正山小種揮發(fā)性香氣組成及其在多次沸水浸提下的釋放規(guī)律研究

何理琴,王彩楠,倪 莉,陳福城,張 晨,張 雯,劉志彬

(福州大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)研究所,福建省食品生物技術(shù)創(chuàng)新工程技術(shù)研究中心,福建 福州 350116)

0 引言

正山小種盛產(chǎn)于福建武夷山地區(qū),它以茶葉的嫩葉或芽尖為原料,經(jīng)充分發(fā)酵后再由松木熏制而成,是一種典型的紅茶類別. 它具有香氣濃郁、滋味豐富、耐泡度高的特點,在多次沖泡后依然保持較為強(qiáng)烈的香氣.

茶葉的香氣特征與其揮發(fā)性成分的組成有直接關(guān)系. 目前,已有大量的研究報道紅茶的揮發(fā)性香氣成分,其組成主要包括醇類、醛類、酸類、酯類、酮類、內(nèi)酯、萜烯等[1]. 紅茶種類較多,各類紅茶的揮發(fā)性香氣組分有一定差異,據(jù)Yao等[2]的研究表明,愈創(chuàng)木酚、4-甲基愈創(chuàng)木酚、4-乙基愈創(chuàng)木酚等為正山小種的特征性香氣成分. 此外,茶葉的香氣特征還與揮發(fā)性成分的釋放情況有關(guān). 在傳統(tǒng)沖泡過程中,揮發(fā)性香氣成分的釋放通常與浸提時間、水溫以及浸提次數(shù)等因素有關(guān). 王華夫[3]探究了沖泡次數(shù)對祁門紅茶和烏龍茶香氣組成與香氣成分總量的影響,結(jié)果表明在連續(xù)3次,每次5 min沸水浸提下紅茶的香氣成分所剩無幾. 但對于正山小種的揮發(fā)性香氣成分在多次沸水浸提下的釋放規(guī)律,目前還鮮有報道.

基于此,本研究以正山小種為原料,經(jīng)過連續(xù)12次沸水浸提分別獲得其茶湯,然后采用頂空固相微萃取(HS-SPME)結(jié)合氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)技術(shù)分析正山小種的揮發(fā)性香氣組成,及其在連續(xù)12次沸水浸提下香氣成分的釋放規(guī)律. 為了便于進(jìn)行連續(xù)性比較,研究僅選取1種典型煙正山小種為代表進(jìn)行分析.

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

正山小種,福建武夷山國家級自然保護(hù)區(qū)正山茶業(yè)有限公司提供.

正構(gòu)烷烴C7～C40購自美國o2si smart solutions公司； 氯化鈉(分析純)購自國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司； 2-辛醇(純度： 98.0%)購自德國Dr Ehrensorfer公司.

1.2 儀器與設(shè)備

DF-1集熱式磁力攪拌器,金壇市鑫諾實驗儀器廠； SPME固相微萃取手柄,美國Supelco公司； 7890B 氣相色譜 和5977A 質(zhì)譜,美國安捷倫科技有限公司； BL150 電子天平,德國賽多利斯公司； 50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭,美國Supelco公司.

1.3 試驗方法

1.3.1 茶湯的制備

稱取5 g正山小種茶葉,浸沒于100 mL沸水(95 ℃)1 min,然后用兩層紗布過濾得到茶湯,記為NO01； 取過濾后的茶葉,重新浸沒于100 mL沸水(95 ℃)1 min,然后用兩層紗布再次過濾,得到茶湯,記為NO02； 依次共重復(fù)12次,獲得標(biāo)記為NO01～NO12的12份茶湯樣品.

1.3.2 茶香氣的萃取[4]

量取5.9 mL茶湯于15 mL樣品瓶中,加入2 g NaCl和100 μL 2-辛醇(內(nèi)標(biāo)體積分?jǐn)?shù)： 0.062 5 mL·L-1),并將萃取頭插入到樣品瓶的頂空部分,立即置于50 ℃水浴中平衡10 min,之后推出纖維頭進(jìn)行頂空吸附,萃取時間為40 min. 萃取結(jié)束后,立即將萃取頭插入GC-MS進(jìn)樣口,同時開始運行程序,解析時間為5 min. 萃取頭在萃取前事先插入GC-MS進(jìn)樣口,在250 ℃下老化30 min.

1.3.3 氣相色譜-質(zhì)譜條件[5]

色譜條件： 色譜柱 HP-5MS毛細(xì)管柱( 30 m×0.25 μm×0.25 mm )； 升溫程序為起始溫度50 ℃,保持6 min,以2 ℃·min-1升溫至90 ℃,再以3 ℃·min-1升溫至180 ℃； 進(jìn)樣口溫度250 ℃； 分流進(jìn)樣,分流比20∶1(流量比)； 溶劑延遲時間3 min； 載氣He(純度： 99.999%).

質(zhì)譜條件： 離子源溫度230 ℃； 四級桿溫度150 ℃； 掃描模式為全掃描； 質(zhì)量掃描范圍m/z為30～550.

1.3.4 物質(zhì)鑒定

揮發(fā)性物質(zhì)的鑒定結(jié)果以NIST11譜庫檢索、保留指數(shù)共同鑒定. 保留指數(shù)RI[5]根據(jù)以下公式計算得到.

式中：tx為目標(biāo)化合物的保留時間；n和n+1分別為目標(biāo)物流出前后正構(gòu)烷烴的碳原子數(shù)；tn和tn+1為相應(yīng)正構(gòu)烷烴的保留時間,其中,tn

1.3.5 統(tǒng)計學(xué)分析

將12個樣品的揮發(fā)性香氣成分鑒定結(jié)果及其相對體積分?jǐn)?shù)整理成一個數(shù)組矩陣,導(dǎo)入R語言(Version 3.3.2)進(jìn)行主成分分析(PCA),以判斷揮發(fā)性香氣成分的聚類特征.

2 結(jié)果與討論

2.1 精密度驗證

對連續(xù)12次沸水浸提獲得的正山小種茶湯, 在同一萃取條件下進(jìn)行GC-MS分析. 對體積分?jǐn)?shù)最高的前3種揮發(fā)性成分以及2-辛醇(內(nèi)標(biāo))的保留時間進(jìn)行分析,驗證該方法的精密度,結(jié)果如表1所示. 由表1數(shù)據(jù)得4種揮發(fā)性成分保留時間的變異系數(shù)CV值分別為0.035%、0.017%、0.007%、0.046%,說明該方法有較高的精密度.

表1 揮發(fā)性成分保留時間的重復(fù)性

注： “-”表示未檢出

2.2 正山小種揮發(fā)性香氣成分的鑒定

圖1 多次沸水浸提下正山小種揮發(fā)性成分的PCA分析Fig.1 PCA analysis of the volatile compounds of Lapsang Souchong under multiple times of boiling water infusing

采用HS-SPME/GC-MS對連續(xù)12次沸水浸提獲得的正山小種茶湯的揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行分析,共檢出100種揮發(fā)性成分,結(jié)合NIST11譜庫、保留指數(shù)對各成分進(jìn)行物質(zhì)鑒定,其化學(xué)名稱、保留時間、保留指數(shù)和體積分?jǐn)?shù)詳見附錄. 其中,酚類物質(zhì)有27種(占總揮發(fā)性香氣成分的36.514% )、醇類13種(占30.319%)、醛類20種(占17.351%)、酮類16種、烴類9種、呋喃類5種、酯類和內(nèi)酯3種,含氮化合物3種、其他類別4種. 在所有揮發(fā)性香氣成分中,體積分?jǐn)?shù)最高的是香葉醇(占總揮發(fā)性香氣成分的19.380%),其次為4-甲基愈創(chuàng)木酚(占6.672%),之后分別為4-乙基愈創(chuàng)木酚(占5.984%)、反式-2-己烯醛(占4.151%)、4-甲基苯酚(占3.573%)、苯甲醛(占2.705%)、正己醛(占2.690%).

2.3 PCA分析正山小種多次沸水浸提下的揮發(fā)性香氣成分特征

基于GC-MS分析結(jié)果,對連續(xù)12次沸水浸提獲得的正山小種茶湯的揮發(fā)性成分進(jìn)行PCA分析,結(jié)果見圖1. 其中第1主成分和第2主成分的貢獻(xiàn)率分別為53.76%和16.98%,累積貢獻(xiàn)率達(dá)到70.74%,因此用前2個主成分可基本解釋正山小種紅茶多次沸水浸提過程揮發(fā)性成分的總變異度. 由PCA圖可知,12份正山小種茶湯樣品被清晰地分成3組,這表明隨著浸提次數(shù)的增加,正山小種揮發(fā)性香氣成分的組成和體積分?jǐn)?shù)發(fā)生顯著變化,并具有一定的分布規(guī)律. 據(jù)此,將12份樣品歸為3類,分別標(biāo)記為Group_1(NO01～NO03)、Group_2(NO04～NO07)、Group_3(NO08～NO12). Group_1分布于載荷圖(PCA圖)的左側(cè),Group-2位于PCA圖中的下方,而Group-3位于PCA圖的右側(cè)偏上.

2.4 正山小種揮發(fā)性香氣成分的釋放規(guī)律

圖2 多次沸水浸提下正山小種揮發(fā)性成分的數(shù)量及總體積分?jǐn)?shù)Fig.2 Numbers and the total volume fraction of volatile compounds of Lapsang Souchong under multiple times of boiling water infusing

正山小種在連續(xù)12次沸水浸提下?lián)]發(fā)性香氣成分的數(shù)量和總體積分?jǐn)?shù)變化過程見圖2. 其中前3次浸提液的揮發(fā)性香氣成分的數(shù)量較多,為80～84種,總體積分?jǐn)?shù)也較高,為13.153～16.039 μL·L-1； 經(jīng)4～7次浸提后,茶湯的揮發(fā)性香氣成分?jǐn)?shù)量降為40～60種,總體積分?jǐn)?shù)為2.789～7.074 μL·L-1； 而第8～12次浸提后,茶湯的揮發(fā)性香氣成分?jǐn)?shù)量僅為13～27種,總體積分?jǐn)?shù)也降至0.452～1.474 μL·L-1. 12次連續(xù)沸水浸提茶湯獲得的揮發(fā)性香氣成分?jǐn)?shù)量和總體積分?jǐn)?shù)的變化規(guī)律與PCA結(jié)果一致.

在正山小種茶湯中有較為豐富的揮發(fā)性酚類物質(zhì),其中體積分?jǐn)?shù)最高的成分為： 4-甲基愈創(chuàng)木酚、4-乙基愈創(chuàng)木酚、4-甲基苯酚. 4-甲基愈創(chuàng)木酚、4-乙基愈創(chuàng)木酚等酚類物質(zhì)是煙熏類食品典型的風(fēng)味成分[6],帶有獨特?zé)沟乃上阄禰2]. 隨著浸提次數(shù)的增加,這些酚類物質(zhì)迅速減少. 例如,4-甲基愈創(chuàng)木酚從1.187 μL·L-1(Group_1)下降至0.230 μL·L-1(Group_2),最后僅剩0.006 μL·L-1(Group_3). 這表明正山小種中的揮發(fā)性酚類成分極易溶出,釋放速度較快.

揮發(fā)性醇類物質(zhì)在正山小種茶湯中也較豐富,其中體積分?jǐn)?shù)最高的成分為香葉醇. 香葉醇呈玫瑰花香[7],主要形成于加工過程中的熱處理階段[8]. 隨著浸提次數(shù)增加,香葉醇從2.383 μL·L-1(Group_1)下降為1.171 μL·L-1(Group_2),但最后依然有0.254 μL·L-1(Group_3). 在12次浸提過程中,香葉醇始終保持較高的水平,使得正山小種具有一定的“耐泡”特性.

在醛類物質(zhì)中體積分?jǐn)?shù)最高的前3種成分為反式-2-己烯醛、苯甲醛、正己醛,正己醛和反式-2-己烯醛是揮發(fā)性脂肪酸的衍生物,帶有特殊的青草香,苯甲醛呈麥芽香. 隨著浸提次數(shù)的增加,正己醛和苯甲醛逐漸減少,而反式-2-己烯醛則先增后減. 其中,正己醛從0.219 μL·L-1(Group_1)下降為0.151 μL·L-1(Group_2),但最后依然有0.082 μL·L-1(Group_3),經(jīng)12次浸提后還保留約37.4%(體積分?jǐn)?shù))； 而反式-2-己烯醛從0.393 μL·L-1(Group_1)下降為0.282 μL·L-1(Group_2),但最后依然有0.098 μL·L-1(Group_3),經(jīng)12次浸提后還保留約24.9%(體積分?jǐn)?shù)). 這說明一些醛類物質(zhì)在多次浸提后依然持續(xù)釋放,使得茶湯依然具有一定香氣.

與其他揮發(fā)性香氣成分不同,隨著浸提次數(shù)的增加,一些烴類物質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)如蒽基本保持不變,從0.063 μL·L-1(Group_1)略降為0.062 μL·L-1(Group_2),但最后依然還有0.054 μL·L-1(Group_3). 這說明烴類物質(zhì)較難浸出. 但烴類物質(zhì)的香味閾值比較高,對香氣的貢獻(xiàn)較小.

3 結(jié)語

茶的揮發(fā)性成分是形成茶香氣的基礎(chǔ),也是決定茶葉品質(zhì)的關(guān)鍵影響因子之一. 經(jīng)過連續(xù)12次沸水浸提,從正山小種茶湯中共鑒定出100種揮發(fā)性成分,主要為酚類、醇類、醛類. 隨著浸提次數(shù)的增加,揮發(fā)性香氣成分的數(shù)量與總體積分?jǐn)?shù)呈先增后減的趨勢,其總體積分?jǐn)?shù)和峰數(shù)量分別在第2次和第3次浸提下達(dá)到最高. 具體而言,香葉醇、4-甲基愈創(chuàng)木酚、正己醛、4-甲基苯酚、苯甲醛的體積分?jǐn)?shù)隨著浸提次數(shù)的增加而逐漸減少； 而4-乙基愈創(chuàng)木酚、反式-2-己烯醛的體積分?jǐn)?shù)則呈先增后減的趨勢. 在經(jīng)12次浸提后茶湯中正己醛還保留約37.4%(體積分?jǐn)?shù)),反式-2-己烯醛還保留約24.9%(體積分?jǐn)?shù)),香葉醇還保留約10.7%(體積分?jǐn)?shù)). 基于主成分分析可知,前3次浸提茶湯獲得的揮發(fā)性香氣成分較為接近； 第4～7次浸提茶湯獲得的揮發(fā)性香氣成分較為接近； 第8～12次浸提茶湯獲得的揮發(fā)性香氣成分較為接近.

研究結(jié)果能夠讓飲茶者更加深入了解正山小種紅茶在傳統(tǒng)沖泡過程中香氣的釋放規(guī)律,同時也為正山小種工藝制作以及香精的開發(fā)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù). 而關(guān)于正山小種在多次沸水浸提下釋放規(guī)律的具體原因及相關(guān)的機(jī)理尚不明確,有待后續(xù)進(jìn)一步研究.