頂空固相微萃取-氣質(zhì)聯(lián)用結(jié)合主成分分析法對太平猴魁茶香氣成分的研究

楊 停,雷攀登,2,周漢琛,丁 勇,2,崔 朋,程滿環(huán),黃建琴,*

(1.安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所,安徽黃山 245000;2.黃山茶產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院,安徽黃山 245600;3.黃山學(xué)院,安徽黃山 245041)

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頂空固相微萃取-氣質(zhì)聯(lián)用結(jié)合主成分分析法對太平猴魁茶香氣成分的研究

楊 停1,雷攀登1,2,周漢琛1,丁 勇1,2,崔 朋3,程滿環(huán)3,黃建琴1,*

(1.安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所,安徽黃山 245000;2.黃山茶產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院,安徽黃山 245600;3.黃山學(xué)院,安徽黃山 245041)

香氣是影響茶葉品質(zhì)的重要因子之一,太平猴魁茶是歷史名茶,其獨(dú)特的香氣受到消費(fèi)者青睞。本研究利用頂空固相微萃取-氣質(zhì)聯(lián)用結(jié)合主成分分析法對太平猴魁茶的香氣成分進(jìn)行研究。結(jié)果表明:從太平猴魁茶樣品中共檢測到51種揮發(fā)性成分,3個(gè)不同地域的7個(gè)太平猴魁茶樣品香氣成分在組成及含量上存在一定的差異,但它們的主要香氣物質(zhì)是相似的,主要包括13種醇類物質(zhì)、8種烯類物質(zhì)、6種醛類、3種酮類物質(zhì)、7種酯類物質(zhì)、4種芳香烴類物質(zhì)和8種烷烴類物質(zhì);采用主成分分析法,鑒定出太平猴魁茶特征香氣成分主要有29種,包括7種醇類成分,8種烯類成分,3種醛類成分,5種烷烴類成分,2種酮類成分,3種酯類成分和1種芳香烴類成分。

太平猴魁茶,氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用,香氣成分,主成分分析

太平猴魁茶產(chǎn)于安徽省黃山市黃山區(qū)(原太平縣)三合村的猴坑、猴崗、顏家三個(gè)自然村落的鳳凰山、獅彤山、雞公山、雞公尖一帶,屬于綠茶尖茶類,根據(jù)《地理標(biāo)志產(chǎn)品——太平猴魁茶》國家標(biāo)準(zhǔn),太平猴魁茶具有“兩葉一芽、扁平挺直、魁偉重實(shí)、色澤蒼綠、蘭香高爽、滋味甘醇”的品質(zhì)特征[1]。太平猴魁茶獨(dú)特的香氣是消費(fèi)者青睞的重要因子之一,王卿等研究表明太平猴魁茶的香氣以醇類和酯類為主[2],雷攀登等應(yīng)用同時(shí)蒸餾萃取結(jié)合氣相色譜法對不同產(chǎn)地的太平猴魁茶品質(zhì)成分分析,認(rèn)為雪松醇、香榧醇、氧化芳樟醇、橙花叔醇、壬醛、庚醛、苯甲酸芳樟酯、新植二烯、β-紫羅酮、叔丁基對甲酚為太平猴魁茶的主要香氣成分[3]。

茶葉香氣種類眾多,前人的研究大多以某些成分相對含量的多少來界定該物質(zhì)對茶葉整體香氣的貢獻(xiàn),而茶葉香氣的實(shí)質(zhì)是不同芳香物質(zhì)以不同濃度組合對人類嗅覺神經(jīng)綜合作用的結(jié)果,芳香物質(zhì)的種類和含量多少影響茶葉香型[4]。在茶葉香氣特征的研究中,主成分分析被作為一種常用的分析方法,它可以將大量彼此可能存在相關(guān)關(guān)系的變量轉(zhuǎn)換成較少的彼此不相關(guān)的綜合指標(biāo)[5]。利用主成分分析法分析普洱生茶的主要香氣成分為芳樟醇及其氧化物、香葉醇、水楊酸甲酯、α-萜品醇等[6];此外對廣東羅坑紅茶、湖北伍家臺綠茶、板栗香型綠茶等茶葉香氣品質(zhì)的評價(jià)均用到了主成分分析法[7-9]。太平猴魁茶是歷史名茶,在國際上享有盛譽(yù),其獨(dú)特的香氣滋味深受消費(fèi)者喜愛,而對太平猴魁茶品質(zhì)化學(xué)的研究還比較少,尤其是在香氣方面。因此本研究利用頂空固相微萃取結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜法對太平猴魁茶的香氣成分進(jìn)行提取分析,并利用主成分分析法分析影響太平猴魁茶香氣成分的主要因子,旨在深入了解太平猴魁茶的香氣特征,為太平猴魁茶香氣評價(jià)方法提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

茶葉 在黃山市黃山區(qū)太平猴魁產(chǎn)地收集,共7個(gè)樣品,均來自于黃山市猴坑茶葉公司,具體樣品信息見表1,將樣品用粉碎機(jī)磨碎過篩,放-4 ℃冰箱備用;C10～C20正構(gòu)烷烴 百靈威科技有限公司;芳樟醇(濃度≥98%)標(biāo)準(zhǔn)品、香葉醇(濃度≥99%)標(biāo)準(zhǔn)品 上海阿拉丁試劑股份有限公司。

50/30μm CAR/DVB/PDMS萃取頭(二乙烯基苯/碳分子篩/聚二甲基硅氧烷)、萃取手柄 美國色譜科公司;Agilent 7890-5975氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀、DB-5MS石英毛細(xì)管柱(30 m×250 μm×0.25 μm) 美國安捷倫公司。

表1 茶葉樣品信息Table 1 Information of tea samples

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 茶葉香氣成分萃取 稱取3.0 g茶樣放于250 mL萃取瓶中,加入15 mL沸水,立即將瓶口密封,然后將萃取頭(50/30 μm CAR/DVB/PDMS)插入萃取瓶中,在60 ℃水浴溫度下萃取60 min,萃取結(jié)束后將萃取頭插入氣相色譜進(jìn)樣口解吸附3 min,每個(gè)樣品重復(fù)三次。

1.2.2 GC-MS分析條件 氣相色譜儀進(jìn)樣口溫度為250 ℃,不分流進(jìn)樣,載氣為高純氦氣,純度為99.99%;柱溫程序?yàn)?0 ℃保持2 min,隨后以5 ℃/min升到85 ℃,保持2 min;再以2 ℃/min升到110 ℃,再以7 ℃/min升到139 ℃,最后以5 ℃/min升到230 ℃,保持8 min,總的分析時(shí)間為56 min;質(zhì)譜接口溫度為250 ℃,EI源溫度為230 ℃,電子能量70 Ev,質(zhì)量掃描范圍:35～400 amu。

1.2.3 定性定量方法 茶葉香氣經(jīng)GC-MS分析,各組分質(zhì)譜數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)庫進(jìn)行檢索匹配,對基峰、質(zhì)核比和相對峰度等方面進(jìn)行分析,同時(shí)結(jié)合采用Kovats保留指數(shù)(Retention index,RI)公式計(jì)算各組分的RI值,通過與參考文獻(xiàn)數(shù)據(jù)比對進(jìn)行定性。采用面積歸一化法計(jì)算各香氣成分的相對百分含量,待測物質(zhì)的含量=待測物的峰面積/總峰面積。

2 結(jié)果與分析

2.1 太平猴魁茶香氣組成及含量分析

太平猴魁茶的香氣組成及含量如表2和圖1所示。從太平猴魁茶樣品中總共鑒定出51個(gè)揮發(fā)性成分,主要包括13種醇類物質(zhì)、8種烯類物質(zhì)、6種醛類、3種酮類物質(zhì)、7種酯類物質(zhì)、4種芳香烴類物質(zhì)、8種烷烴類物質(zhì)、1種醌類物質(zhì)和1種酚類物質(zhì)。7個(gè)太平猴魁茶樣品的香氣成分在組成及含量上存在一定的差異,但它們的主要香氣物質(zhì)是相似的。

圖1 太平猴魁茶樣品香氣成分種類及其相對含量Fig.1 Aroma components and relative content in Taiping Houkui tea samples

太平猴魁茶香氣成分中醇類物質(zhì)占據(jù)重要地位,相對含量介于36.18%～62.81%,主要包括芳樟醇(10.33%～34.19%)、香葉醇(相對含量介于9.06%～17.03%)、2-乙基-1-己醇(相對含量介于1.51%～3.74%)、脫氫芳樟醇(相對含量介于0.79%～3.66%)、順式芳樟醇氧化物(相對含量介于0.41%～3.90%)和反式芳樟醇氧化物(相對含量介于1.44%～2.34%)。

表2 GC-MS鑒定出的太平猴魁茶的香氣成分及相對含量Table 2 Aroma compounds and relative content in Taiping Houkui tea identified by GC-MS

注:ND表明未檢出。保留指數(shù)數(shù)據(jù)參考了文獻(xiàn)14和15。

從太平猴魁茶樣品的揮發(fā)性成分中鑒定出8種烯類物質(zhì),主要包括月桂烯(相對含量介于2.73%～6.63%)、α-雪松烯(相對含量介于1.44%～9.43%)、δ-杜松烯(相對含量介于0.31%～1.83%)。

從太平猴魁茶樣品中鑒定出的醛類物質(zhì)主要包括壬醛(相對含量介于5.01%～9.25%)和辛醛(相對含量介于0.73%～1.92%)。

太平猴魁茶樣品中酯類成分主要有順-己酸-3-己烯酯(相對含量介于0.82%～5.53%)和水楊酸甲酯(相對含量介于1.12%～3.53%)。

芳香烴類和烷烴類成分主要包括1-甲基萘(相對含量介于0.58%～1.77%)、2-甲基萘(相對含量介于0.45%～1.39%)、十四烷(相對含量介于1.70%～4.35%)、十五烷(相對含量介于1.15%～4.46%)和十六烷(相對含量介于1.23%～2.20%)。

7個(gè)太平猴魁茶樣中均檢測出較高含量的芳樟醇(木香和花香,香氣閾值為6 ng/g)[10]、香葉醇(玫瑰花香;閾值為3.2 ng/g)[10]、壬醛(柑橘香、花香,香氣閾值為1 ng/g)[11]、β-紫羅酮(紫羅蘭香,偏木香;閾值為0.007 mg/L)[12]、月桂烯(淡香脂味;香氣閾值為36 μg/L)[13]五種成分,這五種香氣成分均表現(xiàn)出花果香并且香氣閾值普遍偏低,對構(gòu)成太平猴魁茶獨(dú)特香氣風(fēng)格可能具有重要的作用。但影響茶葉香氣的因素很多,為了進(jìn)一步分析太平猴魁茶的主體香氣成分,本研究通過統(tǒng)計(jì)學(xué)分析加以判定和歸類。

2.2 太平猴魁茶香氣成分主成分分析

利用SPSS 19.0軟件對7個(gè)太平猴魁茶樣品香氣成分的相對含量進(jìn)行主成分分析,得到主成分的特征值和特征向量見表3。由表3可知,第1主成分的貢獻(xiàn)率為31.254%,第2主成分的貢獻(xiàn)率為22.982%,第3主成分的貢獻(xiàn)率為18.535%,第4主成分的貢獻(xiàn)率為 14.665%,4個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到87.436%,綜合了太平猴魁茶樣品香氣的大部分信息。

表3 4個(gè)主成分的特征值及其貢獻(xiàn)率Table 3 Eigenvalues,contribution and cumulative contribution of 4 principal components

表4所示為4種主成分的載荷矩陣。第一主成分反應(yīng)的指標(biāo)主要有檜烯、β-雪松烯、十七烷、法尼烷、庚醛、香葉醇、順-氧化芳樟醇、2-乙基-1-己醇、月桂烯、辛醛;第二主成分反應(yīng)的指標(biāo)主要有α-雪松烯、β-芳樟醇、δ-杜松烯、十五烷、β-紫羅酮、1-甲基萘、順-β-羅勒烯;第三主成分反應(yīng)的指標(biāo)主要有橙花醇、二甲基戊酸甲酯、α-蓽澄茄油烯、β-倍半水芹萜烯、水楊酸甲酯、反-氧化芳樟醇、2-甲基十五酸甲酯;第四主成分反應(yīng)的指標(biāo)主要有1-辛醇、苯甲醛、十二烷、十三烷、順-香葉基丙酮。鑒定出太平猴魁茶特征香氣成分主要有29種，包括7種醇類成分，8種烯類成分，3種醛類成分，5種烷烴類成分，2種酮類成分，3種酯類成分和1種芳香烴類成分。

圖2是7個(gè)太平猴魁茶樣品的第一主成分和第二主成分的散點(diǎn)圖,根據(jù)第一主成分和第二主成分散點(diǎn)圖可以將7個(gè)太平猴魁茶樣品分為三類,1號、3號、4號樣品為一類,2號樣品和5號樣品為一類,6號和7號樣品為一類。

圖2 7個(gè)不同產(chǎn)地的太平猴魁樣品在第一主成分和第二主成分的分布Fig.2 Scatter diagram of seven Taiping Houkui tea formed by the first and the second significant factors

圖3是51種香氣成分和7個(gè)太平猴魁茶樣品以PC1值為橫坐標(biāo),PC2值為縱坐標(biāo)作圖得來的,樣品和香氣成分距離越近表示關(guān)系越密切。由圖3可知,影響樣品1、樣品3和樣品4的香氣成分主要有:順-己酸-3-己烯酯、十四烷、香葉醇、十三烷、呋喃型氧化芳樟醇、水楊酸甲酯;影響樣品2和樣品5的香氣成分主要有:α-雪松烯、δ-杜松烯、十五烷、β-紫羅酮、1-甲基萘、萘;影響樣品6和樣品7的香氣成分主要有:β-芳樟醇、脫氫芳樟醇、癸醛、水楊酸甲酯、辛醛、十二烷、2-乙基-1-己醇、壬醛。

圖3 51種香氣成分的主成分散點(diǎn)圖Fig.3 PCA biplot for 51 identified aroma components

表4 主成分載荷矩陣Table 4 Principle component loading matrix

3 結(jié)論

香氣成分是茶葉中重要的風(fēng)味物質(zhì),受茶葉品種、產(chǎn)地等因素的影響。本研究應(yīng)用頂空固相微萃取-氣質(zhì)聯(lián)用儀測定7個(gè)太平猴魁茶樣品的揮發(fā)性香氣成分,并用主成分分析法研究它們的特征香氣成分。本研究中,來自不同產(chǎn)地的太平猴魁茶樣品中香氣成分種類相似,但含量上有所差別。從太平猴魁茶樣品中總共鑒定出51種揮發(fā)性成分,主要包括13種醇類物質(zhì)、8種烯類物質(zhì)、6種醛類、3種酮類物質(zhì)、7種酯類物質(zhì)、4種芳香烴類物質(zhì)、8種烷烴類物質(zhì)、1種醌類物質(zhì)和1種酚類物質(zhì)。用主成分分析法對太平猴魁茶樣品進(jìn)行分析,提取出四個(gè)主成分,累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到87.436%,綜合了太平猴魁茶樣品香氣的大部分信息。7個(gè)太平猴魁茶樣品的第一主成分反應(yīng)的指標(biāo)主要有檜烯、β-雪松烯、十七烷、法尼烷、庚醛、香葉醇、順-氧化芳樟醇、2-乙基-1-己醇、月桂烯、辛醛;第二主成分反應(yīng)的指標(biāo)主要有α-雪松烯、β-芳樟醇、δ-杜松烯、十五烷、β-紫羅酮、1-甲基萘、順-β-羅勒烯;第三主成分反應(yīng)的指標(biāo)主要有橙花醇、二甲基戊酸甲酯、α-蓽澄茄油烯、β-倍半水芹萜烯、水楊酸甲酯、反-氧化芳樟醇、2-甲基十五酸甲酯;第四主成分反應(yīng)的指標(biāo)主要有1-辛醇、苯甲醛、十二烷、十三烷、順-香葉基丙酮。

[1]中華人民共和國質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫局,中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會. GB/T 19698-2008 地理標(biāo)志產(chǎn)品 太平猴魁茶[S]. 北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2009.

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Studies on aroma components in Taiping Houkui tea by HS-SPME-GC-MS coupled with principal component analysis

YANG Ting1,LEI Pan-deng1,2,ZHOU Han-chen1,DING Yong1,2,CUI Peng3,CHENG Man-huan3,HUANG Jian-qin1,*

(1.Tea Research Institute,Anhui Academy of Agricultural Sciences,Huangshan 245000,China;2.Huangshan Research Institute of Tea Industry Technology,Huangshan 245600,China;3.Huangshan University,Huangshan 245041,China)

Aroma is a major factor influence tea quality.Taiping Houkui tea is famous world-wide which rest on its unique flavor. Aroma components of Taiping Houkui tea were analyzed using solid phase micro-extraction followed by gas chromatography-mass spectrometry combined with principal component analysis. Results showed that a total of 51 compounds were identified from the tea samples major including 13 kinds of alcohols,6 kinds of aldehydes,8 kinds of alkene,3 kinds of ketones,7 kinds of esters,4 kinds of aromatic hydrocarbons and 8 kinds of alkanes. The varieties of the aromatic constituents behaved similarly in seven commercial Taiping Houkui tea samples,but the contents behaved differently in different regions. Principle component analysis showed that 7 kinds of alcohols,8 kinds of alkene,3 kinds of aldehydes,5 kinds of alkanes,2 kinds of ketones,3 kinds of esters and one kind of aromatic hydrocarbons made a major contribution to Taiping Houkui tea.

Taiping Houkui tea;gas chromatography-mass spectrometer;aroma component;principal component analysis

2016-11-04

楊停(1989-)，女，碩士，研究實(shí)習(xí)員，研究方向：茶葉加工與品質(zhì)化學(xué)，E-mail:yt08116040@163.com。

*通訊作者:黃建琴(1964-)，女，碩士，研究員，研究方向：茶葉加工與品質(zhì)化學(xué)，E-mail:ahnytea@163.com。

國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)(CARS-23)；安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院名優(yōu)茶現(xiàn)代化加工關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)(12C0803)；安徽省科技攻關(guān)計(jì)劃(1501031100)。

TS272.7

A

1002-0306(2017)10-0049-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.10.001