，四巰基-4-甲基-2-戊酮、3-甲基戊烷-2，4-二酮、香葉醇、葵醛、順-3-己烯醇、2-乙酰吡咯、2-乙基-3，5-二甲基吡嗪和2-乙酰-3，5-二甲基吡嗪、吲哚、β-紫羅蘭酮。并且第一次在茶葉中檢測到活性香氣化合物2-乙酰-3，5-二甲基吡嗪的存在[33]。

2.4 烏龍茶的活性香氣化合物

游銅錫等使用減壓蒸餾-溶劑萃取以青心烏龍、金萱、翠玉及四季春四個品種的鮮葉為原料制成包種茶的香氣，AEDA方法對包種茶的關鍵香氣化合物進行鑒定。檢測出青心烏龍所制的包種茶的關鍵香氣化合物為β-羅勒烯、反式香葉醇和1H-吲哚；金萱所制的茶則為具有牛奶味的乙基十一酸酯、丁酰乳酸丁酯；翠玉所制的茶則為環(huán)氧芳樟醇、脫氫芳樟醇、反式香葉醇、β-法尼烯等；四季春則為癸酸、6-甲基-5-庚烯-2-酮、二氫海葵內(nèi)酯等[34]。

2.5 茉莉花茶的活性香氣化合物

Ito等采用柱吸附-溶劑洗脫法提取茉莉花茶中的揮發(fā)性香氣化合物，從中檢測到66個化合物，通過AEDA分析認為有34個活性化合物，鑒定出其中的24個香氣化合物，分別是1-戊烯-3-醇、1-戊醇、（Z）-3-己烯醇、γ-己內(nèi)酯、（E）-2-己烯基己酸、乙酸芐酯、芳樟醇氧化物（順式，吡喃）、水楊酸甲酯、2-羥基-3-甲基-2-環(huán)戊烯-1-酮、苯甲醇、2-苯乙醇、2，6-二甲基-3，7-辛二烯-2，6-二醇、2-羥基-3-甲基-4H-吡喃-4-酮、2-乙酰吡咯、4-壬內(nèi)酯、4-羥基-2，5-二甲基-3（2H）-呋喃（呋喃酮）、鄰氨基苯甲酸甲酯、茉莉內(nèi)酯、吲哚[35]。從中可以看出茉莉花茶的活性香氣化合物有很多是茉莉花精油的主要成分，例如吲哚和乙酸芐酯。

3 結論與展望

GC-O已經(jīng)成為食品香氣研究的重要技術，已廣泛應用于酒類、肉制品、飲料、水果等食品香氣的研究中[12]，對這些技術的完善和新技術的開發(fā)也在持續(xù)研究中，例如現(xiàn)在GC-O已增加了對香氣成分的收集裝置。GC-O對活性氣化合物研究具有其他儀器無法比擬的優(yōu)越性，同時結合收集裝置對活性香氣成分進行收集，可對各香氣成分進行良好的定性和定量。因此其在氣味活性分析中必將發(fā)揮更大的作用，應用范圍也更加廣泛。但同時GC-O檢測技術及其應用雖然取得了不少進展，但感官審評量化結果的重復性、穩(wěn)定性和靈敏性仍有不少工作值得進一步研究。

對于采用GC-O技術鑒別的食品關鍵香氣化合物，還可以采用進一步的方法進行確認：a.對鑒別出的化合物在食品中的含量采用穩(wěn)定性同位素稀釋分析技術進行定量測定，計算各化合物的香氣指數(shù)以進一步確認；b.采用刪除技術，即將鑒別的化合物按照其在食品中的含量比例進行重組，然后分別刪除其中的化合物，評價重組的香氣化合物與食品香氣的差異，以進一步確認這些化合物對食品香氣作用和不可替代性。食品活性香氣化合物的研究成果可以應用于產(chǎn)品的質量控制、工藝優(yōu)化等方面。

茶葉的感官香氣品質也是影響其消費者接受性的關鍵因子。目前對茶葉活性香氣化合物的研究主要集中于綠茶、紅茶等，對于其他茶類及產(chǎn)品的研究還很少。另一方面，同類茶葉不同產(chǎn)地、不同加工技術的茶葉香氣品質不同，活性香氣化合物構成也不同。

對茶葉活性香氣化合物的研究，將有助于對茶樹品種鮮葉原料中這些活性化合物前體的研究和鑒別指標的建立；對加工工藝及其參數(shù)的優(yōu)化以及產(chǎn)品質量控制等都有重要的意義。

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Research progress in Gas chromatography-olfactometry（GC-O）technology and its applied in detection of the tea odour-active compounds

SUN Lin，LI Rui-li，ZHOU Xue-fang，TONG Hua-rong*
（College of Food Science，Southwest University，Chongqing 400716，China）

TS272

A

1002-0306（2012）16-0396-05

2012－02－01 *通訊聯(lián)系人

孫琳（1987-），女，碩士研究生，研究方向：茶葉化學工程。