茶葉香氣成分及檢測技術(shù)研究進(jìn)展

施莉婷,江和源,張建勇,王偉偉,蘇 威

(1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所,農(nóng)業(yè)部茶樹生物學(xué) 與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,浙江省茶葉加工工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,浙江杭州 310008;2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究生院,北京 100081)

中國茶葉種類繁多,風(fēng)味品質(zhì)各具特色。茶葉品質(zhì)主要由五個方面決定:外形、香氣、滋味、湯色、葉底[1]。其中,香氣物質(zhì)在茶葉中的含量只占干物質(zhì)的0.02%[2],卻是茶葉品質(zhì)評定的重要因子。而不同的茶類,其香氣組成以及種類也有所不同,烏龍茶的香型種類較其它茶類更為豐富,綠茶中香氣組成與鮮葉原料較為相似,白茶與紅茶的香氣組分在種類和數(shù)量上具有一定相似性[3]。隨著對茶葉香氣研究的逐步深入,其香氣類型及香氣化合物也逐漸明確。由于茶葉中香氣化合物含量少、物質(zhì)復(fù)雜、易揮發(fā),茶葉香氣成分的解析及其檢測仍然是茶葉品質(zhì)化學(xué)研究領(lǐng)域的一個熱點(diǎn)。本文著重對近些年不同茶類香氣成分及檢測技術(shù)進(jìn)行了綜述,以期為茶葉香氣研究提供借鑒。

1 茶葉中發(fā)現(xiàn)的香氣成分

目前為止,已有700多種茶葉芳香物質(zhì)被發(fā)現(xiàn)[4],主要物質(zhì)分為萜烯類衍生物、酯類衍生物、芳香族衍生物和含氮、氧、硫等雜環(huán)類化合物[5]。而不同類別的茶葉香氣類型也有所不同,主要是因?yàn)橄銡饨M分及其所占比例的差異,從而形成了特定的茶葉香型。

1.1 綠茶香氣成分

綠茶的感官香氣類型主要為嫩香、嫩栗香、栗香和清香等。其香氣主要組分為[6]:青葉醇、青葉醛、紫羅酮、順茉莉酮、橙花叔醇、芳樟醇、香葉醇、苯乙醛、吡嗪、吡啶、呋喃類衍生物等化合物。

綠茶中,香氣成分以醇類和酯類為主,但不同品牌茶葉的香氣類型有所不同,所對應(yīng)的香氣組分也存在一定的差異。龍麗梅等[7]對3種名優(yōu)綠茶特征香氣成分研究發(fā)現(xiàn),西湖龍井中醇類和酯類化合物最多,而黃山毛峰和信陽毛尖中醇類化合物最多,香葉醇、芳樟醇、香榧醇以及反-橙花叔醇是這3種綠茶共有的醇類化合物。朱蔭等[8]從西湖龍井茶樣品中檢測出522 種共性香氣成分,數(shù)量最多的為芳香烴,其次為烷烴、烯、酯、酮,分析表明,醇類、酯類等化合物是其優(yōu)異香氣品質(zhì)的物質(zhì)基礎(chǔ)。房澤海等[9]在5種山東綠茶中共發(fā)現(xiàn)52種主要的揮發(fā)性化合物,其中醇類和酯類所占數(shù)目最多,共17種。

當(dāng)β-紫羅酮、橙花叔醇等化合物含量高,3,7,11-三甲基-1-十二醇的含量低時,其香氣成分特征表現(xiàn)為栗香型[10];順-3-己烯醇、己酸-順-3-己烯酯的百分含量高時,表現(xiàn)為清香型[11];隨著綠茶儲存時間增加,2-丁基-2-辛烯醛的含量也有所增加,果香增加[12]。如龍井茶清香突出,是由于其香氣成分中包含倍半萜;黃山毛峰的玫瑰花香顯著是因?yàn)槠浣M分富含香葉醇、苯乙醇及α-紫羅酮和順-茉莉酮;碧螺春中低沸點(diǎn)的烯醇類含量高,使其具有清香甘甜的香氣。此外,Ryoko等[13]分析綠茶香氣后發(fā)現(xiàn)七種物質(zhì)對其香氣品質(zhì)至關(guān)重要,分別為4-羥基-2,5-二甲基-3(2H)-呋喃酮、3-羥基-4,5-二甲基-2(5H)-呋喃酮、香豆素、香草醛、香葉醇、(E)-異月桂醇以及2-甲氧基苯酚。

1.2 紅茶香氣成分

紅茶香氣主要為嫩香、甜香和花香等。紅茶加工過程中,兒茶素類氧化形成的產(chǎn)物繼續(xù)氧化氨基酸、不飽和脂肪酸以及類胡蘿卜素,形成的醛、酮、酸類化合物為紅茶的主要香氣成分[14],主要包括:香葉醇、香葉酸、芳樟醇及其氧化物、順-2-己烯醛、茉莉酮甲酯、苯甲醇、2-苯乙醇、水楊酸甲酯等[15-16]。任洪濤等[17]分析發(fā)現(xiàn)云南紅茶香氣化合物中醇類物質(zhì)的含量最高,酮類、酯類、酸類以及烴類化合物的含量相對較少。徐元俊等[18]研究表明滇紅和英紅香氣中芳樟醇含量顯著高于香葉醇,祁紅和宜紅中香葉醇含量顯著高于芳樟醇。王秋霜等[19]也發(fā)現(xiàn)英紅中芳樟醇含量很高。相對于大葉種紅茶,小葉種紅茶中橙花醇含量與芳樟醇及其氧化物含量的比值較高[20-21]。但大部分的紅茶中,醇類一直作為主要香氣化合物種類存在。

不同紅茶樣品的香氣表現(xiàn)具有特異性,其對應(yīng)的賦香物質(zhì)也有所不同,例如,祁門紅茶的代表性香型為“祁門香”,其特征性香氣物質(zhì)為香葉醇、芳樟醇及其氧化物、苯甲醇和苯乙醇[22];有推測表明川紅產(chǎn)生桔香的主要化合物是3,7-二甲基-1,5,7-辛三烯-3-醇[23];在正山小種紅茶中,長葉烯和α-松油醇是其最豐富的香氣成分,長葉烯、長葉環(huán)烯、愈創(chuàng)木酚等為此類紅茶獨(dú)特的成分[24]。

1.3 烏龍茶香氣成分

烏龍茶香氣主要為花果香,其香氣主要組分為:苯甲醇、橙花叔醇、順-3-己烯酯、鄰苯二甲酸、二丁酯等[25]。烏龍茶香氣類型豐富多變,不同產(chǎn)區(qū)、不同類型烏龍茶間香氣成分組成及含量存在一定的差異。嵇偉彬等[26]通過研究不同產(chǎn)區(qū)烏龍茶香氣成分發(fā)現(xiàn)臺灣高山烏龍茶香氣清雅帶花香,主要成分是反-橙花叔醇和α-法尼烯;廣東烏葉單樅香型豐富,主要香氣成分是反-橙花叔醇和吲哚;閩南清香型鐵觀音香氣清幽顯花香,主要賦香物質(zhì)有反-橙花叔醇、吲哚和α-法尼烯;閩北水仙有焙火香并帶有花香,反-橙花叔醇、芳樟醇及其氧化產(chǎn)物和紫羅酮類物質(zhì)是主要香氣成分。陳泉賓等[25]對清香型烏龍茶、閩南烏龍茶和閩北烏龍茶香氣研究發(fā)現(xiàn),3種烏龍茶中,橙花叔醇在香氣成分中所占比例最高,為香氣中最主要的物質(zhì),其中,閩南烏龍茶香氣化合物數(shù)量最多,閩北烏龍茶酯類化合物含量最高。以上研究可以發(fā)現(xiàn)橙花叔醇以及反-橙花叔醇均是烏龍茶中主要且重要的香氣成分。但烏龍茶的不同香型的主要特征香氣成分及含量有所不同,例如,肉桂香的主要香氣成分為橙花叔醇、吲哚、植醇、芳樟醇及其氧化物;玉蘭香主要的香氣成分為法尼醇、植醇、吲哚;清香型烏龍中則是以橙花叔醇、芳樟醇為主導(dǎo)芳香物質(zhì)[27]。

1.4 黑茶香氣成分

相對于其它茶類,黑茶中香氣的類型相對較少,主要為陳香、菌花香等。其主要香氣組分為[28-29]:1,2,3-三甲氧基苯、3,4-二甲氧基苯、4-乙基-1,2-二甲氧基苯、β-芳樟醇、壬醛、水楊酸甲酯以及2,6-二叔丁基對甲苯等。袁思思等[30]通過分析茯磚茶、青磚茶、黑磚茶中香氣成分發(fā)現(xiàn),茯磚茶中香氣成分最為豐富,主要為碳?xì)浠衔?、醇類和酯類物質(zhì);黑磚茶中香氣成分的種類最少,香氣成分是碳?xì)浠衔?青磚茶香氣成分種類居中,主要香氣成分為醇類物質(zhì)。這可能是因?yàn)檐虼u茶中冠突散囊菌的作用,使其內(nèi)部產(chǎn)生了更多的香氣物質(zhì),從而豐富了其香氣成分的類型。彭雪萍等[31]比較了冰島普洱生茶、靜真普洱茯茶、湖南茯茶、陜西茯茶中的香氣物質(zhì),冰島普洱生茶中香氣成分以及香氣總量均最高,湖南茯茶最低。其原因可能是普洱生茶尚未完成充分的后發(fā)酵程序,部分程度上仍保留有綠茶的本質(zhì),所以其內(nèi)部的一些香氣物質(zhì)與綠茶較為相似[32],主要的香氣成分為醇類、酮類和碳?xì)浠衔颷33]。普洱生茶中己醛、青葉醛、苯甲醛、苯乙醛、芳樟醇、橙花醇、香葉醇等的含量均較高[34],這與綠茶中成分較為相似。

不同種類的黑茶其香氣表現(xiàn)有所差異,賦香物質(zhì)也有所不同。具有陳香的普洱茶,其β-芳樟醇、癸醛、壬醛、水楊酸甲酯、3,4-二甲氧基甲苯等成分的含量要明顯高于其他普洱茶類[29];對青磚茶中的陳香、木香和菌香貢獻(xiàn)率較大的代表性成分有β-環(huán)檸檬醛、β-紫羅酮、β-二氫紫羅酮、己醛、(E)-2-戊烯醛、(E)-2-己烯醛、庚醛、壬醛、癸醛、萘、1-甲基萘、檸檬烯和6-甲基-5-庚烯-2-酮等[35];菌香是茯磚茶的主要香氣,其主要賦香物質(zhì)可能為醇類、酮類、醛類、雜氧化合物等物質(zhì)[36]。

1.5 其它茶類的香氣成分

除了四大茶類的香氣成分分析之外,研究者們對其它茶類香氣成分也進(jìn)行了一定的研究。白茶典型的香氣特征為毫香,其特征成分為香葉醇、芳樟醇、苯甲醛、苯乙醛、苯甲醇、苯乙醇、己醛、(E)-2-己烯醛、(Z)-3-己烯醇和1-戊烯-3-醇等[37]。丁玎等[38]研究了不同等級和貯藏年份的白茶香氣成分,從4個等級白茶中鑒定出了14種醇類和8種醛類等51種香氣成分,從5個年份白茶中發(fā)現(xiàn)12種醇類,9種醛類以及16種碳水化合物等56種香氣成分。黃茶中香氣化合物種類最多的為醛、烴、酮以及醇類,這四類化合物相對含量高。孟愛麗等[39]對蒙頂黃芽分析發(fā)現(xiàn),其香氣特征為甜香和清香,香氣成分中醇類物質(zhì)含量高于其它茶類,酯類及酸類物質(zhì)含量很低。窨制茶是將茶坯與鮮花拼合窨制而成,其主要香氣成分為芳樟醇、α-法呢烯、乙酸芐酯、順式-3-己烯醇苯甲酸和苯甲醇等[40]。在窨制后烘焙過程中茶葉香氣成分會發(fā)生一系列化學(xué)變化,部分芳樟醇會發(fā)生氧化反應(yīng),而萜烯類化合物則會出現(xiàn)異構(gòu)化[41]。

2 茶葉香氣成分的檢測技術(shù)

隨著科技的發(fā)展,茶葉香氣成分的檢測技術(shù)逐步被改進(jìn),檢測手段也日益增多。目前茶葉香氣成分主要通過氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)、氣相色譜-嗅覺測量技術(shù)、二維氣相色譜/飛行時間質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)以及電子鼻技術(shù)等進(jìn)行檢測。

2.1 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(GC-MS)

GC-MS是目前茶葉香氣分析中最常用的檢測技術(shù),多與固相微萃取聯(lián)用,從而對茶葉香氣進(jìn)行分析。王麗麗等[42]用頂空固相微萃取/GC-MS聯(lián)用法對不同茶樣所制綠茶和白茶香氣物質(zhì)進(jìn)行檢測,鑒定出11個共有香氣物質(zhì),80個差異香氣物質(zhì)。劉聰?shù)萚43]運(yùn)用分別在玫瑰香型和普通滇紅茶中鑒定出62種和58種香氣成分,并且確定了6種具有玫瑰香或類似玫瑰香的化合物:芳樟醇、苯乙醇、香葉醇、β-大馬烯酮、香葉基丙酮以及(E)-橙花叔醇。王秋霜等[44]采用該技術(shù)對斯里蘭卡紅茶進(jìn)行分析鑒定,共檢測出58 種香氣化合物,并確定斯里蘭卡紅茶的特征性香氣成分為水楊酸甲酯。呂世懂等[45]通過GC-MS技術(shù)在5 種烏龍茶中檢出127 種香氣成分,其中53 種為共有香氣成分。由于GC-MS技術(shù)具有分離效率高、鑒別能力強(qiáng)、易于定性等特點(diǎn),因此,在茶葉香氣分析上的應(yīng)用較為廣泛。

2.2 氣相色譜-嗅覺測量技術(shù)(GC-O)

GC-O技術(shù)最早于1964年由Fuller等提出,對鑒別特征香味物質(zhì)及其強(qiáng)度、作用大小均有比較良好的效果。目前,研究者們常將其與GC-MS技術(shù)結(jié)合使用。肖作兵等[46]利用GC-MS結(jié)合GC-O技術(shù)鑒定出龍井茶中75種特征香氣成分,并結(jié)合芳香萃取物稀釋分析(AEDA)技術(shù)分離得到49種活性香氣成分,確定了對龍井茶香氣貢獻(xiàn)較大的幾類物質(zhì),包括橙花叔醇、二氫獼猴桃內(nèi)酯等。舒暢等[47]通過GC-O技術(shù)分別在新、陳龍井茶中鑒定出23種和26種香氣活性物質(zhì),對二者香氣貢獻(xiàn)較大的成分有β-紫羅蘭酮、2-甲基丙醛、2-甲基丁醛、癸醛和己醛。Zhu等[48]利用該技術(shù)檢測發(fā)現(xiàn)2-甲基丙醛、3-甲基丁醛、2-甲基丁醛、橙花叔醇、(E)-2-庚烯醛、己醛、辛醛、吲哚和二甲硫醚等在凍頂烏龍、鐵觀音和大紅袍中氣味活性值較高。目前,GC-O技術(shù)對分析香氣貢獻(xiàn)率方面的作用明顯。

2.3 全二維氣相色譜/飛行時間質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(GC×GC-TOFMS)

GC-GC-TOFMS技術(shù)是一種靈敏度高、峰容量高且分辨率高的新型檢測技術(shù),近些年,在食品[49-50]、燃料[51-52]等領(lǐng)域的應(yīng)用表明,該技術(shù)擁有良好的分離效果。相對GC-MS技術(shù),GC×GC-TOFMS技術(shù)在分離上具備更大的優(yōu)勢。朱蔭等[8]運(yùn)用GC×GC-TOFMS技術(shù)在西湖龍井茶樣品中檢測出共性香氣成分522種。穆兵等[53]通過GC×GC-TOFMS鑒定出六堡茶中共有香氣成分307種,其中香氣成分主要有醛類、醚類、芳香烴化合物和有機(jī)酸類。Sonali等[54]采用該技術(shù)分析了綠茶、烏龍茶以及紅茶中揮發(fā)性成分的差異,初步確定了450種化合物,其中74種化合物為差異香氣物質(zhì)。GC×GC-TOFMS技術(shù)使可分析的茶葉香氣化合物數(shù)量提高了數(shù)倍,一定程度上彌補(bǔ)了一維氣相色譜分析上的不足,為茶葉香氣組分的進(jìn)一步研究奠定了先進(jìn)技術(shù)基礎(chǔ)。

2.4 電子鼻檢測技術(shù)

電子鼻技術(shù)是現(xiàn)今社會一種新興的智能仿生技術(shù),目前在食品質(zhì)量[55-57]以及安全檢測[58-59]等方面都有較為廣泛的應(yīng)用。很多研究者開始利用電子鼻技術(shù)對茶葉品質(zhì)進(jìn)行區(qū)分。陳婷等[60]發(fā)現(xiàn)利用電子鼻技術(shù)能夠較好地區(qū)分不同年份普洱熟茶中揮發(fā)物成分的差異。高林等[61]研究發(fā)現(xiàn)使用電子鼻技術(shù)能有效區(qū)分不同等級、儲藏年份的普洱茶,但對不同產(chǎn)地的普洱茶區(qū)分不夠明確。就目前的電子鼻技術(shù)而言,傳感器靈敏度不高、漂移影響大、重復(fù)性不理想等問題,是當(dāng)前該技術(shù)存在的缺陷,因此,后續(xù)研究尚須對電子鼻檢測技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)。

2.5 其它檢測技術(shù)

除以上幾種常用檢測技術(shù)外,仍有一些其它技術(shù)在研究中使用,如GC-FPD、GC-FID、GC-ECD以及GC-GC/MS等。相對而言,這幾種檢測技術(shù)在茶葉香氣檢測中使用較少,但對于茶葉中特殊香氣組分的鑒定,如硫類化合物等,較為適用。Zhu等[48]利用GC-FPD技術(shù)在凍頂烏龍、鐵觀音和大紅袍中分別檢測出六種、七種和五種硫化合物。Robin等[62]用GC-FID及GC-MS在脫咖啡因黑茶中檢測出11種香氣化合物,香氣活性值范圍為8-512。Gu等[63]研究了使用GC-ECD測定葡萄糖結(jié)合香氣前體的可能性,發(fā)現(xiàn)該技術(shù)靈敏度高,適用于對新鮮茶葉中葡萄糖苷的測定。Amanda等[64]利用GC-GC/MS對云南地區(qū)東亞季候風(fēng)發(fā)生前后的茶樣分析,發(fā)現(xiàn)兩種茶中主要香氣成分是芳樟醇、香葉醇、萜品醇、脫氫芳樟醇和橙花醇。這些檢測方法雖然使用相對較少,但對部分香氣物質(zhì)的檢測存在一定的優(yōu)勢。

3 展望

茶葉香氣作為茶葉感官品質(zhì)表現(xiàn)的一個重要指標(biāo),其形成、提取以及檢測分析等都成為了茶葉品質(zhì)研究的熱點(diǎn)。隨著科研技術(shù)和設(shè)備的迅速發(fā)展,茶葉香氣的提取與檢測手段也逐步提高,但茶葉香氣物質(zhì)在茶葉樣品中表現(xiàn)為含量低、組分復(fù)雜且容易揮發(fā),因此在提取與檢測中仍存在一定的困難和不足之處,有待研究人員更深入的探討。

目前的研究主要集中于萜烯醇類、芳香醇、脂肪醇、酯類等香氣的方面,定性方面研究報道很多,但在定量方面,多集中于相對定量,無論是鮮葉還是成品茶,均缺乏絕對定量信息。此外,在茶葉加工過程中,這些香氣成分的變化也缺乏絕對定量信息。因此,這些香氣成分絕對定量方面的研究,會是未來香氣成分研究的一個重要部分。對于其他香氣類成分,如醛類、酮類、雜環(huán)類等成分,目前研究者們多采用Nist數(shù)據(jù)庫進(jìn)行定性,缺乏標(biāo)準(zhǔn)品定性定量的研究報道。

在不同香氣成分對不同茶類香氣的貢獻(xiàn)度方面,目前也鮮有研究。有些化合物可能在茶葉香氣中所占比例低,但對香氣的貢獻(xiàn)值卻不可忽視,如β-大馬烯酮等,對這些物質(zhì)的定性以及閾值方面仍需進(jìn)一步深入研究。此外,在香氣提取過程中,其組分及含量可能發(fā)生改變,不同的提取方法所得到的香氣組分含量、數(shù)量和類別等都可能存在差異,提取的香氣成分可能并不能完全反映茶葉本身的香氣組分等,故如何解決提取的茶葉香氣與茶葉本身香氣的差異也是未來研究的重點(diǎn)。