龙井茶特征香气成分分析及种类判别

胡西洲， 彭西甜， 周有祥， 龚 艳， 夏 虹， 彭立军， 胡定金

(湖北省农业科学院农业质量标准与检测技术研究所/农业部农产品质量安全风险评估实验室(武汉)，湖北武汉 430064)

龙井茶作为中国十大名茶之一，有着1200多年历史，按照传统工艺在地理标志产品保护范围内加工而成，它是一种具有“色绿、香郁、味醇、形美”的扁形绿茶。龙井茶地理标志产品保护范围仅限于西湖、钱塘和越州产区，其中尤以西湖产区的龙井茶最富盛名[1]。近年来，茶叶中掺杂、掺假、以假充真、以次充好的报道时有发生，因此，如何快速鉴别茶叶的真伪和品质优劣显得十分重要，也成为分析工作者研究的重点和难点[2 - 3]。

鉴别西湖龙井主要通过辩“色绿”，闻“香郁”，品“味醇”，观“形美”。尽管国家标准(GB/T 23776-2009)也对茶叶感官评审方法作了详细规定，但评审结果容易受评审人员主观判断的影响。国内外学者针对茶叶真实性鉴别提出了许多新思路和新方法，如液相色谱法[4 - 5]、气相色谱法[6 - 7]、元素“指纹”分析[8]、近红外光谱技术[9]、核磁共振波谱[10 - 11]、电子舌[12]和电子鼻[13]等为茶叶品质真实性鉴定提供了丰富的选择手段。

固相微萃取(SPME)作为一种新型的样品前处理技术，具有简便、高效、经济、环境友好的特点，适宜于香气成分的分析[6 - 7]。保留指数(RI)是由Kovats于1958年首次提出，该指标反映了化合物与固定相间相互作用，作为一种稳定的色谱定性参数，具有很好的准确度和重现性，可用于化合物的有效鉴定[7]。本研究采用顶空固相微萃取(HS-SPME)和气相色谱-质谱(GC-MS)结合保留指数法快速分析了不同区域龙井茶的香气成分，并筛选得到特征香气组分并用于不同产地龙井茶的区分。该方法快速有效、准确度高，适用于茶叶品质鉴定、真假识别、产地溯源等方面的研究，也为其他产品的相关研究提供参考。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

7890-5975型气相色谱-质谱联用仪(美国，Agilent公司)；手持固相微萃取器，配50/30 μm CAR/DVB/PDMS、100 μm PDMS、65 μm PDMS/DVB萃取头(美国，Supelco公司)；PC-420D恒温数显磁力搅拌器(美国，CORNING公司)。

正构烷烃标准品(C8～C32，美国SUPELCO公司)；癸酸乙酯(≥98%，国药集团化学试剂有限公司)。

1.2 实验材料

24份西湖龙井茶样品采自杭州西湖龙井核心区，15份疑似龙井样品分别采自绍兴、南通、苏州等地茶叶批发市场。样品经粉碎后过20目筛，密封保存，待测。样品信息见表1。

表1 龙井茶样品信息

1.3 实验方法

1.3.1GC-MS分析条件GC条件：进样口温度230 ℃；柱温程序：首先以50 ℃保持5 min，以3 ℃/min的速率升温至125 ℃，保持3 min，再以2 ℃/min的速率升温至180 ℃，保持3 min，再以15 ℃/min的速率升温至250 ℃，保持8 min。载气为高纯氦气(纯度99.999%)：柱流量1.0 mL/min；不分流进样。MS条件：电子电离源(EI)；离子化能量为70 eV；离子源温度为200 ℃；四极杆温度为150 ℃；接口温度为280 ℃；质谱扫描范围为35～450 amu。

1.3.2SPME操作方法准确称取1.0 g经粉碎后茶叶样品，置于15 mL的顶空瓶中，加入磁子以及20 μL 10 mg/L癸酸乙酯标准溶液，再加入10 mL沸水，密封，60 ℃水浴下磁力搅拌萃取，再将已经老化的CAR/DVB/PDMS萃取头穿透密封垫插入顶空瓶内茶汤上方，固定好SPME手柄，小心推出纤维头开始萃取，60 min后取出，然后插入气相色谱进样口，在230 ℃下热解吸5 min。并设置空白对照试验(不加入茶叶样品)，每个样品重复测定2次。

1.3.3定性与定量分析方法定性：(1)组分峰与NIST12.L谱库中标准化合物的匹配度；(2)化合物的保留时间；(3)根据相关文献报道的香气成分保留指数。定量：依据面积归一法进行定量。质量控制：加入癸酸乙酯对整个萃取和检测过程进行监控，保证每个样品图中癸酸乙酯峰的保留时间变化率不超过1.5%，且峰面积变化率不超过10%。

1.3.5主成分分析将各茶叶组分信息进行处理，并输入SIMCA-P软件，进行主成分分析(PCA)。

2 结果与分析

2.1 萃取条件的优化

2.1.1萃取涂层的优化选取上述3种萃取头对龙井茶挥发性成分分别进行萃取。结果表明，PDMS涂层萃取效果最差，由于该涂层主要适用于小分子非极性挥发性化合物；而PDMS/DVB涂层适用于极性挥发性物质的萃取，萃取效果较好。CAR/DVB/PDMS涂层结合了上述两种萃取头的特点，具有更好的萃取效果，因此，选择CAR/DVB/PDMS涂层作为龙井茶香气成分的萃取材料。

2.1.2萃取温度的优化选取在温度40～80 ℃下进行萃取。结果表明，随着萃取温度升高，峰数量和峰面积均逐渐增加，当萃取温度升高至60 ℃时峰数量和峰面积均达到最大，但随着温度进一步升高，解吸速率也增加，总峰面积则开始降低，因此选择60 ℃作为萃取温度(图1)。

图1 萃取温度对峰数量(左)和峰面积(右)的影响Fig.1 Effect of extraction temperature on peak amount(left) and area(right) of aroma components

2.1.3萃取时间的优化选取了萃取时间为20～80 min进行萃取。结果表明，随着萃取时间延长，峰数量和峰面积均逐渐变大，当萃取时间达到60 min后峰面积变化不大，因此选择60 min作为萃取时间。

2.1.4解吸时间的优化萃取完成后将萃取头分别解吸1～9 min。结果表明，解吸时间为5 min时，挥发性化合物的的峰面积达到最大，继续增加解吸时间，峰面积变化不大且化合物峰形变差。因此选择5 min 作为解吸时间。

2.2 茶叶挥发性成分的测定

图2 龙井茶香气成分的总离子流(TIC)色谱图Fig.2 TIC chromatogram of Longjing tea

利用优化的萃取条件分别对样品进行萃取，再经GC-MS检测龙井茶中各种挥发性成分，龙井茶香气成分总离子流色谱图如图2所示。由分析结果可知，HS-SPME能有效地萃取茶叶中的挥发性成分，龙井茶样品的香气成分十分复杂，且相对含量差异较大，主要包括烯烃类、醇类、醛类、酮类、酚类、烷烃类、芳香烃类和杂环类化合物等。

从24份核心区的龙井茶中获得了200余种挥发性化合物，经筛选得到26种共有组分：柠檬烯、α-柏树烯、α-蒎烯、δ-杜松烯、芳樟醇氧化物-Ⅰ、芳樟醇、芳樟醇氧化物-Ⅱ、α-松油醇、香叶醇、1-辛烯-3-醇、癸醛、β-环柠檬醛、十二烷、十四烷、水杨酸甲酯、二甲基丁酸叶醇酯、顺-3-己烯醇-丁酸酯、顺-3-己烯醇-己酸酯、N-乙基-2-醛基吡咯、萘、樟脑、吲哚、β-紫罗酮、2-氨基-3,5-二氢-4H-咪唑-4-酮、2,6-二叔二丁基对甲酚、甲氧基苯基肟。

龙井茶共有香气成分分析结果见表2，从表2可以得出，龙井茶主要香气成分为醇类、酯类、杂环类化合物。芳樟醇在所有组分中含量最高，为5.12%～16.87%。顺-3-己烯醇-己酸酯、顺-3-己烯醇-丁酸酯、顺-3-己烯醇-乙酸酯为酯类化合物中主要呈香物质，含量相对较高。另外，含量较高的有带有紫罗兰香气的β-紫罗酮、1-辛烯-3-醇和甲氧基苯基肟。此外，如柠檬烯(0.08%～0.56%)、α-雪松烯(0.40%～3.20%)、α-蒎烯(0.06%～0.14%)含量相对较少，但含量少的物质未必对其香气的贡献一定小，任何香气都是由不同组成和含量的化合物及其相互间作用共同体现[6,14]。

表2 龙井茶香气组分分析结果

(续表2)

No.CompoundID methodaRIexpRIrefRelative content(%)8EpoxylinalolMS,RI1 1811 183[18]0.50-1.609NaphthaleneMS,RI1 1871 187[7]0.15-0.8710Butanoic acid,3-hexenyl ester,(Z)MS,RI1 1901 188[17]2.02-5.56116-CamphanoneMS,RI1 1901 093[7]0.67-2.7512α-TerpineolMS,RI1 1931 192[15-16]0.20-0.8313DodecaneMS1 2001 2000.36-3.8414Methyl salicylateMS,RI1 2001 194[17]0.54-2.0915DecanalMS,RI1 2081 207[14,16]0.11-0.3516β-CyclocitralMS,RI1 2251 223[16]1.45-4.9417(Z)-3-Hexenyl-2-methylbutyrateMS1 240-1.15-3.8718(E)-GeraniolMS,RI1 2721 276[14]1.56-4.12194H-Imidazol-4-one,2-amino-1,5-dihydro-MS1 279-0.67-1.9720IndoleMS,RI1 2981 295[17]0.56-1.5621Hexanoic acid,3-hexenyl ester,(Z)MS,RI1 3821 381[17]3.83-12.5622TetradecaneMS1 4001 4000.27-0.9723α-CedreneMS,RI1 4091 411[16-17]0.40-3.2024β-IoneneMS,RI1 4831 482[17]0.96-3.8925Butylated HydroxytolueneMS1 508-0.76-2.6526δ-CadineneMS,RI1 5131 513[17]0.80-4.56

* ID method,Identification method.MS,identification by comparison with spectra library in NIST 12.RI,retention indices as determined through HP-5MS column using the homologous series ofn-alkanes.RIexp,Experimental retention indices.RIref,Referential retention indices through those reported in the literatures.

2.3 挥发性成分主成分分析

以筛选得到26种共有组分为指标，将西湖核心区的24份龙井样品与苏州、南通、绍兴采集的15份疑似龙井样品分析结果进行主成分分析，结果如图3所示，39份茶叶样品在第一维主成分中可以分为两类，其中以西湖核心区的24份龙井样品为一类，而以南通、绍兴、苏州采集的样品为另一类，结果表明能够将其进行区分，说明两个地区的样品来源存在差异。并且南通、绍兴、苏州采集的样品挥发性组分比较相似，可能因为样品来源一致。后续研究将继续增加样品数量进一步区分。

图3 不同区域样品的主成分得分散点图Fig.3 Principal component scatter diagram form different samples

3 结论

本研究采用顶空固相微萃取和气相色谱-质谱分析了龙井茶叶中的挥发性成分，由分析结果可知龙井样品的香气成分十分复杂，且相对含量差异较大，主要包括烯烃类、醇类、醛类、酮类、酚类、烷烃类、芳香烃类和杂环类化合物等，经筛选得到26种共有组分。并采用主成分分析法对西湖核心区龙井茶和疑似龙井茶样品进行了有效区分。下一步将围绕不同产地区域、不同保存条件和掺伪茶叶开展香气成分的指纹研究，结合各种化学计量学方法，根据主成分分析结果构建香气品质的预测模型，为茶叶品质鉴定、真假识别、产地溯源等相关研究提供支撑。

致谢：样品采集得到了中国农科院茶叶所石元值博士的大力支持，在此表示衷心感谢！