湖北綠茶香氣組分的主成分分析

摘要：采用頂空固相微萃取與氣質(zhì)聯(lián)用法（HS-SPME-GC-MS）測(cè)定了湖北省15只綠茶的香氣組分。通過(guò)主成分分析鑒定出湖北綠茶中主要特征香氣成分，分別是5，6-環(huán)氧-β-紫羅酮、α-蒎烯、α-古巴烯、β-愈創(chuàng)烯、β-紫羅酮、δ-杜松烯、丁酸-反-2-已烯酯、杜松烯、甲酸香葉酯、萘、十五烷、已酸-順-3-已烯酯、植醇、紫羅酮。以不同特征值的方差貢獻(xiàn)率βi（i=1，2，…，k）為加權(quán)系數(shù)，利用綜合評(píng)價(jià)函數(shù)F=β1F1+β2F2+…+βkFk計(jì)算各綠茶樣本得分，排序評(píng)價(jià)綠茶香氣質(zhì)量，評(píng)價(jià)結(jié)果與傳統(tǒng)感官審評(píng)結(jié)果具有較好的一致性。栗香型的茶樣綜合評(píng)價(jià)分值普遍較高，而清香型茶樣綜合評(píng)價(jià)分值普遍偏低。

關(guān)鍵詞：綠茶；香氣組分；主成分分析；湖北省

中圖分類(lèi)號(hào)：S571.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2013）23-5780-04

香氣是決定綠茶品質(zhì)的重要因子之一，也是消費(fèi)者選擇的重要依據(jù)。茶葉香氣是由含量低、種類(lèi)多，并按一定比例組成的多種化合物的復(fù)雜混合物。迄今為止，已鑒定出700多種茶葉香氣組分，在綠茶中有200余種[1]。香氣成分的復(fù)雜多樣、相互作用及對(duì)香型的影響給香氣研究帶來(lái)了困難，主成分分析是一種通過(guò)降維技術(shù)把多個(gè)變量化為少數(shù)幾個(gè)主成分（即綜合變量）的統(tǒng)計(jì)方法，已在蘋(píng)果酒的香氣質(zhì)量[2]、稻米的食味品質(zhì)[3]、芝麻油香氣質(zhì)量[4]、烤煙香氣品質(zhì)[5]等的評(píng)價(jià)中得以應(yīng)用。戴素賢等[6]、葉國(guó)注等[7]對(duì)茶葉香氣進(jìn)行主成分分析，認(rèn)為各香型茶樣均有其特征香氣成分。郭麗等[8]應(yīng)用主成分分析構(gòu)建的白茶香氣質(zhì)量評(píng)價(jià)模型能準(zhǔn)確判定白茶香氣質(zhì)量。試驗(yàn)在前期研究的基礎(chǔ)上，擬通過(guò)對(duì)茶樣香氣組分進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，分析影響綠茶香氣的主要香氣組分，應(yīng)用主成分分析初步建立綠茶香氣質(zhì)量評(píng)價(jià)模型，為綠茶香氣質(zhì)量評(píng)價(jià)方法和標(biāo)準(zhǔn)提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料

采集湖北省具代表性的名優(yōu)綠茶產(chǎn)品15只，樣品來(lái)源于A（S1～S3）、B（S4～S6）、C（S7～S8）、D（S9～S11）、E（S12）、F（S13）、G（S14）和H（S15）等8個(gè)市（州），均為春季單芽所制產(chǎn)品。

1.2 方法

1.2.1 感官審評(píng)方法 稱取茶樣3.00 g，用150 mL沸水沖泡。靜置5 min后，由3名具有評(píng)茶資格的工作人員進(jìn)行密碼審評(píng)，重點(diǎn)評(píng)定香氣，給出評(píng)分，以其均值來(lái)衡量綠茶的香氣質(zhì)量。

1.2.2 SPME萃取方法 稱取10.0 g磨碎茶樣置于250 mL具塞三角瓶中，依次加入1 mL 0.025 mg/kg癸酸乙酯（內(nèi)標(biāo)）和100 mL沸去離子水，將三角瓶置于磁力攪拌器上50 ℃恒溫10 min后，將SPME手持器插入三角瓶中，50 ℃頂空吸附70 min后GC-MS解析5 min。

1.2.3 GC-MS分析條件 GC-MS檢測(cè)條件：儀器為T(mén)RACE GC 2000聯(lián)TRACE DSQ；采用DB-5毛細(xì)管柱（30 m×0.25 mm ID×0.25 μm）；進(jìn)樣口溫度為230 ℃；載氣為高純氦氣；柱流速：1 mL/min，不分流；程序升溫：50 ℃保持 5 min，以 2 ℃/min升至180 ℃，保持1 min，再以10 ℃/min升至230 ℃，保持1 min。EI離子源，電離能70 eV；離子源溫度220 ℃；掃描模式：50～650 m/z全掃描。

1.2.4 香氣組分定性與定量 在隨機(jī)Xcalibur工作站NIST標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)上檢索匹配，并結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道、各香氣成分的相對(duì)保留時(shí)間等進(jìn)行定性；以內(nèi)標(biāo)峰面積為1，各待測(cè)物含量峰面積與之相比而相對(duì)定量。

1.2.5 數(shù)據(jù)分析 采用Excel和SPSS 16.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，由不同茶樣的香氣物質(zhì)含量構(gòu)成主成分分析的相關(guān)矩陣，根據(jù)主成分分析確定的不同主分量的線性組合與貢獻(xiàn)率之積和對(duì)樣本進(jìn)行排序，同時(shí)進(jìn)行香氣質(zhì)量評(píng)價(jià)[9]。

2 結(jié)果與分析

2.1 湖北綠茶香氣種類(lèi)及含量分析

15只茶樣共檢出86種香氣組分（表1）。對(duì)各類(lèi)香氣物質(zhì)的具體組分進(jìn)行統(tǒng)計(jì)鑒定，結(jié)果表明，香精油總量為2.413～21.551（表2）。從表1和表2可以看出，檢出的碳?xì)漕?lèi)物質(zhì)共33種，占各茶樣香氣總量的16.22%～73.43%，包括萘、1-甲基萘等8種芳香烴類(lèi)，α-蒎烯、α-古巴烯、β-愈創(chuàng)烯、δ-杜松烯、杜松烯、β-蓽澄茄油烯等19種烯類(lèi)，十三烷、十四烷、十五烷等6種烷烴類(lèi)；檢出的醇類(lèi)物質(zhì)包括芳樟醇、橙花醇、橙花叔醇、植醇、已酸-2-已烯醇等15種，占各茶樣香氣總量的2.79%～34.71%；酮類(lèi)物質(zhì)10種，主要有5，6-環(huán)氧-β-紫羅酮、β-紫羅酮、順-茉莉酮等，占各茶樣香氣總量的1.79%～27.72%；酯類(lèi)物質(zhì)11種，主要有已酸-順-3-已烯酯、甲酸香葉酯、十八酸甲酯等，占各茶樣香氣總量的2.10%～20.60%；此外，檢出的醛類(lèi)物質(zhì)主要包括藏紅花醛、檸檬醛等6種，酚類(lèi)物質(zhì)1種、酸類(lèi)物質(zhì)1種、雜氧化合物3種、含硫化合物2種、吡咯類(lèi)及其衍生物4種?？梢?jiàn)，湖北綠茶香氣組分中，碳?xì)漕?lèi)化合物種類(lèi)多、含量高，其次是醇類(lèi)、酮類(lèi)和酯類(lèi)，這與前期研究結(jié)果一致[10]。

2.2 湖北綠茶香氣組分的主成分分析

根據(jù)表2利用SPSS 16.0軟件進(jìn)行主成分分析，相關(guān)矩陣的特征值如表3所示，特征向量如表4所示。由表3可知，前4個(gè)主成分累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)85.446%，基本包含了原指標(biāo)所具有的信息。從表3和表4可知，第1主成分方差貢獻(xiàn)率最高，為40.599%，主要綜合了醇類(lèi)和酯類(lèi)含量信息，第2主成分主要綜合了碳?xì)漕?lèi)含量信息，第3主成分主要綜合了醛類(lèi)含量信息，第4主成分主要綜合了酮類(lèi)和雜氧化合物含量信息?？梢?jiàn)，綠茶香氣的主導(dǎo)物質(zhì)主要為醇類(lèi)和酯類(lèi)化合物，其次為碳?xì)漕?lèi)、醛類(lèi)、酮類(lèi)和雜氧化合物。

為進(jìn)一步確定綠茶香氣的主導(dǎo)物質(zhì)，以15只茶樣的86種香氣物質(zhì)含量構(gòu)成15×86的矩陣，采用SPSS 16.0軟件，按照剔除最小特征值的主成分中對(duì)應(yīng)的最大特征向量的變量原則[11]，一次剔除一個(gè)變量，然后利用剩余變量再進(jìn)行主成分分析，經(jīng)過(guò)有限次剔除后，保留了X25、X27、X31、X44、X46、X47、X57、X60、X67、X70、X77、X83、X84、X86等14個(gè)指標(biāo)，分別代表了5，6-環(huán)氧-β-紫羅酮、α-蒎烯、α-古巴烯、β-愈創(chuàng)烯、β-紫羅酮、δ-杜松烯、丁酸-反-2-已烯酯、杜松烯、甲酸香葉酯、萘、十五烷、已酸-順-3-已烯酯、植醇、紫羅酮，其中，碳?xì)漕?lèi)7種（含1種烷烴類(lèi)、1種芳香族類(lèi)和5種烯類(lèi)）、醇類(lèi)1種、酮類(lèi)3種、酯類(lèi)3種。再用這14個(gè)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，由表5可知，前5個(gè)主成分所構(gòu)成的信息量占總信息量的86.782%，基本保留了原來(lái)變量的信息。

前5個(gè)主成分累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為86.782%，基本代表了14個(gè)指標(biāo)含量信息，初步得出此14種香氣組分均為湖北綠茶的主要特征香氣物質(zhì)。

2.3 湖北15只綠茶香氣質(zhì)量評(píng)價(jià)

以不同特征值的方差貢獻(xiàn)率βi（i=1，2，…，k）為加權(quán)系數(shù)，利用綜合評(píng)價(jià)函數(shù)F=β1F1+β2F2+…+βkFk計(jì)算各樣本得分，然后對(duì)各茶樣的香氣質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。由表6可知，茶樣S11分值最高，香氣品質(zhì)最高，S15分值最低，香氣品質(zhì)最差，這與感官審評(píng)結(jié)果一致。除S2、S7號(hào)樣外，綜合評(píng)價(jià)分值靠前的茶樣感官評(píng)分較高，分值靠后的茶樣感官評(píng)分較低。綜合評(píng)價(jià)分值為正數(shù)的前3個(gè)茶樣香型均表現(xiàn)為栗香；綜合評(píng)價(jià)分值為負(fù)數(shù)的后12個(gè)茶樣香型表現(xiàn)為清香和清花香。

3 小結(jié)與討論

湖北綠茶香氣組分中碳?xì)漕?lèi)化合物種類(lèi)多、含量高，但影響綠茶香氣的主導(dǎo)物質(zhì)主要為醇類(lèi)和酯類(lèi)化合物，其次為碳?xì)漕?lèi)、醛類(lèi)、酮類(lèi)和雜氧化合物。湖北綠茶特征香氣物質(zhì)主要有5，6-環(huán)氧-β-紫羅酮、α-蒎烯、α-古巴烯、β-愈創(chuàng)烯、β-紫羅酮、δ-杜松烯、丁酸-反-2-已烯酯、杜松烯、甲酸香葉酯、萘、十五烷、已酸-順-3-已烯酯、植醇、紫羅酮，其中醇類(lèi)1種、碳?xì)漕?lèi)7種、酮類(lèi)3種、酯類(lèi)3種。

通過(guò)主成分分析，利用綜合評(píng)價(jià)函數(shù)對(duì)不同綠茶香氣進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果與傳統(tǒng)感官審評(píng)結(jié)果具有較好的一致性。由此可知，所構(gòu)建的香氣質(zhì)量評(píng)價(jià)模型是可行的。主成分分析法可以將復(fù)雜的信息簡(jiǎn)單化，通過(guò)分析建立相關(guān)的評(píng)價(jià)模型，為綠茶香氣質(zhì)量的評(píng)價(jià)探索了一種新的途徑。本研究中，栗香型的茶樣綜合評(píng)價(jià)分值普遍較高，而清香型和清花香型茶樣綜合評(píng)價(jià)分值普遍偏低，這與傳統(tǒng)感官審評(píng)結(jié)果不相符，制約著香氣評(píng)價(jià)模型的普適性，需深入研究，補(bǔ)充試驗(yàn)樣品，增加香氣評(píng)價(jià)模型的準(zhǔn)確性和實(shí)用性或在樣品較多時(shí)根據(jù)不同香型茶樣分別構(gòu)建香氣評(píng)價(jià)模型。

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