SPME-GC/MS法分析开阳富硒茶香气成分

刘志刚，吉宁，王瑞 ，谢晓林

（1.贵阳学院食品与制药工程学院，贵州贵阳550005；2.贵州省果品加工工程技术研究中心，贵州贵阳550005）

香气是重要的茶叶品质因素，茶叶中的香气成分少部分来自于鲜茶叶，大部分是在加工过程中通过酶促反应与热化学反应等产生的，由于受茶树品种、生态环境和加工方法的影响，茶叶产品有着丰富多样的香型，如清香、粟香、甜香、花香、果香和陈香等。为了探讨各类茶叶香型的形成机理和内在化学本质，已有大量文献报道采用气-质联用技术（GC-MS）对不同香型茶叶的香气物质种类和含量进行研究[1-3]。

顶空固相微萃取（headspace solid phase microextraction，HS-SPME）技术于20世纪90年代发展起来，与传统的液-液萃取、固相萃取（SPE）、超临界CO2萃取（SFE）和连续亚临界水萃取法（CSWE）等捕集茶叶香气的方法相比，具有所需样品量少、灵敏度高、操作简单、方便快捷且不需有机溶剂等特点，采用该方法所处理样品可直接在GC或GC-MS等分析仪器上进行分析，因此广泛应用于茶叶中香气物质的捕集[4-14]。将SPME与GC-MS技术相结合，可以快速分析出茶叶样品中香气成分的组成，但不同茶叶中香气成分的组成差异较大，分析不同茶叶样品所适用萃取头类型、萃取温度和萃取时间等方面存在较大的差异。

贵州开阳地区是我国公认的富硒地区[15-16]，也是贵州省重要的茶叶产地之一，但迄今为止，尚未见到有关开阳富硒茶香气成分的研究报道。本研究以贵州开阳富硒茶为研究对象，拟采用顶空-固相微萃取技术结合GC-MS法分析开阳富硒茶的香气成分，通过单因素比较法对复合50/30 μm DVB/CAR/PDMS、键合型 PDMS（涂层厚度 7 μm）、键合型 PDMS（涂层厚度100 μm）和 PA（涂层厚度 85 μm）等 4种常用于捕集茶叶中香气物质的商品化固相微萃取头进行了研究，并对GC-MS分析条件进行优化，为开阳富硒茶评价分级和提高其品质提供科学参考。

1 材料与方法

1.1 实验材料

以2012年4月6日采自贵州省开阳县南江乡某茶场一芽一叶鲜叶为原料，按当地加工工艺制成开阳富硒绿茶，保存于干燥器中。

1.2 仪器与设备

GC-MS-QP 2010E型气相色谱-质谱联用仪：日本岛津公司；手动固相微萃取进样器，复合50/30 μm DVB/CAR/PDMS、键合型 PDMS（涂层厚度 7 μm）、键合型 PDMS（涂层厚度 100 μm）、PA（涂层厚度 85 μm）固相微萃取头：美国Supelco公司；PC-420D型恒温磁力搅拌器：美国Corning公司；40 mL萃取瓶；AUW 120D型分析天平：日本岛津公司。

1.3 方法

1.3.1 香气物质的吸附与解吸

称取开阳富硒茶样品1.0 g，放入40 mL萃取瓶内，内置磁力搅拌子，拧紧瓶盖防止挥发性成分外溢，立即置于80℃恒温水浴平衡10 min，使茶叶香气充分挥发和平衡，然后插入预先老化好的固相微萃取头，固定好固相微萃取的手柄，小心推出纤维头并开始计时，开启恒温80℃磁力搅拌装置，顶空萃取60 min后，取出微萃取头后立即插入GC-MS仪进样口，在230℃下解析5 min。

1.3.2 GC-MS分析条件

GC条件：Rxi-5MS石英毛细管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；He气为载气，纯度大于99.999%，柱流量1.2 mL/min；进样口温度 230 ℃，分流比 2∶1；起始柱温为30℃，保持5 min，以1℃/min升到 120℃，保持5 min，以2℃/min升到160℃，保持5 min，以5℃/min升到220℃，保持10 min。

MS条件：电子轰击离子源（EI），离子源温度200℃，电子能量70 eV，接口温度230℃，质量扫描范围40 u～550 u，扫描速度909 u/s，光电倍增管电压800 V。

1.3.3 数据分析

从GC-MS所采集数据中挑选出匹配度大于等于85%的色谱峰，经NIST08标准谱库检索并查阅相关参考文献[17-18]，通过分析基峰、质核比和相对丰度等信息确定各色谱峰对应的物质结构，以各组分峰面积占总峰面积的百分比表示其相对含量。

2 结果与分析

2.1 香气物质捕集条件的优化

2.1.1 固相微萃取头的选择

4种不同类型固相微萃取头捕集开阳富硒茶香气成分的比较分析结果表明，不同种类的固相微萃取头对香气成分的影响很大，其中以复合50/30 μm DVB/CAR/PDMS固相微萃取头捕集的香气组分数最多，分别为键合型 PDMS（涂层厚度 7 μm）、键合型 PDMS（涂层厚度 100 μm）和 PA（涂层厚度 85 μm）3 种固相微萃取头捕集香气组分数的3.2、2.1倍和2.9倍。因此，在开阳富硒茶香气成分捕集时宜选用DVB-CAR-PDMS固相微萃取头。

2.1.2 萃取温度的确定

采用复合50/30 μm DVB/CAR/PDMS固相微萃取头，分别于 50、60、70、80、90 ℃等不同温度条件下对开阳富硒茶中香气成分进行捕集，经GC-MS分析获得不同萃取温度下样品的香气组分的总峰面积。

图1 萃取温度对香气成分提取的影响Fig.1 Effect of temperature on the extraction of aromatic components

由图1可以看出，香气组分的数量和组分总峰面积在萃取温度高于60℃时均有较明显增加，在80℃时达到最大值，之后随着萃取温度的升高香气组分数量和组分总峰面积逐渐减小，因此最终确定最佳萃取温度为80℃。

2.1.3 萃取时间的确定

在80℃萃取温度下，采用复合50/30μmDVB/CAR/PDMS 固相微萃取头，分别于 30、45、60、75、90 min 等不同吸附时间下进行开阳富硒茶香气物质的捕集，经GC-MS分析获得不同萃取时间样品香气组分数量和总峰面积，由图2所示测定结果表明，随着吸附时间的延长，香气组分不断增加，且香气物质的吸附量逐渐增加，但60 min后继续增加萃取时间，香气物质吸附量的变化已不大，样品中香气物质吸附和解吸基本达到动态平衡，最终确定最佳吸附时间为60 min。

图2 萃取时间对香气成分提取的影响Fig.2 Effect of adsorption time on the extraction of aromatic components

2.2 香气成分的GC-MS分析

采用优化后的HS-SPME条件捕集开阳富硒茶中的香气物质，经GC-MS联用仪分析后得到其总离子流图，如图3所示。由GC-MS所采集数据经NIST08标准谱库检索并查阅相关参考文献，从中挑选出匹配度大于等于85%的色谱峰，以各组分峰面积占总峰面积的百分比表示其相对含量，共检出开阳富硒茶中57种香气组分，结果见表1，香气成分的鉴定率为78.58%。由结果可以看出，其中醇类14种，占总峰面积的29.62%，含量比较高的有顺-3-己烯醇（10.31%）、苯乙醇（4.93%）、苯甲醇（4.39%）和 1-戊醇（4.25%）等；醛类9种，占22.53%，主要有正戊醛（7.15%），己醛（5.55%）和2-甲基丁醛（4.84%）等；烷烃类14种，占 11.07%，主要有 3，6-二甲基-癸烷（2.92%）、3-乙基甲苯（1.94%）、正十四烷（1.84%）和间二甲苯（1.23%）等；酮9种，占4.52%，主要有异亚丙基丙酮（1.62%）等；此外，还含有烯烃5种，酯类3种，其他类3种。

图3 开阳富硒茶香气成分GC/MS总离子流图Fig.3 TIC of aromatic components in teas extracted by HS-SPME

表1 开阳富硒茶香气成分GC/MS分析结果Table 1 GC-MS analytical results of aromatic components of selenium-enriched tea from Kaiyang

续表1 开阳富硒茶香气成分GC/MS分析结果Continue table 1 GC-MS analytical results of aromatic components of selenium-enriched tea from Kaiyang

续表1 开阳富硒茶香气成分GC/MS分析结果Continue table 1 GC-MS analytical results of aromatic components of selenium-enriched tea from Kaiyang

3 结论与讨论

1）贵州开阳地区是我国重要的富硒茶产地，也是贵州省重要的茶叶产地之一，本研究首次以开阳富硒茶为研究对象，采用顶空-固相微萃取技术结合GC-MS法分析了富硒茶中的香气成分，经过单因素试验优化后的提取条件为样品用量1.0 g（萃取瓶40 mL），水浴80℃条件下平衡10 min，萃取时间60 min，在230℃下解析5 min。

2）固相微萃取效果主要取决于不同的萃取头，萃取头上的涂层材料的种类和厚度均影响提取效率，非极性的PDMS萃取头对非极性香气物质吸附力较强，极性的PA萃取头对极性的香气物质吸附力较强，而DVB-CAR-PDMS因兼有极性和非极性涂层，吸附范围较广。本研究比较了市售4种常用于测定香气物质的商品化固相微萃取头，结果表明，复合固相微萃取头DVBCAR-PDMS（30 μm/50 μm）所吸附的茶叶香气物质种类较多，最适合于开阳富硒茶香气成分的测定。

3）通过对贵州开阳富硒茶香气成分的分析归类，在57种香气组分中，醇类14种，占总峰面积的29.62%，含量比较高的有顺-3-己烯醇（10.31%）、苯乙醇（4.93%）、苯甲醇（4.39%）和1-戊醇（4.25%）等；醛类9种，占22.53%，主要有正戊醛（7.15%），己醛（5.55%）和 2-甲基丁醛（4.84）等；烷烃类14种，占11.07%，主要含有 3，6-二甲基-癸烷（2.92%）、3-乙基甲苯（1.94%）、正十四烷（1.84%）和间二甲苯（1.23%）等；酮9种，占4.52%，主要有异亚丙基丙酮（1.62%）等。开阳富硒茶中主要香气成分是醇和醛类，通常具有清香或花果香味，是茶叶香气的主体部分，且主要以脂肪族化合物为主，芳香族和萜烯类化合物种类较少。

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