不同產(chǎn)地紅茶香氣品質(zhì)的SPME/GC-MS分析

彭 云，李 果，劉學(xué)艷，呂才有, ，熊昌云,

(1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)熱區(qū)健康飲料研究中心，云南普洱 665000；2.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)龍潤普洱茶學(xué)院，云南昆明 650201)

紅茶作為全球產(chǎn)銷量最大的茶類產(chǎn)品，是源自于中國的傳統(tǒng)基本茶類，是我國茶類中的瑰寶，同時也是深受世界各國人民喜愛的健康飲料。紅茶由于其原料產(chǎn)地、茶樹品種以及加工工藝的不同，制成的紅茶品質(zhì)也有所差異，致使紅茶的風(fēng)味有著明顯的地域特性。香氣是茶葉品質(zhì)優(yōu)劣的重要評判因子，對茶葉香氣活性成分進行提取分析，不僅對評價茶葉品質(zhì)具有重要的意義，還能給消費者的選擇提供參考[1-2]。紅茶香氣組成有的是原本茶鮮葉中所存在的，有的則是香氣前體經(jīng)加工過程所形成的，茶鮮葉富含蛋白質(zhì)、茶多酚，茶多糖等物質(zhì)，這些物質(zhì)在加工過程中容易發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)。發(fā)酵是紅茶香氣形成的關(guān)鍵工序，紅茶中的揮發(fā)性物質(zhì)在此過程中雖有一定損失，但卻有新的揮發(fā)性成分產(chǎn)生[3]；紅茶加工過程中的復(fù)雜化學(xué)變化，使得主要的香氣成分互相融合，進而賦予了紅茶獨特的香氣類型，是茶葉內(nèi)含芳香成分的綜合表達[4-5]。總之，紅茶的大多數(shù)香氣組分是以鮮葉中原有的以及后期制造過程中所形成的共同存在。此外，茶樹品種與香氣的種類、比例和含量也有著密不可分的關(guān)系，不同品種(系)所制的紅茶會產(chǎn)生不同的揮發(fā)性香氣成分，進而呈現(xiàn)出不同的香氣類型[6-7]。

目前紅茶中芳香物質(zhì)的種類繁多，已檢出鑒定的紅茶香氣物質(zhì)多達700余種，這表明，紅茶在加工過程中，鮮葉中的芳香物質(zhì)經(jīng)過發(fā)酵過程中化合物之間的相互碰撞，使其在含量和種類上發(fā)生變化[8-10]。不同產(chǎn)地的紅茶，由于芳香物質(zhì)組成及其含量比例不同，其香氣類型和特征性成分也有所不同[11]。國內(nèi)外學(xué)者對紅茶香氣進行了大量的研究，Chen等[12]利用固相萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對漢中紅茶香氣成分進行鑒定分析；王秋霜等[13]也利用SPME/GCMS技術(shù)對國內(nèi)名優(yōu)紅茶的揮發(fā)性香氣物質(zhì)及其呈香特征進行了探究；此外，任洪濤等[14-15]還分別研究了云南30個工夫紅茶樣品的香氣物質(zhì)及不同級別云南工夫紅茶香氣組分的變化差異。但就前人的研究來看，人們對于紅茶香氣的研究大都集中于同一品種不同等級，不同加工工藝之間的對比；而對于不同產(chǎn)地工夫紅茶香氣物質(zhì)之間差異的研究還鮮少。

本實驗采用頂空固相微萃取(HS-SPME)結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(GC-MS)[16-18]對云南、湖北、福建三個地域紅茶的香氣物質(zhì)進行了鑒定和分析，揭示了滇紅、閩紅、宜紅等不同產(chǎn)地工夫紅茶香氣品質(zhì)形成的化學(xué)物質(zhì)基礎(chǔ)，對中國紅茶香氣品質(zhì)的系統(tǒng)性分析具有積極作用，也可為今后開發(fā)風(fēng)格多樣的紅茶新產(chǎn)品提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料與儀器

實驗材料 市售特級滇紅，一級滇紅，二級滇紅，三級滇紅，福鼎紅茶，宜昌紅茶，詳情見表1。

表1 紅茶樣品信息Table 1 Black tea sample information

Agilent 6890N-5973氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(GCMS)、SPME手持萃取柄及65μm PD-MS/DVB萃取頭 Supelco公司；A13204-N電子分析天平 奧豪斯儀器有限公司；DHG-9140型電熱鼓風(fēng)干燥箱 上海中友儀器設(shè)備有限公司；DZKW-S-8恒溫水浴鍋 北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 感官審評方法 參照茶葉感官審評方法(GB/T 23776-2018)的紅茶審評方法，如表2所示，由5位具有高級評茶員組成審評小組對各茶樣的外形、湯色、香氣、滋味、葉底5項感官審評因子進行評分。

表2 大葉種工夫紅茶感官審評標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Large leaf species congou black tea sensory evaluation standard

1.2.2 SPME方法 將茶樣置于干燥器內(nèi)(密閉不抽真空)，實驗前準(zhǔn)確稱取10.0 g茶樣放入自制的頂空萃取瓶中，立即加入30 mL 100 ℃的高純水，加蓋密封后置于55 ℃水浴，6 min后插入預(yù)先老化過的65 μm PDMS/DVB萃取頭進行萃取，吸附時間45 min。取出后立即插入色譜進樣口中解吸附5 min，進行GC-MS數(shù)據(jù)分析。

1.2.3 GC-MS分 析 方 法 GC條 件：采 用HP-5MS毛細管色譜柱(柱長30 m、內(nèi)徑0.25 mm、液膜厚度0.25 μm)；載氣為氦氣 (He)，純度>99.999%，流速1.0 mL/min；進樣口溫度為250 ℃, ECD檢測器溫度250 ℃，起始柱溫為50 ℃，保持5 min，以5 ℃/min升至230 ℃，保持5 min，最后以10 ℃/min升至250 ℃，不分流進樣。

MS條件：電離方式EI，電子能量70 eV，離子源溫度230 ℃，檢測器電壓350 V，接口溫度180 ℃，阱外套溫度40 ℃，傳輸線溫度280 ℃，采用全譜掃描，掃描范圍為40～400 mHz。

1.2.4 定性和定量方法 定性與定量分析方法：根據(jù)氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)分析得到揮發(fā)性成分的總離子色譜圖，通過計算機檢索，參考標(biāo)準(zhǔn)譜圖(NIST08和NIST08s)，同時結(jié)合相對保留時間，查閱茶葉香氣文獻資料及數(shù)據(jù)，對樣品揮發(fā)性成分進行定性，并用峰面積歸一化法分析各香氣組分相對含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Office Excel 2010對實驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 感官審評

從表3可知，感官審評綜合得分特級滇紅>一級滇紅>二級滇紅>福鼎紅茶>宜昌紅茶>三級滇紅。綜合來看，云南大葉種所制紅茶感官品質(zhì)表現(xiàn)為：外形肥壯緊結(jié)，勻整顯毫，湯色紅艷明亮，香氣以甜香為主，滋味鮮爽醇厚，感官品質(zhì)優(yōu)異；福鼎紅茶外形緊結(jié)，有金毫，湯色紅明亮，帶花香，滋味甜醇尚鮮；宜昌紅茶條索緊細有毫，色澤烏潤，湯色紅艷，香氣甜純滋味鮮醇。

表3 不同紅茶的感官審評結(jié)果Table 3 Black tea sensory test results of various cultivars

2.2 6種紅茶的香氣成分鑒定

通過SPME-GC-MS在6種紅茶中共分離鑒定出67種香氣化合物，涵蓋了有機化學(xué)分類中的醇類、醛類、酮類、酯類、烯烴類、烷烴類、酸類等。其中特級滇紅34種，一級滇紅22種，二級滇紅33種，三級滇紅35種，福鼎紅茶32種，宜昌紅茶29種，不同品種的紅茶在組成上有所不同，各類物質(zhì)在揮發(fā)性香氣物質(zhì)中所占的相對含量也存在著差異。67種揮發(fā)性成分包括31種碳氫化合物、12種醇類、4種酯類、7種酮類、5種醛類、1種酸類、7種雜環(huán)類化合物。根據(jù)質(zhì)譜數(shù)據(jù)、相對保留時間以及與文獻值對照[19]，鑒定的紅茶具體香氣成分見表4和表5。

2.2.1 不同紅茶的揮發(fā)性物質(zhì)種類差異 從表4可知，在四種云南滇紅茶中，共鑒定出67種揮發(fā)性芳香族化合物，主要為醇類(24.53%～70.85%)、醛類(1.12%～9.51%)、酮類(0.85%～11.57%)、酯類(1.13%～8.70%)、烯烴類(3.47%～6.07%)、烷烴類(1.04%～8.07%)以及其他少量雜環(huán)類化合物(0.46%～13.57%)等。由檢測結(jié)果可知：特級滇紅中共有34種香氣物質(zhì)，起主要貢獻作用的香氣組分以醇類、醛類、酯類為主；其中醇類化合物總含量達70.85%，芳樟醇的相對含量為61.13%，α-松油醇0.93%，順-α,α-5-三甲基-5-乙烯基四氫化呋喃-2-甲醇5.24%；醛類化合物的相對總含量為2.62%，占主導(dǎo)地位的苯乙醛達2.15%。一級滇紅中共檢測出22種香氣組分，起主要貢獻作用的香氣組分以醇類、酯類為主，其中含量較高的化合物分別為芳樟醇(37.26%)、順-氧化芳樟醇(5.40%)、順-α,α-5-三甲基-5-乙烯基四氫化呋喃-2-甲醇(2.78%)、橙花醇(6.93%)、2,2,6-三甲基-6-乙烯基四氫-2H-呋喃-3-醇(2.18%)、α-松油醇(1.55%)、β-環(huán)檸檬醛(1.12%)、水楊酸甲酯(8.06%)、長葉烯(3.59%)、1-十六烯(1.24%)、龍腦(冰片)(1.78%)等。二級滇紅中共檢測出的香氣組分主要包括醇類、酯類、酮類、烴類、醛類等，共33種香氣化合物；其中含量較高的香氣化合物分別為芳樟醇(10.09%)、順-α,α-5-三甲基-5-乙烯基四氫化呋喃-2-甲醇(7.27%)、2,2,6-三甲基-6-乙烯基四氫-2H-呋喃-3-醇(1.95%)、橙花醇(1.31%)、檸檬醛(1.82%)、茉莉酮(2.19%)、β-紫羅酮(1.12%)、水楊酸甲酯(4.28%)。三級滇紅的香氣組分以醇類、醛類、酮類為主，共檢測出35種，含量較高的香氣化合物分別為芳樟醇(19.92%)、順-α,α-5-三甲基-5-乙烯基四氫化呋喃-2-甲醇(8.63%)、2,2,6-三甲基-6-乙烯基四氫-2H-呋喃-3-醇(3.20%)、α-松油醇(1.20%)、香葉醇(1.01%)、苯乙醛(3.95%)、2,3-二氫-2,2,6-三甲基苯甲醛(臧紅花醛)(3.94%)、β-環(huán)檸檬醛(1.44%)、β-紫羅酮(3.14%)、二氫獼猴桃內(nèi)酯(1.06%)。

表4 經(jīng)分析鑒定出的6種紅茶中的香氣化合物Table 4 Aroma compounds in 6 black teas identified by analysis

續(xù)表4

在福鼎紅茶中共檢測到32種揮發(fā)性組分，主要包括醇類、醛類、酮類化合物等；其中醇類化合物中的芳樟醇含量為14.04%；醛類物質(zhì)中的藏紅花醛含量為4.08%，β-環(huán)檸檬醛含量為2.44%；酮類化合物中β-紫羅酮含量為2.05%，香葉基丙酮含量為1.94%；酯類物質(zhì)中二氫獼猴桃內(nèi)酯含量為2.12%；此外，β-柏木烯的含量為1.19%。

在宜昌紅茶中定性定量檢測出29種以醇類、酮類、酸類物質(zhì)為主的香氣組分；醇類化合物中的香葉醇含量為28.14%、芳樟醇含量為2.77%，雪松醇含量為3.63%；酮類化合物中的β-紫羅酮含量為3.00%；酸類化合物有且只檢測出一種物質(zhì)，即棕櫚酸，其含量為1.62%。

對6種紅茶進行綜合分析，所檢測出的香氣物質(zhì)種類差異明顯，在云南紅茶中香氣物質(zhì)種類相似，特級滇紅和一級滇紅茶樣的香氣物質(zhì)含量較高，二級和三級滇紅茶中的含量則較低；芳樟醇、2,2,6-三甲基-6-乙烯基四氫-2H-呋喃-3-醇、α-松油醇、β-環(huán)檸檬醛、β-紫羅酮、香葉基丙酮、1-十六烯、十三烷、十五烷、十七烷、甲氧基苯肟在4個茶樣中均能檢出，為共同檢出香氣物質(zhì)，其他香氣物質(zhì)在各茶樣中不同頻次出現(xiàn)。此外，同類香氣物質(zhì)在不同茶樣中所占比例有明顯差異，其中芳樟醇在特級滇紅中含量最高，在二級滇紅中含量最低。不同等級的滇紅茶其香氣組成呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性，均表現(xiàn)為醇類物質(zhì)的相對含量最高。在福鼎紅茶中，酮類物質(zhì)的含量與其他5種茶樣相比，含量最高，是閩紅工夫呈香特征的第二大貢獻物質(zhì)，含量達11.57%。在宜昌紅茶中，存在兩種特殊香氣物質(zhì)—香葉醇及棕櫚酸，在其他5種紅茶中均未檢出。

2.2.2 滇紅、宜紅和閩紅的具體揮發(fā)性物質(zhì)差異 本研究所選的茶樣均是由大葉種茶樹經(jīng)一定的加工工藝所制成的成品工夫紅茶，滇紅工夫是以云南大葉種為原料，宜紅工夫是以宜昌大葉種為原料，閩紅工夫則是以福鼎大白茶為原料。這些紅茶在香氣組成和比例上有很大的相似性，6種紅茶的香氣成分均是以醇類物質(zhì)為主體，尤以芳樟醇的相對含量最為豐富；但同為大葉種紅茶，由于茶樹品種遺傳基礎(chǔ)的不同對香氣特征的形成會產(chǎn)生相應(yīng)的影響，不同產(chǎn)地環(huán)境條件、土壤條件、植物營養(yǎng)狀況、地理位置以及土壤脅迫等因素，也會導(dǎo)致其香氣物質(zhì)表現(xiàn)出不同的特點[20]。

從表5可知，通過對比6種不同紅茶樣品，就揮發(fā)性香氣物質(zhì)的相對含量來看，各種紅茶的揮發(fā)性香氣物質(zhì)主要以醇類物質(zhì)為主，其次是醛類、酮類和酯類。醇類化合物通常帶有特殊的花香和果香，紅茶在加工過程中，由于其特殊的發(fā)酵工藝，導(dǎo)致?lián)]發(fā)性化合物的組分和種類發(fā)生了極其深刻的變化。本研究分析檢測出的醇類物質(zhì)主要包括呈甜嫩新鮮似鈴蘭花香的芳樟醇，有清香似海桐花氣息和紫丁香、鈴蘭清幽香氣的α-松油醇[21]，具有玫瑰甜香的橙花叔醇、香葉醇[22]，具有強烈木香的順-氧化芳樟醇以及順-α,α-5-三甲基-5-乙烯基四氫化呋喃-2-甲醇和2,2,6-三甲基-6-乙烯基四氫-2H-呋喃-3-醇等，與6種紅茶的特征香型表現(xiàn)出高度的相關(guān)性，但是不同地域紅茶中的各種醇類化合物存在著一定差異。單萜類物質(zhì)芳樟醇(2.77%～61.13%)作為6種茶樣中的共同檢出香氣物質(zhì)，是決定紅茶香型的重要芳香化合物。

表5 不同紅茶樣品的揮發(fā)性成分種類數(shù)及其含量Table 5 The types and content of volatile components in different black tea samples

經(jīng)過脂肪酸降解，胡蘿卜素降解，糖苷水解以及美拉德反應(yīng)等途徑[8,23]，6種紅茶中的生化活性成分將轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的揮發(fā)性香氣產(chǎn)物。經(jīng)檢出共有5種醛類組分，多呈現(xiàn)水果清香。其中呈薄荷香的β-環(huán)檸檬醛在各茶樣中均被檢出，為紅茶中的共有醛類組分。呈花香的藏紅花醛在三級滇紅、福鼎紅茶、宜昌紅茶這三種紅茶中檢出，含量最高達4.08%。有濃郁檸檬香味的檸檬醛以及強烈風(fēng)信子香氣，低濃度時有杏仁、櫻桃香味的苯乙醛等醛類物質(zhì)在滇紅茶和宜昌紅茶中檢出，這些揮發(fā)性化合物對紅茶的呈香起著主要的貢獻作用[24]。

羰基類物質(zhì)的種類與含量在6種紅茶中也占有一定的比例，其中環(huán)狀結(jié)構(gòu)的酮類物質(zhì)β-紫羅酮、β-紫羅蘭酮、香葉基丙酮和大馬酮是6種紅茶中的主要酮類成分。β-紫羅酮和β-紫羅蘭酮是由類胡蘿卜素降解形成，呈現(xiàn)出木香、水果香和紫羅蘭香氣，具有鮮明的紅茶香韻，是一種重要的香氣物質(zhì)，對茶葉香氣也起著積極的貢獻[25]。此外，具有木蘭香氣的香葉基丙酮、紫羅蘭香氣的α-紫羅酮、似茉莉花香的茉莉酮、呈木香和桂花香的β-二氫紫羅蘭酮存在于福鼎紅茶和宜昌紅茶這兩種紅茶中。

酯類化合物多呈現(xiàn)水果清香，對紅茶香型的形成起著重大的貢獻作用。部分酯類成分，由高級脂肪酸和低級醇脫水縮合而成，如呈冬青葉香，有藥草特殊氣味的水楊酸甲酯[26]，有香豆素及麝香氣味的二氫獼猴桃內(nèi)酯[27]，似水果清香的順-3-已烯基丁酯和(Z)-己酸-3-己烯酯等，均在二級滇紅茶中檢出。

碳氫類化合物在各類茶中的含量也較為豐富，一般來說，烷烴幾乎不呈現(xiàn)香氣，但卻對紅茶的香氣構(gòu)造起著間接的重要作用。具有愉悅花香氣味的δ-杜松烯，呈柏木、檀香氣味的α-柏木烯和具有愉快橙子香氣的D-檸檬烯[28]，是6種紅茶中的主要烯烴類成分。具有松木樹脂氣味的a-蒎烯和具有新鮮花瓣和蘋果味道的反式β-金合歡烯在特級滇紅茶中檢出、具有花草香的羅勒烯則在二級滇紅茶中檢出，這些香氣化合物與紅茶的整體香氣變化都有一定的相關(guān)性[29]。

酸類、醚類、酚類和甲氧基苯類成分在6種紅茶中的種類數(shù)量與含量都較低，酸類組分中的棕櫚酸有且只在宜昌紅茶中檢出，棕櫚酸本身不具有任何的香氣，但能降解生成壬醛、庚醛等香氣物質(zhì)，對香氣的影響亦不容忽視；總之，這些物質(zhì)間的相互影響和相互作用使得紅茶表現(xiàn)出了豐富多變的香型，對紅茶香氣的整體風(fēng)味具有重大的影響。

3 討論與結(jié)論

茶葉芳香物質(zhì)是由多種不同成分組成的混合物綜合作用的結(jié)果，與各香氣成分的含量及比例高度相關(guān)，各成分對香氣的作用大小取決于香氣值的高低[30]。盡管茶葉香氣物質(zhì)含量在茶葉干物質(zhì)中占比很低，但對茶葉品質(zhì)形成卻具有重要作用。本研究對6種紅茶茶樣揮發(fā)性物質(zhì)的呈香特征進行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)6種紅茶茶樣均具有茶葉青香氣，兼有花香、甜香、果香等香氣特征，總體符合我國紅茶所體現(xiàn)的花果甜香特征[31-32]。通過上述結(jié)果分析可以看出，3個產(chǎn)地的工夫紅茶揮發(fā)性香氣組分種類和含量基本一致，但仍存在一定差異，如滇紅工夫中有26種特有成分，主要為反-α,α-5-三甲基-5-乙烯基四氫化呋喃-2-甲醇、順-氧化芳樟醇、α-松油醇、(E)-反式-橙花叔醇等；滇紅工夫產(chǎn)于云南省昌寧縣，作為滇紅的核心產(chǎn)區(qū)，昌寧由于其特殊的地理氣候條件，所產(chǎn)茶葉品質(zhì)優(yōu)異，整體表現(xiàn)出較高的香氣和銳度，香精油特征明顯，芳樟醇作為云南滇紅的特征性和指示性香氣成分，占了總揮發(fā)性物質(zhì)的一半以上，相對含量分數(shù)非常高，與茶葉香氣也表現(xiàn)出高度相關(guān)性[33]；任洪濤等[15]通過綜合評價云南紅茶香氣品質(zhì)發(fā)現(xiàn)，云南工夫紅茶的品質(zhì)與芳樟醇及其氧化物、水楊酸甲酯、香葉醇等的含量呈顯著正相關(guān)。此外，本研究的研究結(jié)果也與羅學(xué)平等[34]、廉明等[35]的研究一致。

通過研究分析發(fā)現(xiàn)宜紅工夫中有4種特有成分，主要為香葉醇、β-柏木烯、棕櫚酸等；產(chǎn)自湖北宜昌的宜紅茶屬于我國的三大傳統(tǒng)工夫紅茶之一，香葉醇作為相對質(zhì)量分數(shù)最高的單萜烯醇物質(zhì)，與茶葉感官審評呈現(xiàn)出花果甜香表現(xiàn)出高度相關(guān)性，但是對比之前的學(xué)者趙瑤等[36]、鄭鵬程等[37]的研究發(fā)現(xiàn)，宜紅茶中具有花香氣味的香葉醇、芳樟醇相對含量普遍高于本試驗研究，推測造成與前人研究結(jié)果差異的原因可能與產(chǎn)地的地理位置以及檢測方法不同有關(guān)，但仍有待后續(xù)進一步深入研究探討。閩紅工夫中有6種特有成分，主要包括β-紫羅蘭酮、β-二氫紫羅蘭酮、1,5,5-三甲基-6-亞甲基-環(huán)己烯、氯代二十七烷等物質(zhì)；產(chǎn)自于福建福鼎的工夫紅茶除醇類物質(zhì)之外含量最高的則是酮類物質(zhì)，占了總揮發(fā)性物質(zhì)的16.8%，且羰基類化合物中β-紫羅蘭酮及其氧化物是其紅茶香氣的主要貢獻物質(zhì)。

6種紅茶分別檢測出32、22、33、35、32和29種香氣成分，明確了3個不同地域紅茶的香氣物質(zhì)基礎(chǔ)，為紅茶品質(zhì)特征的進一步研究提供了較為充分的數(shù)據(jù)。香氣成分按化合物的結(jié)構(gòu)類型分析，3個產(chǎn)地的香氣物質(zhì)包括醇、醛、酮、酯、雜環(huán)等化合物，相對總含量分別為88.25%、85.03%、44.64%、77.28%、68.92%和68.2%。主要香氣化學(xué)成分依次為芳樟醇及芳樟醇氧化物、2,2,6-三甲基-6-乙烯基四氫-2H-呋喃-3-醇、β-環(huán)檸檬醛、β-紫羅酮、香葉基丙酮、水楊酸甲酯等，這些成分的共同作用構(gòu)成了紅茶的香氣基調(diào)。