高溫長時(shí)輝干工藝對廣東炒青綠茶香氣組分的影響

胡 蝶，陳 維，馬成英，方壯東，黃海英，苗愛清,*

（1.廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所，廣東省茶樹資源創(chuàng)新利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510640；2.汕尾市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，廣東 汕尾 516600；3.梅州市農(nóng)林科學(xué)院茶葉研究所，廣東 梅州 514000）

綠茶是我國茶產(chǎn)業(yè)的絕對主力，其產(chǎn)銷量均居六大茶類之首[1]。綠茶的加工工序主要為攤放、高溫殺青、揉捻和干燥，其中干燥是影響綠茶品質(zhì)的關(guān)鍵步驟[2]。根據(jù)干燥方式的差異，綠茶可被分為炒青綠茶、烘青綠茶、曬青綠茶等[2]。宛曉春等[3]研究發(fā)現(xiàn)，炒青綠茶較烘青綠茶香氣持久，且炒青綠茶中具有蜜糖香和花果香特征的揮發(fā)性有機(jī)化合物含量較高。張銘銘等[4]通過化學(xué)成分檢測、紅外輔助頂空固相微萃取與氣相色譜-質(zhì)譜（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）聯(lián)用技術(shù)，比較了多種干燥工藝對綠茶品質(zhì)形成的影響，結(jié)果顯示在滾筒輝干條件下制得的炒青綠茶，其氨基酸和可溶性糖含量較高，且茶葉香氣表現(xiàn)為綠茶的優(yōu)質(zhì)香型üü栗香。

廣東傳統(tǒng)炒青綠茶是廣東梅州、惠州、河源、汕尾等客家地區(qū)的主要飲用茶類，有別于其他炒青綠茶的干燥工藝，制作廣東傳統(tǒng)炒青綠茶要求輝干溫度高且時(shí)間長[5-6]。輝干是炒青綠茶的最后一道干燥工序[7]，高溫長時(shí)這一輝干要求不僅有利于茶葉外形塑造，而且賦予了廣東傳統(tǒng)炒青綠茶獨(dú)特的香氣特征，極具地方特色。但是，目前關(guān)于廣東傳統(tǒng)炒青綠茶的香氣研究，仍以感官描述為主[8]，缺乏理論依據(jù)。本研究采用頂空固相微萃取結(jié)合GC-MS進(jìn)行揮發(fā)性有機(jī)化合物組分檢測，借助香氣感官審評，進(jìn)一步明確了廣東傳統(tǒng)炒青綠茶的香氣化學(xué)物質(zhì)基礎(chǔ)，并通過多元統(tǒng)計(jì)分析，探討高溫長時(shí)輝干工藝對炒青綠茶香氣品質(zhì)的影響。這不僅為完善廣東傳統(tǒng)炒青綠茶的生產(chǎn)管理、統(tǒng)一其質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)給予科技支撐，還可為茶葉香氣定向調(diào)控提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

實(shí)驗(yàn)所用茶鮮葉按一芽二葉標(biāo)準(zhǔn)采摘，茶樹品種為金觀音，采摘時(shí)間為2020年8月。

C7～C30飽和正構(gòu)烷烴、癸酸乙酯（均為色譜純）德國Merck公司。

1.2 儀器與設(shè)備

YS-6CST-90I型燃?xì)獠枞~茶青機(jī)、YS-6CRT-55型茶葉揉捻機(jī) 福建省泉州裕盛機(jī)械有限公司；DVB/CarbonWR/PDMS Smart SPME Arrow（1.1 mm，120/20 μm）、多功能自動(dòng)進(jìn)樣系統(tǒng)RTC120 瑞士CTC Analytics AG公司；DB-5MS毛細(xì)管色譜柱（60 mh0.32 mm，0.25 μm）、8890-5977B GC-MS聯(lián)用儀美國Agilent公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品制備

將茶鮮葉進(jìn)行廣東傳統(tǒng)炒青綠茶加工，工藝流程：攤青（厚度10～15 cm，待含水量降至68%～70%）→殺青（投葉量15 kg/機(jī)，溫度設(shè)置為280 ℃，葉溫80 ℃，殺青時(shí)間5～6 min）→揉捻（投葉量25 kg/機(jī)，加壓過程為空揉-輕壓-空揉-重壓-空揉，揉捻時(shí)間25 min）→解塊→炒二青（溫度260 ℃，葉溫83 ℃，炒制時(shí)間30 min）→炒三青（溫度145～150 ℃，葉溫100～110 ℃，炒制時(shí)間30 min）→輝干（溫度110 ℃或120 ℃，葉溫100～110 ℃，時(shí)間設(shè)置為1、2、4 h或6 h）。所制樣品將用于香氣感官審評及香氣組分檢測。

1.3.2 香氣感官審評

參照GB/T 23776ü2018《茶葉感官審評方法》[9]進(jìn)行。

1.3.3 頂空固相微萃取

稱取茶粉（1.000f0.005）g置于20 mL頂空瓶中，加入100 μg/mL癸酸乙酯-正己烷溶液2 μL并迅速擰緊瓶蓋，各樣品重復(fù)3次；接著將頂空瓶置于加熱振蕩器中，60 ℃平衡5 min；隨后使用DVB/CarbonWR/PDMS萃取頭進(jìn)行萃取，萃取溫度60 ℃，萃取時(shí)間40 min。

1.3.4 GC-MS檢測條件

GC條件：進(jìn)樣口溫度250 ℃；運(yùn)行不分流模式；載氣為高純氦氣（99.9%），流量為1 mL/min；程序升溫的初始柱溫為35 ℃，保持2 min，然后以5 ℃/min升溫至250 ℃，不保持?？偡治鰰r(shí)間為45 min。

MS條件：電子電離源；電子能量70 eV；傳輸線溫度和離子源溫度均為230 ℃，四極桿溫度150 ℃；運(yùn)行全掃描模式，質(zhì)量掃描范圍m/z35～350；溶劑延遲時(shí)間7.5 min。

1.4 數(shù)據(jù)處理

通過MassHunter工作站中的未知物分析軟件（Unknowns Analysis，Version 10.0，美國Agilent公司）對GC-MS檢測所獲原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；以質(zhì)譜數(shù)據(jù)（匹配度得分大于70.0）和線性保留指數(shù)（偏差在10個(gè)單位內(nèi)）為依據(jù)，結(jié)合NIST 17質(zhì)譜庫的比對結(jié)果，對揮發(fā)性有機(jī)化合物進(jìn)行定性分析。定量分析采用內(nèi)標(biāo)法（內(nèi)標(biāo)為癸酸乙酯），按下式計(jì)算化合物含量：

首先，基于各個(gè)化合物在各組樣品中的定性結(jié)果，運(yùn)用TBtools軟件[10]繪制UpSet圖。隨后，對定性和定量后的化合物數(shù)據(jù)依次實(shí)施以下前處理：1）按每種化合物最小值的1/5執(zhí)行缺失值填充，2）以每種化合物為一組執(zhí)行均值方差歸一化[11]?；谇疤幚砗蟮臄?shù)據(jù)，利用MetaboAnalyst 5.0[11]和R[12]進(jìn)行主成分分析（principle component analysis，PCA）、層次聚類分析（hierarchical cluster analysis，HCA）、偏最小二乘法判別分析（partial least squares-discrimination analysis，PLS-DA）及方差分析（ANOVA）。在HCA中，采用歐式距離進(jìn)行聚類度量，以Ward’s方法為聚類準(zhǔn)則；在PLS-DA中，同時(shí)采用留一法交叉驗(yàn)證和置換檢驗(yàn)度量模型性能。熱圖由TBtools軟件[10]繪制而成。

2 結(jié)果與分析

2.1 輝干溫度和時(shí)間對炒青綠茶香氣特征的影響

以不同輝干參數(shù)制得8 份炒青綠茶，利用感官審評比較各炒青綠茶的香氣特征。結(jié)果顯示，8 份炒青綠茶可根據(jù)香氣特征歸為4類，分別為蜜香帶清香（110 ℃_1 h）、栗香帶清香（110 ℃_2 h、110 ℃_4 h、120 ℃_1 h、120 ℃_2 h）、蜜香（110 ℃_6 h）和蜜栗香（120 ℃_4 h、120 ℃_6 h）（表1）。由此可見，不同輝干溫度和時(shí)間的處理可塑造出多種類型的香氣品質(zhì)，且香氣特征的變化與輝干溫度高低和輝干時(shí)間長短相關(guān)。

表1 不同輝干參數(shù)所制炒青綠茶的香氣感官審評結(jié)果Table 1 Sensory aroma scores of roasted green tea processed with different final roasting parameters

2.2 輝干溫度和時(shí)間對炒青綠茶香氣組分的影響

為進(jìn)一步了解輝干溫度和時(shí)間對炒青綠茶香氣的影響，利用頂空固相微萃取和GC-MS檢測分析炒青綠茶的香氣組分。在8 組茶樣中，共定性出58種揮發(fā)性有機(jī)化合物，其中醛類11種、烴類22種、酮類4種、醇類10種、酯類7種、其他4種（表2）。

在8 組炒青綠茶樣品（110 ℃_1、2、4、6 h，120 ℃_1、2、4、6 h）中分別鑒定出揮發(fā)性有機(jī)化合物50、50、51、52、52、49、53、51種（表2）。由圖1可知，45種揮發(fā)性有機(jī)化合物在8 組茶樣中均有檢出，占定性化合物總量的77.6%。這說明，不同輝干溫度和時(shí)間下制得的炒青綠茶中，揮發(fā)性有機(jī)化合物的組成存在相似性。

表2 不同輝干參數(shù)所制炒青綠茶的香氣組分Table 2 Aroma profiles of roasted green tea processed with different final roasting parameters

圖1 基于各炒青綠茶樣品中揮發(fā)性有機(jī)化合物數(shù)量的UpSet圖Fig.1 UpSet plot based on number of volatile organic compounds identified in roasted green tea samples

2.3 炒青綠茶香氣特征與揮發(fā)性有機(jī)化合物之間的關(guān)系

采用2種非監(jiān)督分類方法PCA和HCA對揮發(fā)性有機(jī)化合物進(jìn)行歸類，同時(shí)與香氣感官審評分類結(jié)果進(jìn)行比較，明確炒青綠茶香氣特征與揮發(fā)性有機(jī)化合物之間的關(guān)系?；?8種揮發(fā)性有機(jī)化合物開展PCA，由圖2可知，炒青綠茶樣品在PC1和PC2方向上大致被分為4 部分，其中110 ℃_2、4 h和120 ℃_1、2 h四組樣品較為聚集，120 ℃_4、6 h兩組樣品較為聚集，與香氣感官審評分類情況一致。

圖2 基于58種揮發(fā)性有機(jī)化合物的PCA得分圖Fig.2 Score plot of PCA based on 58 volatile organic compounds

HCA結(jié)果顯示，8 組炒青綠茶樣品被歸為3個(gè)類別，其中聚類I為樣品110 ℃_2 h、110 ℃_4 h、110 ℃_6 h、120 ℃_1和120 ℃_2 h，聚類II為樣品110 ℃_1 h，聚類III為樣品120 ℃_4 h和120 ℃_6 h（圖3）。雖然聚類結(jié)果與香氣感官審評結(jié)果稍有區(qū)別，但與PCA結(jié)果相似，即在PC1方向上，樣品110 ℃_2 h、110 ℃_4 h、110 ℃_6 h、120 ℃_1和120 ℃_2 h較為聚集（圖2）。

圖3 基于58種揮發(fā)性有機(jī)化合物的HCA樹狀圖Fig.3 Dendrogram of HCA based on 58 volatile organic compounds

綜合PCA和HCA的結(jié)果可知，樣品基于揮發(fā)性有機(jī)化合物的分類和基于香氣感官審評的分類總體一致。這說明，從8 組炒青綠茶樣品中檢測出的揮發(fā)性有機(jī)化合物組分與各茶樣的香氣特征相關(guān)。

2.4 具有不同香氣特征的炒青綠茶之間的差異揮發(fā)性有機(jī)化合物

由于炒青綠茶的香氣特征與揮發(fā)性有機(jī)化合物存在關(guān)聯(lián)，進(jìn)一步利用PLS-DA法，尋找對香氣特征變化貢獻(xiàn)較大的差異揮發(fā)性有機(jī)化合物。以香氣感官審評的歸類情況將炒青綠茶樣品進(jìn)行分組，利用單因素方差分析在4 組樣品間篩選獲得46種差異化合物（P＜0.05），然后以此進(jìn)行PLS-DA，見圖4。交叉驗(yàn)證結(jié)果顯示，采用前4個(gè)PC構(gòu)成的PLS-DA模型中，R2和Q2分別為0.918 7和0.758 0，兩者總體較高且接近；同時(shí)，模型在置換檢測中的經(jīng)驗(yàn)P值小于0.005。這說明此處的PLS-DA模型穩(wěn)健，可用于差異化合物的挑選。

圖4 基于香氣特征及46種差異揮發(fā)性有機(jī)化合物的PLS-DA得分圖Fig.4 Score plot of PLS-DA based on aroma characteristics and 46 differential volatile organic compounds

隨后，以變量投影重要度（variables important in the projection，VIP）大于1.0為條件，從46種差異揮發(fā)性有機(jī)化合物中選出影響炒青綠茶香氣特征的32種關(guān)鍵香氣成分，并以此進(jìn)行基于溫度和時(shí)間加工條件的雙因素方差分析和熱圖繪制，結(jié)果見圖5。17種關(guān)鍵香氣成分含量受到溫度因素、時(shí)間因素和溫度-時(shí)間交互因素的顯著影響（P＜0.05），其中β-波旁烯和β-石竹烯在香氣特征為蜜香的樣品（110 ℃_6 h）中含量最高，香葉醇在具有蜜栗香的樣品（120 ℃_4、6 h）中含量較低，2,6,6-三甲基-1,3-環(huán)己二烯-1-甲醛僅在樣品120 ℃_4 h中檢出，2-乙?；量﹥H在樣品120 ℃_6 h檢出，β-紅沒藥烯僅在樣品110 ℃_6 h中檢出。12種關(guān)鍵香氣成分含量受溫度因素和時(shí)間因素的顯著影響（P＜0.05），除壬醛未在樣品120 ℃_4 h和120 ℃_6 h中檢出外，其余11種關(guān)鍵香氣成分均在具有蜜栗香的樣品（120 ℃_4、6 h）中含量較高，而在具有蜜香帶清香的樣品（110 ℃_1 h）中含量較低。此外，時(shí)間因素和溫度-時(shí)間交互因素顯著影響α-蓽澄茄油烯和δ-杜松烯含量（P＜0.05），溫度因素顯著影響α-甜旗烯含量（P＜0.05），α-蓽澄茄油烯在香氣特征為蜜香的樣品（110 ℃_6 h）中含量最高，δ-杜松烯和α-甜旗烯在具有蜜栗香的樣品（120 ℃_4、6 h）中含量較高，且這3種關(guān)鍵香氣成分均在具有蜜香帶清香的樣品（110 ℃_1 h）中含量較低。

圖5 32種關(guān)鍵香氣成分熱圖Fig.5 Heatmap showing the abundances of 32 key aroma components in each roasted green tea sample

3 討論與結(jié)論

香氣是衡量茶葉品質(zhì)高低的重要指標(biāo)，其本質(zhì)是不同種類、不同含量的揮發(fā)性有機(jī)化合物組合[13-15]。綠茶的代表香型有栗香、清香等，不同香型綠茶間的揮發(fā)性有機(jī)化合物組分存在差異[16-19]。加工工藝是影響綠茶香氣品質(zhì)的重要因素之一[20]，汪蓓等[21]以不同殺青溫度制作綠茶，發(fā)現(xiàn)隨著溫度升高，所制綠茶的栗香和清香特征逐漸凸顯；藺志遠(yuǎn)等[22]研究表明，提高干燥溫度可增加綠茶中揮發(fā)性有機(jī)化合物的含量，提升綠茶香氣的強(qiáng)度和舒爽度。

本研究通過設(shè)置不同輝干溫度和時(shí)間的參數(shù)組合，獲得了8 組炒青綠茶樣品。感官審評結(jié)果顯示，所制綠茶樣品的香氣特征共有4類，分別為蜜香帶清香（110 ℃_1 h）、栗香帶清香（110 ℃_2 h、110 ℃_4 h、120 ℃_1 h、120 ℃_2 h）、蜜香（110 ℃_6 h）以及蜜栗香（120 ℃_4 h、120 ℃_6 h）。利用空固相微萃取與GC-MS共檢測到58種揮發(fā)性有機(jī)化合物，其中45種化合物存在于所有樣品。使用統(tǒng)計(jì)分析篩選獲得32種關(guān)鍵香氣成分，絕大部分化合物表現(xiàn)為蜜栗香組（120 ℃_4、6 h）含量高于蜜香帶清香組（110 ℃_1 h），例如具有果香的3-壬酮、(Z)-2-甲基丁酸-3-己烯酯[23]，具有花香的香葉基丙酮、芳樟醇氧化物[23-24]，具有木香的δ-杜松烯、α-甜旗烯[25]等。香葉醇是綠茶中一種常見的揮發(fā)性有機(jī)化合物，其香氣表現(xiàn)為玫瑰花香[23]，研究表明，該化合物含量會(huì)隨著綠茶加工過程的推進(jìn)而逐漸下降[26-27]。本研究也出現(xiàn)了類似變化，即香葉醇的含量隨著輝干時(shí)間延長而降低。有研究者利用全二維氣相色譜-飛行時(shí)間質(zhì)譜技術(shù)，結(jié)合香氣活性值及氣相色譜-嗅聞-質(zhì)譜聯(lián)用法，發(fā)現(xiàn)芳樟醇和β-紫羅蘭酮既是綠茶栗香品質(zhì)的關(guān)鍵呈香成分，也是綠茶清香品質(zhì)的重要貢獻(xiàn)物[28-29]。相較于其他樣品，蜜栗香組樣品（120 ℃_4、6 h）具有較高含量的芳樟醇和β-紫羅蘭酮，雙因素方差分析顯示，芳樟醇含量受到溫度因素、時(shí)間因素和溫度-時(shí)間交互因素的顯著影響，β-紫羅蘭酮含量受到溫度因素和時(shí)間因素的顯著影響。壬醛是綠茶清香品質(zhì)的另一關(guān)鍵呈香物質(zhì)，具有類似甜橙的香氣特征[29]。本研究發(fā)現(xiàn)，除蜜栗香組樣品（120 ℃_4、6 h）外，其余樣品均能檢出壬醛，且該化合物含量在樣品120 ℃_1 h中最高。β-紅沒藥烯具有花香特征[24]，但僅在蜜香組樣品（110 ℃_6 h）中檢出。β-波旁烯和α-蓽澄茄油烯具有草藥氣味[25]，β-石竹烯具備類似丁香的香氣特征[23]，其含量都在樣品110 ℃_6 h中最高，且均受到時(shí)間因素和溫度-時(shí)間交互因素的顯著影響。氨基酸和糖在熱作用下經(jīng)美拉德反應(yīng)可生成糠醛、吡咯、呋喃等具有烘炒香的化合物[30-32]，本研究在所制炒青綠茶中檢測出3-糠醛、2-乙?；量┖?-戊基呋喃的存在，其中3-糠醛和2-乙?；量┍缓Y選為影響炒青綠茶香氣特征的關(guān)鍵成分，雙因素方差分析顯示，這2種化合物的含量均受到溫度因素、時(shí)間因素和溫度-時(shí)間交互因素的顯著影響。

本研究以廣東傳統(tǒng)炒青綠茶干燥工藝為切入點(diǎn)，探討高溫長時(shí)輝干工藝對炒青綠茶香氣特征及相關(guān)揮發(fā)性有機(jī)化合物含量的影響。結(jié)果顯示，8 組工藝參數(shù)可制得4類具有不同香氣特征的炒青綠茶，17種關(guān)鍵香氣成分的含量受到溫度因素、時(shí)間因素和溫度-時(shí)間交互因素的顯著影響（P＜0.05），12種關(guān)鍵香氣成分的含量受到溫度因素和時(shí)間因素的顯著影響（P＜0.05），2種關(guān)鍵香氣成分的含量受到時(shí)間因素和溫度-時(shí)間交互因素的顯著影響（P＜0.05），1種關(guān)鍵香氣成分的含量受到溫度因素的顯著影響（P＜0.05）。所獲研究結(jié)果不僅能豐富廣東傳統(tǒng)炒青綠茶的香氣研究，還可為茶葉香氣品質(zhì)定向調(diào)控技術(shù)提供參考。