利用茉莉花茶香气指数鉴定其窨制品质及构建决策树模型

唐夏妮，夏益民，雷永宏，王校常，林杰*

1. 浙江农林大学农业与食品科学学院，浙江省农产品品质改良技术研究重点实验室，浙江 杭州 311300；2. 浙江省遂昌县农业局茶叶技术推广站，浙江 丽水 323300；3. 浙江大学茶学系，浙江 杭州 310058

利用茉莉花茶香气指数鉴定其窨制品质及构建决策树模型

唐夏妮1，夏益民2，雷永宏2，王校常3，林杰1*

1. 浙江农林大学农业与食品科学学院，浙江省农产品品质改良技术研究重点实验室，浙江 杭州 311300；2. 浙江省遂昌县农业局茶叶技术推广站，浙江 丽水 323300；3. 浙江大学茶学系，浙江 杭州 310058

在检测分析32个茉莉花茶样挥发性成分的基础上，结合文献引证分析了茉莉花茶、茉莉花、茉莉花干和茶坯的茉莉花茶香气指数（Jasmine tea flavor index，JTF index）。结果表明，JTF值与茉莉鲜花的芳香物质整体挥发水平存在相关性；针对29种特征挥发物对32个茉莉花茶茶样进行主成分分析（Principal component analysis，PCA），得到不同窨制品质的显著聚类特征，推断JTF指数与29种特征挥发物的缺失可作为茉莉花茶窨制品质判定指标。进一步构建这32个茉莉花茶茶样窨制品质的决策树鉴定模型（判别准确率为93.8%），确定特征挥发物的缺失峰数（节点为＜4）和JTF值（节点为0.915）为判定节点，证实了JTF值与29种特征挥发物的缺失可应用于茉莉花茶窨制品质鉴定与掺假判别，并且建立决策树模型，能够快速、准确检测出不同窨制品质的茉莉花茶，尤其为掺假（如添加香精）等检测提供依据。

茉莉花茶；茉莉花茶香气指数；HS-SPME/GC-MS；主成分分析；决策树

茉莉花茶是世界上销量最大的窨制茶类，以其浓郁芬芳的花香和对自律神经、血压的舒缓作用[1]而受到消费者的喜爱。茉莉花茶的传统窨制工艺是将茶坯与茉莉鲜花（刚绽放）混合，在茶叶充分吸收了茉莉花香后，将花渣筛去，再加入新鲜的茉莉花进行窨制，有“三窨一提，五窨一提，七窨一提”之说。因茉莉鲜花的成本较高，一些商贩会将废花渣拌入茶叶，或者加以香精，制成茉莉花茶进行出售，这使得茉莉花茶窨制品质的准确鉴定及拌干掺制判别（如干花掺制、添加香精等）成为质量监控上亟须解决的重要问题[2-9]。

香气是茶叶主要的风味指标之一，在茉莉花茶的感官审评权重中更是占了40%[10-11]，朱金炎等[12]与马静[13]研究证实茉莉花茶挥发性成分主要来源于窨制过程中的茉莉鲜花。Edris[14]进一步证实茉莉花茶的主要香气成分为苯甲酸顺-3-己烯酯、芳樟醇、乙酸苄酯、邻氨基苯甲酸甲酯、顺-3-己烯醇、水杨酸甲酯及苯甲醇。施梦南等[15]认为茉莉花茶香气成分与价格存在相关性；蒋顾伟等[6]指出窨制茉莉花茶和添加香精茉莉花茶的主要香气成分类别及含量均存在较大差别，证实了香气组分作为茉莉花茶掺假判别依据的可行性。HS-SPME/GC-MS技术已被证明是一种快速准确及灵敏度高的茶叶挥发性成分提取方法[16-20]；本研究采用该技术对茉莉花茶、茉莉花挥发物组分进行探究，结合引证分析、JTF指数[5]及多变量统计方法的应用，对茉莉花茶窨制品质及花干拌入与否进行准确有效的判别。

1 材料与方法

1.1材料

茉莉花干样品、茉莉净油由广西横县芝兰茉莉花油加工厂直接提供；茉莉花茶茶样（32个）收集于广西横县茉莉花茶厂、相关质量检测单位及茶叶市场，皆为同一级别茶坯；由5名浙江大学茶学系审评专家组成审评组，依据《GB/T 23776—2009茶叶感官审评方法》和《GB/T 22292—2008茉莉花茶》，对茶样窨制品质进行鉴定及特征描述。经鉴定13个茶样为一窨及以上品质（简称为“窨制较佳”），11个为一窨品质以下（简称为“窨制较差”），8个为未窨制茶样[包括5个未窨制未添加香精样（以下简称“未窨制”）和3个未窨制添加香精样（以下简称“添加香精”）]。茶样都以铝箔袋密封，保存于4℃冰柜中待用。

1.2设备与仪器

SPME手持器（SAAB-57330U）和65 µm聚二甲基硅氧烷/二乙烯基苯（PDMS/DVB）萃取头（美国Supelco公司）；6890气相色谱-5973质谱仪（Agilent公司）；自制改良顶空瓶（容积150mL玻璃试验瓶）；HH-2型可控数显恒温水浴锅（金坛市江南仪器厂）。正构烷烃混标（n-alkane, C8～C20, Sigma-Aldrich, USA）。

1.3顶空固相微萃取（HS-SPME）香气采集

准确称取2g茶样（茉莉净油则为0.1g）放入100mL萃取瓶中，然后将装有65 µm PDMS/DVB萃取头（实验前老化5min）的SPME手持器通过瓶盖的橡皮垫插入到萃取瓶顶空中，推出纤维头。在50℃水浴中吸附20min后进行GC-MS分析。每个样品重复测定2次。

1.4气相质谱分析(GC-MS)条件

GC条件：升温程序为50℃保持5min，以3℃·min-1升温至220℃（保持5min），再以10℃·min-1升温至240℃（保持5min）。进样口温度220℃。色谱柱为HP-innowax色谱柱（30 m×0.25 mm×0.25 µm；Agilent Technologies，USA），以高纯度氦气（纯度＞99.999%）作为载气（流速1.0mL·min-1）。

MS条件：离子源温度200℃，电离方式EI，电子能量70 eV，扫描质量范围35～600 a.m.u；进样方式为直接将SPME手持器插入气相色谱仪进样口，推出纤维头，于220℃解吸附3.5min。

1.5物质鉴定

通过NIST98.L谱库进行的物质谱库鉴定及保留指数鉴定（RI）方法同Lin J.[21]。

1.6数据处理

经过峰的筛选，共得到32个茶样的29个共同峰，将其相对含量数据导入数据集。采用SIMCA-P+12.0软件进行主成分分析；SPSS17.0软件进行多变量统计分析。以“JTF值”、“缺失峰数”及芳樟醇、邻氨基苯甲酸甲酯、苯甲酸顺-3-己烯酯、吲哚、α-法尼烯、苯甲醇和乙酸苄酯的相对含量为9个变量，利用CRT决策树算法建模。

2 结果与分析

2.1茉莉花茶JTF指数的引证分析

通过收集国内外研究报道中有关茉莉花茶、茉莉花、茉莉花干及茶坯挥发性物质含量的有效数据，计算对应的JTF指数并进行对比分析（表1）。采用不同的香气采集方法进行的研究得知茉莉花（茉莉鲜花、净油、精油）的JTF值均高于3（仅李丽华[16]例外，为1.45～1.83）；无论是窨制后还是市售的茉莉花干，茉莉花JTF值都低于1，明显低于茉莉鲜花、净油、精油，这与相关挥发物的含量差异是密切相关的。Ito等[22]研究表明茉莉花茶香气主要由苯甲醇、芳樟醇、乙酸苄酯、氨茴酸甲酯组成；Edris[14]研究证实，芳樟醇、邻氨基苯甲酸甲酯、苯甲酸顺-3-己烯酯、吲哚和α-法尼烯均为茉莉花中含量最高的挥发性物质之一，其中吲哚、α-法尼烯、苯甲酸顺-3-己烯酯的含量甚至高于芳樟醇。而黄新安等[23]与本研究的结果皆表明，芳樟醇是茉莉花干中含量最高的挥发物质，邻氨基苯甲酸甲酯、苯甲酸顺-3-己烯酯、吲哚和α-法尼烯的含量则相对较低。茶坯的JTF指数较低（蒋顾伟[6]和马静[13]计算得到的JTF指数均为0.00）则是由于芳樟醇为茶叶中主要挥发物质之一，吲哚、α-法尼烯在窨制茶坯中含量相对较低，而邻氨基苯甲酸甲酯、苯甲酸顺-3-己烯酯未检测到。

通过对茉莉花从花苞到盛开的25小时间香气成分监测数据的分析，可得到JTF指数相对于茉莉花开放时间的变化规律（图1）。刚采下的花苞JTF值只有0.25，随着花苞的盛开，JTF值不断增大，经3 h后的1.17到盛开时达到最高的5.81，再经25 h后仍然高达3.59，呈现先明显上升后缓慢下降的趋势。王黎明等[25]发现随着茉莉花花蕾开放，香精油总量和组分都迅速增加，次日凌晨2点茉莉花完全开放，香精油总量达到最大值，同时茉莉花的开张度和开放率也达到最大值；黄新安等[23]研究显示提取的茉莉花茶香精油在凌晨3点出现最高值，说明香气形成的盛期是凌晨3点之前。这也从侧面反映了芳樟醇、邻氨基苯甲酸甲酯、苯甲酸顺-3-己烯酯、吲哚和α-法尼烯在茉莉花开放过程中挥发性质是不同的。本研究对市售茉莉花茶的检测表明，茉莉花茶的JTF值介于0.93和3.57之间（表1）。

表1　茉莉花茶、茉莉鲜花、茉莉花干及茶坯的JTF指数引证对比分析Table 1 Comparative analysis of JTF indices in jasmine tea, fresh jasmine flowers, dried jasmine flowers and scenting tea

图1　茉莉花采后JTF值随时间的变化（从当日16:00到次日17:00）Fig. 1 The change of JTF indices with time in Jasmine (From 16:00 to 17:00)

经以上引证分析可得出，JTF值在花苞中非常低，盛开期却较高，在花干中非常低。因此推断JTF值可以很好地反映茉莉花芳香物质的整体挥发水平。茉莉花茶窨制过程中，茶坯（JTF值非常低）吸收了大部分的茉莉鲜花芳香物质，窨制后茉莉花茶的JTF值上升，它的香气成分主要来自窨制过程中吸收的花香部分[26]，因此理论上，JTF指数可用于茉莉花茶窨花品质的鉴定。未进行常规窨制，而只是将茉莉花干掺入茶坯制得的茉莉花茶，其JTF指数理论上会明显低于常规窨制的茉莉花茶。此外，通过对蒋顾伟等[6]的研究中香气成分数据的采集，计算样品的JTF值，发现窨制茉莉花茶的JTF值达到8.92，而添加香精的茉莉花茶JTF值只有0.45，表明JTF指数在一定程度上可对茉莉花茶是否添加香精进行辅助鉴定。综上可知，JTF指数可用于茉莉花茶窨制品质鉴定，包括花干拌入、添加香精的判别。

2.2茉莉花茶窨制品质的主成分分析

本研究通过对不同等级茉莉花茶及茉莉净油的挥发物组分进行分析，得到了29种特征挥发物（不同等级茉莉花茶及茉莉净油能共同检测到[27]）。在对茉莉花茶、茉莉花净油和茉莉花干的挥发物分析中也发现（表2），这29种特征挥发物占茉莉花茶挥发物总体相对含量的95.02%，代表了大部分的茉莉花茶挥发物组分信息；这29种挥发物占茉莉净油挥发物总体相对含量的64.38%，反映了窨制过程中茶坯对挥发物的吸收具有一定的选择性，而这29种特征挥发物是茶坯窨制过程中吸收的主要挥发物组分。茉莉花干（市售）的挥发物中，这29种特征挥发物仅占总体相对含量的35.47%，且其中16种未检测到；因此检测这29种特征挥发物含量的高低及缺失与否，可以对茉莉花茶是否拌花干、添加香精进行有效的鉴别。

表2　茉莉花茶29种特征挥发物在茉莉花茶、茉莉花干和茉莉净油中的含量对比分析Table 2 Comparative analysis of 29 characteristic volatile compound contents in jasmine tea, dried jasmine flower and synthetic fragrance oil

基于这29种特征挥发物的相对含量数据，对13个窨制较佳样、11个窨制较差样、5个未窨制样和3个添加香精样进行主成分分析。共得到5个有效主成分（共解释74.9%的总变异），其中前2个主成分（分别解释27%和19%的总变异）的散点图能形成明显的不同窨制品质聚类（图2）。窨制较佳的13个茶样在PC1的负半轴形成聚类，而窨制较差、未窨制的16个茶样则分布于PC1的正半轴，窨制较差的11个样整体聚类于PC1 & PC2的正半轴区域；3个添加香精样分布于PC2的负半轴，并明显远离其他茶样。从侧面反映了芳樟醇、邻氨基苯甲酸甲酯、苯甲酸顺-3-己烯酯、吲哚和α-法尼烯在不同窨制品质茉莉花茶中组分及含量是存在差异的。

进一步对主成分分析载荷图（图3）进行分析，图中可以直观地观察载荷点（挥发物）与观测点（茶样）的相关性质及贡献大小。据报道[28]，茉莉花茶香气成分包括茶坯自身含有的，以及窨制过程中茶坯吸附的鲜花香气和烘焙过程中产生的香气；蒋顾伟[6]研究显示α-法尼烯、顺-3-苯甲酸叶醇酯、邻氨基苯甲酸甲酯、吲哚和芳樟醇这5种物质在窨制花茶与加香花茶中的含量存在较大差异，且前四者与窨制品质正相关，而芳樟醇反之；本文中窨制较佳茶样（PC1负半轴区域）呈正相关的变量（相关系数r＞0.8）为α-法尼烯、顺-3-苯甲酸叶醇酯、邻氨基苯甲酸甲酯和吲哚；芳樟醇则位于PC1正半轴区域，对窨制较差、未窨制茶样的贡献率最显著（相关系数r＞0.75）。而正是这5种挥发物构成了茉莉花茶香气指数，此图也反映了JTF指数与窨制品质之间明显的相关性。

2.3决策树判别茉莉花茶的窨制品质

2.3.1基于JTF指数和特征挥发物的决策树模型

图2　基于29种特征挥发物的茉莉花茶窨制品质主成分分析散点图Fig. 2 The scatterplot of Jasmine Tea scenting quality by PCA

图3　基于29种特征挥发物的茉莉花茶窨制品质载荷图Fig. 3 B Loading map of jasmine tea scenting quality based on twenty-nine volatile compounds

由文献引证分析、挥发物组分对比及窨制品质主成分分析可知，JTF指数的高低、29种特征挥发物含量及缺失与否可以很好地反映茉莉花茶的窨制品质。进而采用决策树法建立32个测试茶样的窨制品质的判定模型（图4），得到“缺失峰数＜4”、“JTF=0.915”两个判定节点。JTF指数＞0.915时，11个茶样实际也均为窨制较佳样，正确率达100%；进一步采用缺失峰数，对JTF指数≤0.915的21个样品进行鉴定；缺失峰数＜4的13个茶样中，窨制较差样实际只有11个，正确率为84.6%；当缺失峰数≥4时，8个未窨制样得到100%的鉴定，即正确率为100%。陈美丽等[9]采用红外光谱分析技术对茶多酚、氨基酸等13个品质成分建立了定量分析模型，其中11个模型预测值与真实值之间的相关系数在0.8～0.9；本研究则探索了利用决策树模型进行窨制品质的判定，验证了决策树分析用于茶叶品质鉴定的可行性和高效率。因此，缺失峰数（节点为＜4）结合JTF指数（节点为0.915），可以对茉莉花茶的窨制品质进行有效判定（正确率达到93.8%）。

3 结论

图4　茉莉花茶窨制品质的决策树判定Fig. 4 Decision tree judgement of jasmine tea scenting quality

本研究在检测分析32个茉莉花茶样，及茉莉花、茉莉花干和茶坯的挥发性成分的基础上，结合文献引证分析及主成分分析，发现JTF指数的高低、29种特征挥发物含量及缺失性可作为茉莉花茶窨制品质及拌干掺假的判定指标。进一步采用多变量统计方法，基于“JTF值”、“缺失峰数”及芳樟醇、邻氨基苯甲酸甲酯、苯甲酸顺-3-己烯酯、吲哚、α-法尼烯、苯甲醇和乙酸苄酯的相对含量这9个变量，建立了茉莉花茶品质判定模型（判别准确率达93.8%），确定29种特征性成分的缺失峰数及JTF值作为判定节点，为准确鉴定茉莉花茶窨制品质与掺假判定提供了借鉴。

茉莉花茶有“三窨一提，五窨一提，七窨一提”之说，因此建立客观的评价方法，进一步对窨制次数进行判别是下一步可研究的内容。此外，茉莉花茶窨制过程中出现的“透兰”、“透素”的品质问题如何进行客观评价，也值得深入探讨。这些研究工作的开展将为建立茉莉花茶品质的客观评价体系作出有益的探索。

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The Construction of Jasmine Tea Flavor Index and Decision Tree Model in Identificating Scenting Quality

TANG Xiani1, XIA Yimin1,2, LEI Yonghong2, WANG Xiaochang3, LIN Jie1*
1. The Key Laboratory for Quality Imoprovement of Agricultural Product of Zhejiang Province, Zhejiang A&F University, Hangzhou 311300, China; 2. Tea Technology Extension Station, Suichang Agricultural Bureau of Zhejiang Province, Lishui 323300, China; 3. Institute of Tea Science, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China

The ‘jasmine tea flavor’ (JIF) index of well-scented, poor-scented and not-scented jasmine teas was determined by analysis of the volatile components of 32 samples combined with relative references. Results showed that the JTF index was highly correlated with the total volatiles. Principal component analysis (PCA) were performed on 29 volatile compounds in 32 jasmine tea samples. It can be found that the JTF index and 29 volatile compounds were very helpful for identification of fake jasmine teas. In addition, the Quality Determination Model for jasmine tea was constructed with two decision nodes (JTF index=0.915, less than 4 components were missed in the twenty-nine volatile compounds). It was confirmed that the criteria was feasible for the quality identification of jasmine tea. Moreover, the construction of a decision tree model will provide a promising method for quality control and technology development of jasmine tea, especially for the admixture (such as synthetic fragrance oil).

jasmine tea, jasmine tea flavor index, HS-SPME/GC-MS, PCA, decision tree

TS272.5+9

A

1000-369X（2016）06-646-09

2016-06-27

2016-08-31

浙江农林大学科研发展基金资助（2013FR070）、浙江省自然科学基金资助（LQ14C160003）。

唐夏妮，女，本科在读，茶学专业，zafutxn@163.com。*通讯作者：linjie@zafu.edu.cn