基于GC-MS和电子鼻技术的武夷岩茶香气分析

王鹏杰，张丹丹，邱晓红，杨国一，王文震，叶乃兴*

（1.福建农林大学园艺学院/茶学系、福建省高等学校重点实验室，福州350002；2.武夷山香江茶叶有限公司，武夷山354300）

基于GC-MS和电子鼻技术的武夷岩茶香气分析

王鹏杰1，张丹丹1，邱晓红1，杨国一1，王文震2，叶乃兴1*

（1.福建农林大学园艺学院/茶学系、福建省高等学校重点实验室，福州350002；2.武夷山香江茶叶有限公司，武夷山354300）

采用顶空固相微萃取结合气-质联用（HS-SPME-GC-MS）技术和电子鼻技术对大红袍、铁罗汉、白鸡冠、奇兰等4个品种的武夷岩茶香气成分进行分析。结果表明，从大红袍、铁罗汉、白鸡冠、奇兰中鉴定出香气成分分别为59、55、62、58种，以醇类、烯类、酯类和碳氢化合物为主。电子鼻检测结果显示，4个岩茶品种挥发性香气组分差异较明显，采用电子鼻技术可以进行有效区分，这一结果和顶空固相微萃取气质分析香气成分结果基本一致。本研究结果将为不同品种岩茶的鉴别以及质量控制提供参考。

武夷岩茶；气质联用技术；电子鼻；香气分析

武夷岩茶产于闽北“秀甲东南”的名山武夷山，其茶品质独特，未经窨花，茶汤却有浓郁花香，饮时甘馨可口，回味无穷。林馥泉曾记载，武夷岩茶香气须具有绿茶之清香与红茶之熟气其香气愈强愈佳，且清新幽远者为上品，缺此不能称佳品。武夷岩茶具有特殊的岩韵，岩韵指在香味方面具有特殊品种香味特征，为武夷岩茶特有[1]，对武夷岩茶而言，香气是评定品质的重要指标。

武夷山产茶历史悠久，茶树种质资源极为丰富，素有“茶树品种资源王国”之称，在对武夷岩茶的香气研究中，对武夷肉桂、武夷水仙等品种香气研究较多[2-7]，但是对其它品种的香气还较少。本文以4个品种大红袍、铁罗汉、白鸡冠、奇兰制成的武夷岩茶为研究对象，采用顶空固相微萃取结合气-质联用（HS-SPME-GC-MS）技术对这4个品种的香气物质进行成分鉴定和分析，并利用电子鼻系统对整体香气物质进行识别和区分，旨在探究这4个岩茶品种的理化特性，为进一步拓展武夷岩茶香气物质的研究和应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试茶样为不同品种的武夷岩茶（大红袍、铁罗汉、白鸡冠、奇兰，为2016年春茶），由武夷山香江茶业有限公司提供。

1.2 主要仪器

Agilent 7890A/5975C GC-MS联用仪，美国安捷伦公司；iNose型电子鼻，上海昂申智能科技有限公司；85μm PDMS固相萃取头，美国Supelco公司

1.3 方法

1.3.1 样品处理

GC-MS：通过粉碎机粉碎供试茶样，称取各个品种样品3g于60mL顶空萃取瓶中，将其置于80℃恒温水浴锅中平衡，同时将装有85μm PDMS固相萃取头（试验前先将其置于270℃柱温下老化30min）的手动进样器垂直插入瓶盖正上方进行顶空萃取60min，然后迅速对所富集香气进行解吸附和GC-MS分析。

电子鼻样品前处理：称取3g样品于60mL顶空瓶中密封，然后置于60℃鼓风干燥箱中平衡30min，用于电子鼻检测，每个岩茶品种的样品设置5个平行。

1.3.2 检测条件

GC条件：DB-17ms（30m×250μm×0.25μm）毛细管色谱柱；进样口温度250℃，GC-MS接口温度280℃；升温程序：起始柱温50℃保持5min，以3℃/min的速度升至165℃，不保持，再以5℃/min的速度升至250℃，并在250℃保持1min；载气氦气，流速1L/min；手动进样，不分流，进样后推出萃取头，250℃解析5min。

MS条件：EI离子源，电离能69.9ev；离子源温度230℃，四级杆温度150℃；扫描质量范围10～350amu。

iNose电子鼻10个传感器对应挥发性物质及其检测条件参考相关文献并改进[8]：检测时间120s，气体流量0.8L/min，等待间隔时间10s，清洗时间120s。

1.4 数据处理

GC-MS数据检测结果通过NIST11谱库进行检索并结合文献[9-17]进行定性分析。各组分相对含量按照峰面积归一化法计算。

电子鼻测定结果利用MATLAB软件进行线性判别式分析（LDA）和主成分分析（PCA）。

2 结果与分析

2.1 基于HS-SPME-GC-MS的武夷岩茶香气分析

4个品种共检测出香气化合物106种，包括醇类12种，醛类13种，酮类8种，酯类23种，烯类13种，碳氢类17种，其它类物质（酚类、酸类、杂氧化合物、含氮化合物等）20种。各香气物质种类在4个岩茶品种样品中所占的相对含量如图1所示，4个样品中醇类化合物、烯类化合物、酯类化合物、碳氢化合物的含量都比较高。其中大红袍、奇兰2个品种香气成分中醇类化合物含量最高，其含量分别为36.18％和30.25％；铁罗汉、白鸡冠2个品种香气成分中烯类化合物含量最高，其含量分别为30.16％、27.78％。

图1 4个岩茶品种香气组分的比较分析

对4个品种制作的武夷岩茶样品的香气成分按各成分的百分比含量进行汇总分析，提取相对含量较高的前25种香气成分，如表1所示。在这排名前25的香气成分占香气组分的总百分比中，大红袍为91.64％、铁罗汉为85.75％、白鸡冠为90.46％、奇兰为88.22％，占香气组分的极大部分。

从主要香气成分种类上看，4个品种的主要香气成分相似，共同拥有的香气成分包括橙花叔醇、α-法尼烯、（Z）-己酸-3-己烯酯、（E，E）-2，4-庚二烯醛、吲哚、苯甲酸叶醇酯、苯乙腈、十六烷、十四烷等；此外，4个岩茶品种在香气组成上各有特征，每个样品中检测到的香气种类和香气总量都有所差异。根据茶叶的挥发性物质可知，橙花叔醇具花木香和水果香韵，香气持久，α-法尼烯、金合欢烯、罗勒烯等以花香为主，（Z）-己酸-3-己烯酯有带玫瑰香的薄荷油香味，（E，E）-2，4-庚二烯醛带有清香、醛香，吲哚在低浓度时具茉莉花香，苯甲醛以苦杏香和坚果香为主，苯甲酸叶醇酯、异戊酸苯乙酯、丁酸苯乙酯、苯甲酸己酯等以甜香和花果香为主，苯乙醇、水杨酸甲酯、苯乙腈具微甜香、花香的香气特征，雪松醇具有温和的杉木花香，香叶醇具有温和、甜的玫瑰花香，β-紫罗兰酮具紫罗兰香气，α-柏木烯具柏木香、檀香，甜瓜醛具强烈的新鲜甜瓜似的香气，2-乙酰基吡咯具烘炒香，己酸己酯具豆香和果香，其它烷烃类等挥发性物质的香气特征则不明显。

从主要香气成分含量上看，4个品种的香气成分含量中最高的2个都是橙花叔醇与α-法尼烯，其中大红袍与奇兰的橙花叔醇（31.47％与27.97％）含量最高，α-法尼烯（19.71％与18.29％）次之；而铁罗汉、白鸡冠中α-法尼烯（24.99％与26.42％）含量最高，橙花叔醇（17.81％与25.72％）次之。

表1 4个岩茶品种香气成分含量排名前25的百分比含量（％）

2.2 基于电子鼻的武夷岩茶香气分析

2.2.1 对武夷岩茶的电子鼻传感器优化分析

对不同品种的电子鼻检测结果分别取平均值，得到10个传感器响应值与4个品种之间的关系如表2所示，S1、S2这2个传感器的响应值高于其它的传感器，S6、S8、S10这3个传感器的响应值次高，其它5个传感器的响应值都比较低。4个品种在S1、S2、S5、S6、S7、S8、S9、S10这8个传感器中响应值相差均极显著，传感器S4相差显著，而传感器S3相差不显著，说明在分析各个品种香气上，S3的参考性较小，应优先选择其它9个传感器。

通过传感器作用分析，如图2所示，可以得出10个传感器分别对样品PCA(主成分分析)的贡献作用。其中，S1、S2传感器投影到第一主成分（横轴），第二主成分（纵轴）的距离值明显大于其它传感器，说明S1、S2传感器对主成分一和主成分二的贡献最大。另外，S4、S6、S7传感器对第一主成分的贡献和S6、S10、S7传感器对第二主成分的贡献仅次于S1、S2，贡献依次递减。S5、S8、S9、S10传感器对香气主成分的贡献较低。

表2 不同岩茶品种的电子鼻传感器响应均值

图2 电子鼻10个传感器的作用分析

响应均值分析和传感器作用分析表明，10个传感器对样品的响应值都不同，由响应均值分析得出4个品种在大部分传感器中差异极显著，各个传感器的主成分贡献率差异明显，据此对传感器进行选择优化，可使电子鼻得到的结果更为准确。综上所述，选择S1、S2、S4、S6、S7、S10这6个传感器的响应值进行PCA。

2.2.2 基于电子鼻的武夷岩茶4个品种PCA分析

对4个岩茶品种电子鼻响应值进行PCA分析，由图3可知，主成分1贡献率为90.7％，主成分2贡献率为8.4％，2个总成分的总贡献率达到99.1％，可反映原始变量的绝大部分信息，说明PCA分析具有可行性。PCA-DI值为-40.9％，大红袍和奇兰，铁罗汉和白鸡冠之间互有重叠，区分效果不明显，但是大红袍、奇兰与铁罗汉、白鸡冠能明显区分开来，说明大红袍、奇兰与铁罗汉、白鸡冠的挥发性物质存在差异，这与GC-MS检测出的大红袍、奇兰含量最高的香气物质为橙花叔醇而铁罗汉、白鸡冠为α-法尼烯相互印证。

2.2.3 基于电子鼻的武夷岩茶4个品种LDA分析

LDA（线性判别式分析）是模式识别的经典算法，其LDA-DI值越大，区分效果越好，一般认为大于80％则区分效果显著。由图4可得，4个品种的LDA-DI为81.9％，相互之间都能够明显区分，从图中也可以看出，4个品种之间互不重叠，区分效果较好。其中，大红袍、奇兰的距离较近，铁罗汉与白鸡冠的距离较近，大红袍、奇兰和铁罗汉、白鸡冠的距离较远，说明，大红袍、奇兰和铁罗汉、白鸡冠差异较为显著，这与PCA分析的结果相互印证。试验结果表明：4个品种之间存在差异，大红袍、奇兰与铁罗汉、白鸡冠之间也有其特有的差异，具有一定的研究价值。

图3 4个岩茶品种的PCA分析

图4 4个岩茶品种的LDA分析

3 讨论

采用HS-SPME-GC-MS的方法检测茶样香气成分，大红袍、铁罗汉、白鸡冠、奇兰4个品种制成的武夷岩茶分别检测出59、55、62、58种香气成分。4个样品中醇类化合物、烯类化合物、酯类化合物的含量都比较高。其中大红袍、奇兰2个品种香气成分中醇类化合物含量最高，其含量分别为36.18％和30.25％；铁罗汉、白鸡冠2个品种香气成分中烯类化合物含量最高，其含量分别为30.16％、27.78％。而电子鼻检测出大红袍、奇兰与铁罗汉、白鸡冠的香气物质具有一定差异，这与GC-MS的检测结果相互印证。

对4个品种制作的武夷岩茶进行香气组分分析，结果显示，大红袍的主要特征香气成分有：橙花叔醇、α-法尼烯、（E,E）-2,4-庚二烯醛、（Z）-己酸-3-己烯酯、吲哚、苯甲酸叶醇酯、异戊酸苯乙酯、苯乙醇、苯甲醛、金合欢烯等化合物；铁罗汉的主要特征香气成分有：α-法尼烯、橙花叔醇、（Z）-己酸-3-己烯酯、吲哚、苯甲酸叶醇酯、（E,E）-2,4-庚二烯醛、金合欢醇、己酸己酯、α-柏木烯、2-乙酰基吡咯、β-紫罗兰酮、苯甲醛、2,4己二烯、丁酸苯乙酯、5-戊基间苯二酚、水杨酸甲酯等化合物；白鸡冠的主要特征香气成分有：α-法尼烯、橙花叔醇、（E,E）-2,4-庚二烯醛、吲哚、苯甲酸叶醇酯、（Z）-己酸-3-己烯酯、苯甲醛、3,5-辛二烯-2-酮、水杨酸甲酯、2-乙酰基吡咯等化合物；奇兰的主要特征香气成分有：橙花叔醇、α-法尼烯、吲哚、（Z）-己酸-3-己烯酯、（E,E）-2,4-庚二烯醛、苯甲酸叶醇酯、金合欢烯、甲酸环己脂、己基癸醇、罗勒烯、苯甲醛、异戊酸苯乙酯等化合物。

通过电子鼻技术检测分析4个品种的香气。响应均值差异性分析和传感器作用分析表明，10个传感器对样品的响应值都不同，由响应均值分析得出4个品种在大部分传感器中差异极显著，各个传感器的主成分贡献率差异明显，据此对传感器进行选择优化选择S1、S2、S4、S6、S7、S10这6个传感器的响应值进行PCA和LDA分析。这5个传感器中，S1检测氨气、胺类；S2检测硫化氢、硫化物；S4检测酒精及有机溶剂，包括芳香烃、醇类、酯类、酮类等；S6检测甲烷、沼气、碳氢化合物，S7与S10检测烷烃类和烯烃类化合物。而4个品种的GC-MS香气成分检测出以醇类、酯类、烯类、碳氢化合物为主，因此电子鼻传感器能较好地对武夷岩茶香气进行响应分析。

吴亮亮等[18]将电子鼻技术运用于不同名优茉莉花茶的检测区分，LDA-DI均明显高于PCA-DI，认为LDA法可明显区分茉莉花茶品类。而本研究将电子鼻技术运用于4个岩茶品种的区分，对所采集的数据进行PCA和LDA分析，结果表明：LDA-DI明显高于PCA-DI，PCA法只能对大红袍、奇兰与铁罗汉、白鸡冠进行区分，LDA法能明显对4个品种进行区分。在对4个品种香气成分含量排名前25的香气物质进行分析时也可以看出，除了12个共有的香气成分外，各有其独特的香气成分，而且主要香气物质的含量高低也有不同，这正是LDA能进行区分的基础。

本研究通过GC-MS分析系统的了解4个品种制成武夷岩茶的香气成分组成，并且使用电子鼻技术对4个品种的香气成分进行有效区分，这将为不同品种岩茶的鉴别以及质量控制提供参考。

[1]郭雅玲．武夷岩茶品质的感官审评[J]．福建茶叶，2011，33（1）：45-47．

[2]柴斐，郭雯飞．烘干大红袍和冰冻大红袍香气成分分析与比较[J]．浙江大学学报：理学版，2010，37（4）：459-462．

[3]黄福平，陈荣冰，梁月荣等．乌龙茶做青过程中香气组成的动态变化及其与品质的关系[J]．茶叶科学，2003，23（1）：31-37．

[4]朱慧，陈树思，周春娟等．凤凰水仙和武夷水仙茶挥发成分的分析与比较[J]．西南农业学报，2016，29（3）：545-551．

[5]周玲．乌龙茶香气挥发性成分及其感官性质分析[D]．重庆：西南大学，2006．

[6]姚珊珊．茶叶香气化学研究—茶叶及香花的香气化学[D]．杭州：浙江大学，2005．

[7]林正奎，华映芳，谷豫红等．中国福建铁观音茶、色种茶、武夷水仙茶和武夷奇种茶的香气成分研究[J]．Journal of Integrative Plant Biology，1984（5）：513-522．

[8]杨国一，张丹丹，邱晓红等．基于电子鼻和电子舌技术对不同储存年份台式乌龙茶的识别分析[J]．福建茶叶，2016，38（9）：11-13．

[9]叶乃兴，杨广，郑乃辉等．烘青茶坯香气成分的SPME/GC-MS分析[J]．福建农林大学学报：自然科学版，2006，35（2）：165-168．

[10]周天山，米晓玲，余有本等．兰香型茶叶香气组分主成分分析[J]．西北林学院学报，2016，31（1）：254-259．

[11]Lin J，Zhang P，Pan Z，et al．Discrimination of oolong tea（Camellia sinensis）varieties based on feature extraction and selection from aromatic profiles analysed by HS-SPME/GC–MS[J]．Food chemistry，2013，141（1）：259-265．

[12]Zhu J C，Chen F，Wang L Y，et al．Comparison of Aroma-Active Volatiles in Oolong Tea Infusions Using GC–Olfactometry，GC–FPD，and GC–MS[J]．Journal of agricultural and food chemistry，2015，63（34）：7499-7510．

[13]刘伟，金心怡，郝志龙等．两种不同造型工艺对铁观音乌龙茶香气的影响[J]．茶叶科学技术，2013（1）：5-9．

[14]刘春丽，郭雯飞．武夷山地区新红茶香气分析[J]．浙江大学学报：理学版，2014，41（1）：58-62．

[15]赵阿丹，胡志全，刘友明等．米茶焙炒挥发性气味的形成与特征研究[J]．中国粮油学报，2016，31(3)：1-6．

[16]张方舟，陈荣冰．不同湿度做青环境对乌龙茶香气的影响[J]．福建农业学报，1999，14（4）：34-37．

[17]钟秋生，陈常颂，游小妹等．不同做青环境对丹桂秋季乌龙茶香气品质的影响[J]．福建农业学报，2010,25（4）：468-474．

[18]吴亮亮，张丹丹，叶小辉等．电子鼻在对名优茉莉花茶香气评价中的应用[J]．福建茶叶，2016,38(6)：5-6．

福建省“2011协同创新中心”中国乌龙茶产业协同创新中心专项（闽教科〔2015〕75号）、福建茶产业农技推广服务试点建设（KNJ-151001）

王鹏杰（1993-），男，硕士研究生，主要从事茶树栽培育种与生物技术。*通信作者：ynxtea@126.com