基于電子鼻和ATD-GC-MS技術(shù)分析茉莉花茶香氣成分的產(chǎn)地差異

王淑燕，趙 峰，饒耿慧，林宏政，郭永春，傅天甫, ，翁發(fā)水，葉乃興,

（1.福建農(nóng)林大學(xué)園藝學(xué)院/茶學(xué)福建省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建福州 350002；2.福建中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，福建福州 350122；3.羅源生春源茶業(yè)有限責(zé)任公司，福建福州 350600；4.福建閩瑞茶業(yè)有限公司，福建福州 350018）

茉莉花茶屬于再加工茶類，具有降血糖[1]、抗抑郁[2]、抗氧化[3]等保健功效。2018年全國茉莉花茶產(chǎn)量11.08萬噸，產(chǎn)值達(dá)到109.1億元[4?5]。福州為茉莉花茶的發(fā)源地，福州茉莉花茶為歷史名茶，并被列為地理標(biāo)志產(chǎn)品[6]，橫縣茉莉花茶在全國茉莉花茶中占主導(dǎo)地位[7]，兩地的茉莉花茶總產(chǎn)量和總產(chǎn)值在全國茉莉花茶中分別占到80.2%和81.7%[4?5]。

香氣是茉莉花茶品質(zhì)評價(jià)的重要指標(biāo)，而茉莉花茶的香氣主要來源于對茉莉鮮花香氣的吸附[8?9]。前人在茉莉花茶的窨制過程[10?11]、窨制方式[12]、生產(chǎn)廠家[13]、品類[14]、等級[15]、品質(zhì)及真?zhèn)蝃16]等方面進(jìn)行了香氣研究。然而，關(guān)于不同產(chǎn)地茉莉花茶的香氣研究仍較為欠缺。Lin等[17]提出了茉莉花茶香氣（jasmine tea flavor，JTF）指數(shù)，即鄰氨基苯甲酸甲酯、順-3-己烯醇苯甲酸酯、α-法呢烯和吲哚的峰面積之和與芳樟醇的峰面積比值，JTF指數(shù)越大，表明茉莉花茶的品質(zhì)越好，等級越高。劉曉港[18]和陳梅春等[19]通過氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS）和茉莉花茶香氣指數(shù)對不同窨制原料的茉莉花茶進(jìn)行研究，但并未實(shí)現(xiàn)茉莉花茶香氣的產(chǎn)地區(qū)分。電子鼻在食品方面的應(yīng)用非常廣，涉及食品分類、風(fēng)味研究、新鮮度評價(jià)、保質(zhì)期評價(jià)等主要領(lǐng)域[20]。自動熱脫附儀具有快速簡單、靈敏度高等特點(diǎn)，它作為一種氣相色譜的無溶劑萃取技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用[15]。多元統(tǒng)計(jì)分析方法可以最大限度地分離不同組間的樣品，獲得良好的可視化效果，已廣泛應(yīng)用于不同類別[21]、不同等級[22]和不同品種[23]等茶葉分析。

本研究采用電子鼻和自動熱脫附-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（ATD-GC-MS）測定福州和橫縣兩地茉莉花茶的香氣，并結(jié)合多元統(tǒng)計(jì)分析方法進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，為探究不同產(chǎn)地茉莉花茶的香氣品質(zhì)奠定基礎(chǔ)，并為消費(fèi)者選擇特定風(fēng)味的茉莉花茶提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

福建福州茉莉花茶（FZ01-FZ08）、廣西橫縣茉莉花茶（HX01-HX14）的市售茶樣 羅源生春源茶業(yè)有限責(zé)任公司和福建閩瑞茶業(yè)有限公司。

iNose型電子鼻 上海昂申智能科技有限公司；QC-1S大氣采樣儀 北京市科安勞保新技術(shù)有限公司；自動熱脫附-解吸儀配有吸附管 成都科林分析技術(shù)有限公司；GCMS-TQ8040 日本島津公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 電子鼻測定方法 參照Wang等[15]的方法，采用電子鼻對茉莉花茶樣品進(jìn)行香氣測定。

1.2.1.1 樣品的前處理 將3.0 g（精確至0.001 g）茉莉花茶樣品稱入60 mL的頂空瓶中，在55 ℃的水浴鍋中平衡40 min后開始檢測。

1.2.1.2 電子鼻檢測參數(shù) 氣體流量為800 mL/min；采樣時(shí)間為5 min；等待時(shí)間為15 s；樣品清洗時(shí)間為150 s。

1.2.1.3 電子鼻響應(yīng)值的計(jì)算 樣品清洗時(shí)得到參比電阻R0，檢測樣品后得出樣品電阻R，由R/R0即可得出樣品的響應(yīng)值。

1.2.2 ATD-GC-MS測定 參照Wang等[15]的方法，采用ATD-GC-MS對茉莉花茶樣品進(jìn)行香氣測定。

1.2.2.1 香氣成分的提取 稱取3.0 g樣品（精確至0.001 g）至頂空瓶中，將頂空瓶密封，并在55 °C的水浴鍋中平衡20 min后，采用聚四氟乙烯管連接大氣采樣儀和頂空瓶，按吸附管上標(biāo)注的氣流方向以200 mL/min的流速采樣30 min。揮發(fā)性氣體提取完成后，立即取下吸附管，用聚四氟乙烯蓋密封其兩端，送至實(shí)驗(yàn)室待測。

1.2.2.2 自動熱脫附-解吸儀條件 閥溫度200 ℃；傳輸溫度200 ℃；一級解吸溫度250 ℃；一級解吸時(shí)間5 min；冷阱吸附溫度25 ℃；冷阱加熱時(shí)間3 min；二級解吸溫度300 ℃；進(jìn)樣時(shí)間60 s；循環(huán)時(shí)間50 min。

1.2.2.3 色譜條件 GC條件：色譜柱：Rtx-5MS毛細(xì)柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；柱箱溫度40 ℃，進(jìn)樣口溫度240 ℃，柱流量1 mL/min；升溫程序：初始溫度40 ℃保持3 min，以5 ℃/min升至120 ℃，保持5 min，再以30 ℃/min升至240 ℃，保持8 min；載氣（He） 流速3 mL/min，壓力49.5 kPa；分流比5:1。

MS條件：電子轟擊離子源；接口溫度280 ℃；檢測器電壓0.8 kV；離子源溫度230 ℃；質(zhì)量掃描范圍m/z 28～500。

1.2.2.4 定性和定量方法 將質(zhì)譜圖與質(zhì)譜庫（NIST 11.L和Wiley 7）相匹配，以匹配度大于80%為定性鑒定依據(jù)[15]。以峰面積進(jìn)行定量，再除以樣品的質(zhì)量，最終單位為AU/g[24?25]。

1.2.3 茉莉花茶香氣評價(jià)指數(shù)（JTF）計(jì)算 JTF=（鄰氨基苯甲酸甲酯+順-3-己烯醇苯甲酸酯+吲哚+α-法呢烯）與芳樟醇的峰面積比值[16]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用SPSS 21.0軟件（美國IBM公司）進(jìn)行單因素分析（ANOVA），通過SIMCA 14.1軟件（瑞典Umetrics AB公司）對樣品進(jìn)行正交偏最小二乘判別分析（OPLS-DA）和層次聚類分析（HCA）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同產(chǎn)地茉莉花茶的電子鼻數(shù)據(jù)分析

2.1.1 不同產(chǎn)地茉莉花茶的電子鼻響應(yīng)值分析 福州茉莉花茶和橫縣茉莉花茶的電子鼻響應(yīng)值如表1所示。10個(gè)傳感器中，S1、S4和S8這3個(gè)傳感器響應(yīng)值的組間差異小于或等于組內(nèi)差異，在兩地茉莉花茶之間差異不明顯（P＞0.05）。其余7個(gè)傳感器（S2、S3、S5、S6、S7、S9和S10）對橫縣茉莉花茶的響應(yīng)值顯著大于福州茉莉花茶（P＜0.05）。

前人研究表明，電子鼻可以快速區(qū)分不同香氣強(qiáng)度的茉莉花茶，茉莉花茶的香氣強(qiáng)度越高，電子鼻的傳感器響應(yīng)值越高[14－15]。由表1可得，橫縣茉莉花茶的響應(yīng)值之和顯著大于福州茉莉花茶（P＜0.05），說明橫縣茉莉花茶的香氣強(qiáng)度相對較高。

表1 不同產(chǎn)地茉莉花茶的電子鼻響應(yīng)值Table 1 Electronic nose response values of jasmine tea from different habitats

茉莉花茶的主要香氣組分包括醇類、酮類、醛類、酯類、碳?xì)浠衔锛昂衔颷10]。其中，醛類、酯類、醇類、酮類及含氮化合物包含在有機(jī)溶劑中。因此，S4（對有機(jī)溶劑和酒精敏感）和S6（對碳?xì)浠衔?、沼氣和甲烷敏感）為茉莉花茶的特征性傳感器。?shí)驗(yàn)結(jié)果表明，S4對兩地茉莉花茶樣品的響應(yīng)值沒有顯著性差異（P＞0.05），而S6則對橫縣茉莉花茶的響應(yīng)值顯著高于福州茉莉花茶（P＜0.05）。由此可推測，S6傳感器在兩地茉莉花茶的區(qū)分中起到重要作用。

2.1.2 不同產(chǎn)地茉莉花茶的HCA分析 圖1為茉莉花茶樣品電子鼻傳感器響應(yīng)值的層次聚類分析結(jié)果。由圖1可知，福州茉莉花茶（FZ01-FZ08）和橫縣茉莉花茶（HX01-HX14）分別聚為一類，聚類效果總體良好。

圖1 茉莉花茶樣品的層次聚類分析Fig.1 Results of hierarchical cluster analysis analysis of jasmine tea samples

2.1.3 不同產(chǎn)地茉莉花茶的OPLS-DA分析 如圖2（A）所示，兩組樣品在得分散點(diǎn)圖的橫軸上實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)地區(qū)分，與HCA分析結(jié)果一致。其中，橫縣茉莉花茶樣品均分布在橫軸正半軸（即，第一象限和第四象限），而福州茉莉花茶樣品則分布在橫軸負(fù)半軸（即，第二象限和第三象限）。圖2（B）是本判別模型經(jīng)200次交叉驗(yàn)證計(jì)算的結(jié)果，如圖所示，所有方形點(diǎn)（Q2）都低于右側(cè)原始點(diǎn)，且Q2回歸線與縱軸的相交點(diǎn)小于零，說明模型驗(yàn)證有效。

圖2 茉莉花茶樣品的正交偏最小二乘判別分析Fig.2 Results of orthogonal partial least squares discriminant analysis of jasmine tea samples

10個(gè)傳感器在判別模型中的變量權(quán)重值（VIP）如表2所示，其中5個(gè)傳感器（S10, S7, S9, S6, S2）的VIP值大于1.0，說明它們在該產(chǎn)地判別模型中的貢獻(xiàn)較大。

表2 10個(gè)傳感器的變量權(quán)重值Table 2 Variable importance for projection of ten sensors

綜上所述，通過OPLS-DA模型對樣品的電子鼻數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，能夠較好地實(shí)現(xiàn)兩地茉莉花茶的區(qū)分，且S2、S6、S7、S9和S10這5個(gè)傳感器對茉莉花茶產(chǎn)地區(qū)分的貢獻(xiàn)較大（P＜0.05且VIP＞1）。

2.2 不同產(chǎn)地茉莉花茶的GC-MS數(shù)據(jù)分析

福州和橫縣兩地茉莉花茶的香氣成分種類及含量如表3所示。經(jīng)ATD-GC-MS分析后，共鑒定出48種揮發(fā)性有機(jī)化合物，包括5種醛類、16種酯類、10種醇類、11種碳?xì)浠衔铩?種酮類、1種含氮化合物和1種酚類。

劉曉港[18]和陳梅春等[19]采用SPME-GC-MS對不同窨制原料（福州茉莉花和橫縣茉莉花）的茉莉花茶進(jìn)行測定，使用峰面積歸一化法定量分析后發(fā)現(xiàn)，福州茉莉花茶的香氣成分總量略高于橫縣茉莉花茶，但兩地的JTF指數(shù)、香氣種類和相對含量都沒有顯著性差異。本研究采用ATD-GC-MS測定樣品并直接以峰面積進(jìn)行定量分析（表3）。結(jié)果表明，福州茉莉花茶的香氣成分總量和JTF指數(shù)（福州茉莉花茶為7.57；橫縣茉莉花茶為2.89）皆明顯高于橫縣茉莉花茶樣品；兩地茉莉花茶的29種香氣成分含量差異達(dá)到顯著水平（P＜0.05），其中包括在兩地茉莉花茶中含量較高（＞100×106AU/g）的鄰氨基苯甲酸甲酯、苯甲醇、順-3-己烯醇苯甲酸酯、α-法呢烯和吲哚。

表3 不同產(chǎn)地茉莉花茶香氣成分的ATD-GC-MS分析結(jié)果Table 3 Analysis results of aroma components of jasmine tea from different origins by ATD-GC-MS

茉莉花茶中的鄰氨基苯甲酸甲酯主要來源于窨制過程中的茉莉鮮花[9]，具有橙花香[26]、桃子香[12]和甜葡萄般的氣味[27]。其在福州茉莉花茶中的含量是橫縣茉莉花茶中含量的兩倍多，可能與兩地茉莉鮮花的品質(zhì)相關(guān)。苯甲醇同時(shí)存在于茉莉花和茶坯，可以提高茉莉花茶的甜香和烘焙香[28?29]。曾在烏龍茶和紅茶中被檢測到的順-3-己烯醇苯甲酸酯具有草本香、木香和青氣[23,30]，其含量在茉莉花開放釋香的過程中逐漸增加，對茉莉花茶的品質(zhì)有重要影響[31]。據(jù)報(bào)道，具有花香和果香的α-法呢烯是烏龍茶的特征性香氣成分之一，在烏龍茶加工過程中顯著增加[23,32]；同時(shí)，α-法呢烯也是茶坯和茉莉鮮花中原有的揮發(fā)性組分，在茉莉花茶的窨制過程大幅增加[17,33]。吲哚具有堅(jiān)果香、花香和焦香，與茉莉花茶的等級呈正相關(guān)[15]。這5種香氣成分不僅在茉莉花茶的香氣品質(zhì)方面起到重要作用，且在兩地茉莉花茶的差異香氣成分中起到主導(dǎo)作用。

續(xù)表 3

此外，作為對茉莉花茶鮮靈度有一定影響的香氣成分[34]，葉醇和水楊酸甲酯在兩地茉莉花茶間差異不明顯（P＞0.05），而乙酸葉醇酯、順-3-己烯醇苯甲酸酯、α-法呢烯和吲哚在福州茉莉花茶中的含量顯著高于橫縣茉莉花茶（P＜0.05）。由此推測，在本試驗(yàn)樣品中，福州茉莉花茶的香氣鮮靈度相對較高。

3 結(jié)論

福州茉莉花茶和橫縣茉莉花茶的香氣成分在種類上相似，而香氣成分含量差異明顯。福州茉莉花茶的香氣鮮靈度相對較高，而橫縣茉莉花茶的香氣強(qiáng)度相對較高。ATD-GC-MS表明，福州茉莉花茶的香氣成分總量和JTF指數(shù)（福州茉莉花茶為7.57；橫縣茉莉花茶為2.89）均明顯高于橫縣茉莉花茶樣品；兩地茉莉花茶的29種香氣成分含量差異達(dá)到顯著水平（P＜0.05），其中包括在兩地茉莉花茶中含量較高（＞100×106AU/g）的鄰氨基苯甲酸甲酯、苯甲醇、順-3-己烯醇苯甲酸酯、α-法呢烯和吲哚。茉莉花茶香氣不僅在產(chǎn)地間呈現(xiàn)差異，還會隨茶坯及鮮花質(zhì)量、加工工藝和貯存環(huán)境等因素的變化而異。因此，將電子鼻與ATD-GC-MS聯(lián)用，在技術(shù)上優(yōu)勢互補(bǔ)，將為后續(xù)深入探究茉莉花茶的香氣品質(zhì)提供技術(shù)支撐。