基于揮發(fā)性風(fēng)味成分的湖北綠茶產(chǎn)地判別

王雪萍，鄭鵬程，高士偉，葉 飛，王勝鵬

（湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹茶葉研究所/湖北省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新中心果茶分中心/湖北省茶葉工程技術(shù)研究中心，武漢 430064）

香氣是綠茶的主要品質(zhì)之一，是決定茶葉品質(zhì)與風(fēng)味的重要因素。茶葉中的揮發(fā)性香氣物質(zhì)主要包括萜烯類及其衍生物、脂肪類衍生物（醇類、醛類、酮類、酯類、酸類等）、芳香族化合物及呋喃、吡啶、吡嗪等其他化合物［1］。不同產(chǎn)地茶葉有其各自香氣品質(zhì)特征，基于香氣組分的多元統(tǒng)計分析可將不同產(chǎn)地茶葉進(jìn)行有效區(qū)分［2-5］。湖北是產(chǎn)茶大省，已形成鄂西武陵山富硒綠茶和宜昌三峽名優(yōu)綠茶及宜紅茶區(qū)、鄂西北秦巴山高香綠茶區(qū)、鄂東大別山優(yōu)質(zhì)綠茶區(qū)、鄂南幕阜山名優(yōu)早茶及邊銷茶區(qū)等四大優(yōu)勢茶區(qū)。本研究對來自湖北不同茶區(qū)具代表性的春季名優(yōu)綠茶，采用頂空-固相微萃取結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法檢測樣品揮發(fā)性香氣組分，再利用SPSS、SIMCA-P 等數(shù)據(jù)分析軟件對不同茶區(qū)綠茶樣品香氣組分進(jìn)行統(tǒng)計分析［6］，揭示不同茶區(qū)綠茶樣品香氣組分差異，探討基于揮發(fā)性風(fēng)味組分對湖北不同茶區(qū)綠茶樣品進(jìn)行有效區(qū)分的可行性。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

40 份春季名優(yōu)綠茶分別來自鄂西武陵山及宜昌三峽茶區(qū)的宜昌市7 份、恩施州6 份，鄂西北秦巴山茶區(qū)的襄陽市5 份、十堰市10 份、隨州市3 份，鄂東大別山茶區(qū)的孝感市3 份、黃岡市3 份，鄂南幕阜山茶區(qū)的咸寧市3 份。茶葉生產(chǎn)時間為4 月上旬至中旬，原料嫩度一芽一葉至一芽二葉。

氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，美國Agilent公司TRACE GC 2000 聯(lián)TRACE DSQ，固相微萃取（SPME）手柄和50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭，美國Supelco公司。

1.2 方法

1.2.1 香氣提取及色譜分析條件 稱取5.0 g 磨碎茶樣于萃取瓶中，加入50 mL 沸去離子水，將裝有萃取頭（試驗前需250 ℃老化15 min）的SPME 手持器通過瓶蓋的橡皮墊插入萃取瓶中，50 ℃水浴平衡5 min 后推出纖維頭吸附70 min，最后在氣相色譜-質(zhì)譜（GC-MS）進(jìn)樣口于230 ℃下解吸5 min。

色譜條件：色譜柱為DB-5MS 毛細(xì)管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm），不分流進(jìn)樣，柱流速1 mL/min，進(jìn)樣口溫度230 ℃；柱溫50～230 ℃，起始溫度50 ℃，保持5 min，再以2 ℃/min 升至180 ℃，保持1 min，再以10 ℃/min 升到230 ℃，保持1 min。

質(zhì)譜條件：EI 離子源，電離能70 eV；離子源溫度220 ℃；50～650m/z全掃描；載氣為99.999%的高純氦氣。

1.2.2 香氣組分定性與定量 采用NIST 譜庫對得到的質(zhì)譜圖進(jìn)行串聯(lián)檢索和人工解析，結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)報道、各香氣組分的相對保留時間等進(jìn)行定性分析，以各香氣組分的峰面積占總峰面積比值的百分?jǐn)?shù)進(jìn)行相對定量。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

香氣組分差異顯著性分析及逐步判別分析采用SPSS 19.0 數(shù)據(jù)處理軟件［7］，不同茶區(qū)的特征性香氣成分分析及偏最小二乘判別分析（PLS-DA）采用SIMCA-P11.5 軟件［8，9］。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同茶區(qū)綠茶香氣組分分析

40 份綠茶樣品中共鑒定出71 種香氣組分（表1），包括醇類10 種、醛類4 種、酮類9 種、酯類11 種、烷烴類5 種、芳香烴類6 種、萜烯類18 種、雜環(huán)類3種、其他5 種。醛類、酯類、烷烴類、芳香烴類、雜環(huán)類物質(zhì)的相對含量在不同茶區(qū)綠茶樣品間差異顯著（P＜0.05）。鄂西武陵山及宜昌三峽茶區(qū)綠茶樣品醇類物質(zhì)含量在四大茶區(qū)中最低而烷烴類物質(zhì)含量最高；鄂西北秦巴山茶區(qū)綠茶樣品酮類物質(zhì)和其他類物質(zhì)含量高于其他茶區(qū)綠茶；鄂東大別山茶區(qū)綠茶樣品醇類、醛類、酯類和雜環(huán)類含量高于其他茶區(qū)綠茶，而烷烴類、芳香烴類、萜烯類和其他類物質(zhì)含量低于其他茶區(qū)綠茶；鄂南幕阜山茶區(qū)綠茶樣品芳香烴類、萜烯類物質(zhì)含量高于其他茶區(qū)綠茶，醛類、酮類、雜環(huán)類物質(zhì)含量低于其他茶區(qū)綠茶樣品。

表1 不同茶區(qū)綠茶香氣組分及相對含量（單位：%）

續(xù)表1

2.2 香氣組分判別分析

2.2.1 偏最小二乘判別分析（PLS-DA）采用SIMCA-P11.5 對40 份綠茶樣品香氣組分進(jìn)行偏最小二乘判別分析，以71 個揮發(fā)性組分的相對含量為自變量，建立PLS-DA 模型（擬合參數(shù)為R2Y=0.711，Q2=0.405）。由PLS-DA 得分（圖1）可知，鄂東大別山茶區(qū)的茶樣和其他茶區(qū)的茶樣可明顯區(qū)分，鄂西武陵山及宜昌三峽茶區(qū)、鄂西北秦巴山茶區(qū)的茶樣存在部分交叉，鄂南幕阜山茶區(qū)的茶樣則與鄂西武陵山及宜昌三峽茶區(qū)、鄂西北秦巴山茶區(qū)的茶樣無法區(qū)分開。將建立模型時的因變量隨機排列200 次，Q2回歸直線與Y 軸的截距為-0.290，R2=0.608，該判別模型不存在過擬合現(xiàn)象。

圖1 PLS-DA 得分

PLS-DA 變量投影重要度（VIP）值可量化每個變量對分類貢獻(xiàn)的大小，值越大表示貢獻(xiàn)越大，VIP值大于1的變量屬于分類鑒定中的重要標(biāo)記指標(biāo)［10］。71 種揮發(fā)性組分中28 個揮發(fā)性物質(zhì)VIP＞1.0，可作為區(qū)分不同茶區(qū)綠茶香氣特征的標(biāo)志物，其中序號為28、27、36、37、64、39、31、5、38的9 個揮發(fā)性物質(zhì)變量VIP 值大于1.5。從PLS-DA 載荷（圖2）可知，十三烷、十四烷、十七烷、十五烷、2-正戊基呋喃可作為鄂西武陵山及宜昌三峽茶區(qū)綠茶的特征揮發(fā)性組分；鄰氨基苯甲酸甲酯、2，4-二甲氧基甲苯、苯乙氰可作為鄂西北秦巴山茶區(qū)綠茶的特征揮發(fā)性組分；香葉醇、藏紅花醛、丁酸-反-2-已烯酯、順-3-已烯乙酸酯、已酸-3-已烯酯、鄰苯二甲酸二丁酯可作為鄂東大別山茶區(qū)綠茶的特征揮發(fā)性組分。

圖2 PLS-DA 因子載荷

2.2.2 逐步判別分析 采用SPSS 軟件對不同茶區(qū)綠茶香氣組分進(jìn)行逐步判別分析，依次篩選出貢獻(xiàn)率較大的13 個判別指標(biāo)：橙花醇（X1）、順-橙花叔醇（X2）、鄰氨基苯甲酸甲酯（X3）、二十烷（X4）、2-乙基-4，5-二甲基噻唑（X5）、吲哚（X6）、香葉醇（X7）、植醇（X8）、丁酸-反-2-已烯酯（X9）、順-3-已烯乙酸酯（X10）、2-甲基奈（X11）、檸檬烯（X12）、δ-杜松烯（X13），建立不同產(chǎn)區(qū)綠茶判別模型。

提取模型前3 個典型判別函數(shù)F1、F2、F3，特征值分別為37.144、3.686、2.476，方差貢獻(xiàn)率分別為85.80%、8.50%、5.70%，對判別函數(shù)的統(tǒng)計學(xué)意義進(jìn)行檢驗，P＜0.01。以40 個樣品的前兩個判別函數(shù)得分作散點（圖3），4 個不同茶區(qū)的綠茶樣品能較好地分開。對樣品進(jìn)行回代檢驗和交叉檢驗分析，回代檢驗判別率為100.00%，交叉檢驗判別率97.50%（表2）。

表2 不同產(chǎn)區(qū)綠茶產(chǎn)地判別分析結(jié)果

圖3 判別函數(shù)1、2 得分散點

3 結(jié)論

采用SPME/GC-MS 方法，從湖北4 大茶區(qū)40 份春季名優(yōu)綠茶中共鑒定出71 種揮發(fā)性香氣化合物。采用偏最小二乘判別分析鑒定出鄂西武陵山及宜昌三峽茶區(qū)綠茶樣品特征揮發(fā)性組分為十三烷、十四烷、十七烷、十五烷、2-正戊基呋喃；鄂西北秦巴山茶區(qū)綠茶樣品特征揮發(fā)性組分為鄰氨基苯甲酸甲酯、2，4-二甲氧基甲苯、苯乙氰；鄂東大別山茶區(qū)綠茶樣品特征揮發(fā)性組分為香葉醇、藏紅花醛、丁酸-反-2-已烯酯、順-3-已烯乙酸酯、已酸-3-已烯酯、鄰苯二甲酸二丁酯。不同茶區(qū)綠茶樣品的特征揮發(fā)性組分在其茶區(qū)綠茶樣品中的含量明顯高于其他茶區(qū)。

偏最小二乘判別分析可將不同茶區(qū)綠茶樣品初步區(qū)分，逐步判別分析能較好地將不同茶區(qū)樣品區(qū)分開，區(qū)分判別效果優(yōu)于偏最小二乘判別分析。逐步判別分析篩選的用于不同茶區(qū)綠茶判別的13 個香氣組分中，順-橙花叔醇、鄰氨基苯甲酸甲酯等9個香氣組分在偏最小二乘判別分析中的VIP 值大于1.0，橙花醇、吲哚、2-甲基奈、檸檬烯4 個香氣組分的VIP 值小于1.0。在進(jìn)行判別分析時，可采用多種判別分析方法，本研究利用逐步判別分析可對不同茶區(qū)綠茶樣品進(jìn)行有效區(qū)分，結(jié)合偏最小二乘判別分析得出不同茶區(qū)的特征性香氣組分。