铁观音乌龙茶和红茶的香气化学特征分析

郭 丽，杜正花，姚丽鸿，陈小兵，张 弋，林 智，郭雅玲,*，陈明杰,*

（1.福建农林大学园艺学院，福建 福州 350002；2.中国农业科学院茶叶研究所，浙江 杭州 310008）

铁观音是福建省选育的无性系茶树良种，鲜叶主要用于制作乌龙茶和绿茶，其中制成的乌龙茶具有独特的“观音韵”[1]。近年来，随着红茶市场需求量的增加，铁观音茶鲜叶也用来创制红茶。与铁观音乌龙茶类似，铁观音红茶的香气也会呈现出花香或果香特征[2-4]。可见，成品茶的香气特征突显了铁观音茶树的品种特色。然而，加工工艺对茶叶香气形成也起到关键作用。铁观音茶鲜叶通过加工工艺的调整可以制成清香、浓香和陈香等香型的乌龙茶[5-7]，这是因为乌龙茶加工中环境条件和工艺参数会影响茶叶挥发性成分的保留量。由于不同茶类的工艺差别巨大，因此即使由同一批茶鲜叶加工的不同茶类的香气成分差异也非常明显[8-10]。

目前铁观音、金萱、金观音等传统制作乌龙茶的茶树品种鲜叶用来加工红茶，风味品质已能达到优质红茶的标准，且呈现的花果香与乌龙茶有一定的相似性，但也存在明显的差别。因此，分析铁观音红茶和乌龙茶的香气组成特征，结合比较两者的加工工艺差异，从化学角度明确其香气形成的物质基础及关联因素，对于丰富铁观音香型调控技术理论具有重要意义。

目前，铁观音乌龙茶的挥发性组分（香精油）的提取方法主要有同时蒸馏萃取法、顶空-固相微萃取（head space-solid phase microextraction，HS-SPME）法、超临界二氧化碳萃取法、溶剂辅助风味蒸发（solvent assisted flavor evaporation，SAFE）法等[11-13]，其中HS-SPME法较为常用。研究表明[11,13]，由于分析方法不同，铁观音茶中挥发性成分检出的种类与数量也有所不同。有研究认为SAFE法提取的挥发性成分种类比HS-SPME法多[14]，更利于明确铁观音茶香气的化学物质基础。基于此，本研究采用相同的铁观音茶鲜叶试制了乌龙茶、红茶和绿茶样，利用SAFE-气相色谱-质谱/火焰离子化检测器（gas chromatography-mass spectrometry/flame ionization detector，GC-MS/FID）法分析茶样中的挥发性成分，研究铁观音茶香气感官品质及其关键挥发性组分的工艺差异，探明铁观音茶香气的品种特征成分及其在花香品质形成的重要作用，以期为进一步开发铁观音新产品提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

茶鲜叶：2018年4月29日采自福清雾里生态农业科技有限公司茶树种植园（福建福清），按小开面三叶标准采摘铁观音茶树新梢，用来加工优质绿茶、红茶和乌龙茶。

乙醚、硫酸钠（均为分析纯） 国药集团化学试剂有限公司；癸酸乙酯（色谱纯） 美国Sigma公司；香叶醇、芳樟醇、己酸己酯（均为色谱纯），37 种脂肪酸甲酯（混标） 上海百灵威化学技术有限公司。

1.2 仪器与设备

MDGC/GCMS-2010联用仪 日本岛津公司；火焰离子化检测器 美国安捷伦公司；真空溶剂辅助蒸馏装置 北京兰华宇真空技术中心；分子涡轮泵德国Edwards公司；DKB-501A循环水浴槽 上海森信实验仪器有限公司；HH.S11-Ni3水浴锅 北京长安科学仪器厂；7812038/7393001离心浓缩仪 美国Labcon公司；5810R离心机 德国Eppendorf公司。

1.3 方法

1.3.1 茶样的制作

将同批次铁观音茶鲜叶按不同工艺加工成茶，工艺流程如表1所示，其中鲜叶晒青、凉青、室内摊放和萎凋工序的环境条件与做青工序相同。乌龙茶做青采用4 次摇青法，达到做青适度要求时，进行杀青、揉捻、干燥。红茶发酵采用自然发酵方式，达到发酵适度要求，进行干燥。3 种工艺样的干燥参数相同。

表1 工艺流程Table 1 Process flow chart for the manufacturing of oolong tea, black tea and green tea

1.3.2 茶样的感官审评

5 名高级评茶员（2 女，3 男）采用GB/T 23776—2018《茶叶感官审评方法》的方法对试制红茶、乌龙茶及绿茶样进行香气感官品质分析。

1.3.3 茶样挥发性组分的提取

参考文献[15]的方法，略作改动。茶样磨碎后，过40 目筛，再取2 g茶样与1 g无水硫酸钠放入100 mL棕色具塞三角烧瓶，加入40 mL无水乙醚和15 μL的4.3 μg/μL癸酸乙酯（内标），室温下搅拌浸提2 h（磁力搅拌器转速200 r/min）。将上清液转移至玻璃离心管，在1 500×g离心10 min后，进SAFE系统（真空度10-4Pa）蒸馏挥发性组分。此SAFE系统中水浴锅和水浴槽的水温均保持在40 ℃，香精油用液氮冷却。最后将香精油浓缩至500 μL，存于-80 ℃冰箱，待进样分析（3 次重复）。

1.3.4 GC-MS分析条件

色谱柱：DB-5MS（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；进样口温度230 ℃；不分流进样1 μL；柱流速1 mL/min；离子源温度230 ℃；电子电离源；电子能量70 eV；程序升温：初始温度50 ℃保持2 min，以5 ℃/min升至180 ℃，保持2 min，再以10 ℃/min升到230 ℃，保持5 min。

1.3.5 GC-FID分析条件

DB-5MS色谱柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；不分流进样模式，进样量1.0 μL；柱流速1 mL/min；FID；空气流量400 mL/min；氢气流量30 mL/min；氮气流量25 mL/min；加热器温度250 ℃；升温程序：初始温度50 ℃保持2 min，以5 ℃/min升至180 ℃，保持2 min，再以10 ℃/min升到230 ℃，保持5 min。

1.4 数据处理

茶样挥发性化合物的定性分析参考NIST14s和NIST14质谱数据库，保留相似度大于75的化合物，结合相关文献对化合物进行鉴定确认；采用内标法对挥发性化合物进行定量分析，即利用挥发性化合物与内标化合物的峰面积比，计算各成分的含量，以表示。采用软件SPSS 21.0对数据进行单因素方差分析与相关性检验。

2 结果与分析

2.1 铁观音茶样中挥发性成分比较

不同工艺铁观音茶样中挥发性成分种类及含量存在明显差异。供试茶样中共检测到52 种挥发性成分，分别为酯类、烃类、醇类、酮类、含氮类以及其他未鉴定的化合物（表2）。不同工艺铁观音茶样中各组分种类存在一定的差异。醇类化合物在乌龙茶和绿茶中分别检测到6 种和5 种；在红茶中检测到11 种，是红茶中种类最多的组分，而绿茶只有5 种。酯类化合物在乌龙茶、绿茶和红茶中分别检测到7、12 种和10 种。酮类化合物在乌龙茶检出2 种，在绿茶中检出3 种。烃类化合物是乌龙茶中种类最多的组分（8 种），而绿茶和红茶分别有9 种和5 种。含氮类化合物在乌龙茶和绿茶中都检测到3 种，而红茶中仅测出1 种。其他类化合物只有2 种，仅在红茶中检出。

表2 不同工艺铁观音茶的挥发性组分Table 2 Contents of volatile compounds in Tieguanyin oolong tea,black tea and green tea

表3 不同工艺铁观音茶的挥发性组分比较Table 3 Comparison of the composition of volatile compounds in Tieguanyin oolong tea, black tea and green tea

不同工艺铁观音茶样中各组分的含量也存在一定的差异，如表3所示。醇类化合物在乌龙茶和红茶中占比均最高，而在绿茶中其占比低于酯类。酯类化合物在乌龙茶中的占比低于红茶和绿茶，其在红茶中的占比达23.7%，仅次于醇类化合物。酮类化合物是各茶样中占比较低的组分，均未达到5.0%，其在乌龙茶和绿茶中占比均高于红茶。烃类化合物在乌龙茶和绿茶中的占比相近，较在红茶中的占比高。含氮类化合物在乌龙茶中的占比仅次于醇类化合物；在红茶中的占比较乌龙茶和绿茶低。

2.2 铁观音茶的主要挥发性组分分析

表4 铁观音茶主要挥发性组分的含量及香气描述Table 4 Contents and aroma characteristics of the key volatile components in Tieguanyin tea

研究表明，铁观音茶的主要赋香物质有芳樟醇、己酸-3-己烯酯、水杨酸甲酯、二氢弥猴桃内酯等[5-7]。不同加工工艺会影响这些化合物的形成和转化，形成不同的组成及丰度，进而决定成茶的香气品质和特征。依据典型赋香物质的特点，本研究将芳樟醇、己酸-3-己烯酯、水杨酸甲酯及与其主要官能团和香气特点相同的组分划分为3 类，分别为芳樟醇类、脂肪酸酯类、芳香酸酯类。将二氢弥猴桃内酯及色素的其他衍生物划为色素类衍生物，如表4所示。

2.2.1 芳樟醇类化合物的比较

茶样中共检测到8 种芳樟醇类化合物（表4），其中乌龙茶含有7 种；这类化合物总量变化在3.589～6.200 μg/g之间，均值为4.608 μg/g，其含量表现为绿茶＜乌龙茶＜红茶。脱氢芳樟醇和2,6-二甲基-3,7-辛二烯-2,6-二醇为乌龙茶的特有成分[19]，二者的形成可能与乌龙茶做青技术有关。芳樟醇、氧化芳樟醇II、氧化芳樟醇IV、香叶醇和反-橙花叔醇是铁观音茶样的共有芳樟醇类化合物，它们总含量的变化范围在3.045～5.499 μg/g之间，均值为4.044 μg/g，其含量表现为红茶＞绿茶＞乌龙茶。方差分析结果表明，芳樟醇、氧化芳樟醇II、氧化芳樟醇IV、香叶醇和反-橙花叔醇在不同工艺间的差异达到极显著水平（P＜0.01）。芳樟醇在红茶中的含量较高，分别是绿茶和乌龙茶的4.6 倍和5.5 倍；芳樟醇与香叶醇是同分异构体[16]，但红茶和乌龙茶中香叶醇含量较低。芳樟醇存在4 种氧化产物，在红茶中检出氧化芳樟醇II、氧化芳樟醇IV、氧化芳樟醇I，而在绿茶和乌龙茶中仅检出芳樟醇II和氧化芳樟醇IV，并且含量较红茶低。反-橙花叔醇在反应条件适宜时，也能转化成芳樟醇或香叶醇[16]。本研究发现反-橙花叔醇在绿茶中的含量最高，分别是乌龙茶和红茶的1.1 倍和2.3 倍；反-橙花叔醇在红茶中含量最低，表现为随铁观音发酵程度增加，其含量呈减少的趋势。

2.2.2 脂肪酸酯类化合物的比较

茶样中酯类化合物包含脂肪酸代谢产物及其衍生物，种类较为丰富，其中种类较多的是脂肪酸酯类化合物，如丁酸-3-己烯酯、2-甲基丁酸-3-己烯酯、3-甲基丁酸-2-己烯酯、己酸-3-己烯酯、己酸己酯、己酸-2-己烯酯和辛酸-顺-3-己烯酯等（表4）。红茶中脂肪酸酯类化合物的总含量（1.985 μg/g）最高，分别比绿茶和乌龙茶高36.7%和98.9%。脂肪酸酯类化合物中，己酸-3-己烯酯含量在铁观音茶样中最高，己酸-2-己烯酯含量最低。在乌龙茶中共检测出4 种脂肪酸酯类化合物，其中辛酸-顺-3-己烯酯为其特有成分。在红茶中共检测出5 种脂肪酸酯类化合物，其中3-甲基丁酸-2-己烯酯是其特有成分。2-甲基丁酸-3-己烯酯仅在乌龙茶和红茶中检出，说明这种化合物是由茶叶发酵工艺诱导产生的。己酸-3-己烯酯、己酸-2-己烯酯是茶样的共有组分，也是铁观音茶的品种特征组分，两者总量的变化范围在0.564～1.279 μg/g之间，均值为0.811 μg/g，在茶样中含量表现为红茶＞乌龙茶＞绿茶。方差分析结果表明，己酸-3-己烯酯、己酸-2-己烯酯在不同工艺间的差异达到极显著水平（P＜0.01）。己酸-2-己烯酯在茶样中含量表现为红茶＞乌龙茶＞绿茶，说明随着茶叶加工中发酵程度加深，其含量呈现增加的趋势，这可能是引发类似水果香型的气味逐渐明显的原因。

2.2.3 芳香酸酯类化合物的比较

茶叶中已发现较多种类芳香酸，但仅发现为数不多的芳香酸酯，如水杨酸-顺-3-己烯酯[20]、水杨酸甲酯[21]、苯甲酸己酯[22]、苯甲酸-3-己烯酯等[23]。本研究的供试茶样中除检测到上述4 种芳香酸酯外，还检测出苯甲酸-2-己烯酯，其中含量最高的是苯甲酸己酯（表4）。芳香酸酯总量在茶样中的变化区间为0.403～1.037 μg/g，均值为0.712 μg/g；芳香酸酯含量在乌龙茶中最低，在红茶中最高。由此可见，红茶加工工艺有利于芳香酸酯类化合物的形成。

水杨酸甲酯在红茶中的含量相对较高。有研究发现[24-25]，水杨酸甲酯的形成可通过水杨酸羧甲基转移酶的酶促作用实现，也可以由糖苷类化合物的降解作用完成。水杨酸-顺-3-己烯酯（又名柳酸叶醇酯）和苯甲酸-2-己烯酯在乌龙茶和红茶均未检出，即为绿茶的特有成分，说明发酵工艺不利于水杨酸-顺-3-己烯酯和苯甲酸-2-己烯酯形成。苯甲酸-3-己烯酯和苯甲酸己酯为所有茶样的共有组分，不同工艺间的差异达到显著水平（P＜0.05）；两者总含量的变化范围在0.364～0.403 μg/g之间，均值为0.389 μg/g，在茶样中的含量依次为乌龙茶≈红茶＞绿茶。苯甲酸-3-己烯酯含量较苯甲酸己酯低，在茶样中的含量依次为绿茶＞乌龙茶＞红茶，表明其与茶叶发酵程度有关，即茶叶发酵程度越重，苯甲酸-3-己烯酯含量越低；随着苯甲酸-3-己烯酯的减少，类似青香、药香的气味趋于淡弱。苯甲酸己酯在红茶中的含量较多，分别比绿茶和乌龙茶高30.1%和6.7%。由此可见，发酵比做青技术更能促进芳香酸酯类化合物形成。

2.2.4 色素类衍生物的比较

茶树鲜叶加工成茶后，叶绿素可降解生成挥发物植醇[26]、新植二烯[27]等。本研究中新植二烯在供试茶样中均检出（表4），可见新植二烯为铁观音茶的品种特征组分。新植二烯在不同工艺茶类中含量存在极显著差异（P＜0.01），其中在红茶中含量最高，分别是绿茶和乌龙茶的6.0 倍和7.4 倍。二氢猕猴桃内酯、β-紫罗酮都是类胡萝卜素的降解产物[28]，但这2 种化学物质在铁观音茶样中的含量比新植二烯低。本研究中，铁观音红茶中的β-紫罗酮含量低于绿茶，乌龙茶中未检出。二氢猕猴桃内酯仅在红茶中被检出，说明其为铁观音红茶的特有成分；由于其具有猕猴桃的青香、果香，因而有助于提升红茶香气品质。综上可见，红茶工艺更有利于新植二烯、二氢猕猴桃内酯的形成。

2.2.5 主要挥发性组分与香气感官品质的关联性分析

表5 铁观音茶的主要挥发性组分与香气品质Table 5 Major volatile components and aroma quality of Tieguanyin tea

芳樟醇类化合物等4 类组分在不同茶样中的占比有一定差异，如表5所示。芳樟醇类化合物在茶样中的占比最高，脂肪酸酯类化合物次之，色素类衍生物较低。芳樟醇类化合物在乌龙茶中的占比高于红茶和绿茶，但芳香酸酯类化合物在乌龙茶中的占比低于红茶和绿茶。供试茶样的香气品质得分都在90 分以上，即达到优级水平。乌龙茶的花香品质较高，评分比绿茶高2.9 分；按茶样得分差2 分计为一个等级的标准评判，乌龙茶的香气质量比绿茶高一个等级，表现为乌龙茶香气的丰富性与持久性，这与所含的带有花香、果香的挥发性组分种类及占比密切相关，如芳樟醇类化合物。红茶香气以甜香为主，花香浓度稍高于绿茶，因而得分比绿茶高，但二者得分相差1.7 分，达不到等级差别，这与其所含的具有果香、清香的挥发性组分如脂肪酸酯等有关。绿茶样也有花香，偏清香，与其具有青香、似药香的挥发性组分如芳香酸酯等有关。由此可见，3 种工艺茶样都具有花香特征，花香浓度有层次差异，这可能与其所含挥发性组分有关。

3 讨 论

3.1 铁观音乌龙茶的香气特征组分

SAFE法可以有效把挥发性成分从复杂基质中提取出来，对热敏性挥发性成分的影响较少，能保持样品原有的自然风味[29-30]。本研究检测到的高挥发性化合物较少，这可能由以下原因导致：1）SAFE萃取物中挥发性比乙醚高的香气物质将会在浓缩过程丢失，这是所有溶剂提取法所面临的问题；2）在GC分析中为了排除溶剂峰本身对检测的影响采取了保留时间延迟的方法，即检测信号在溶剂峰完全出现后才能开始数据采集，而在溶剂峰出现前或随溶剂峰一起出现的香气物质通常被人为地忽略掉；并且高挥发性物质往往出峰比溶剂峰早；3）为了避免高丰度香气物质超出仪器的线性范围，采用SAFE法提取时茶样量不能过多，因此低丰度的香气物质可能低于检测的下限而未能检出。这些因素可能导致本研究中鉴定出的香气化合物多集中在挥发性较低的物质（表2）。相比之下，基于固相的香气提取方法如HSSPME法可以有效避开液相提取法的局限性，因此更适合用于高挥发性香气物质的检测，尽管其对低挥发性的香气物质检测效果不理想。本研究鉴定出的铁观音挥发性组分包括醇类、酯类、烃类、酮类和含氮类化合物，未发现醛类化合物[31-32]，可能与醛类物质本身含量较低且挥发性强有关。醇类化合物和酯类化合物是铁观音挥发性组分的主体，前者的种类较后者少，但其含量较高，这与嵇伟彬等[31]的研究结果基本一致。为了更好地突出重要醇类、酯类、酮类化合物的支撑作用，本研究还细化出芳樟醇类、脂肪酸酯类、芳香酸酯类等化合物。

3.2 芳樟醇类化合物对制茶工艺的响应

茶叶中挥发性成分直接影响香气品质，并且其阈值、含量与呈香特性决定茶叶香气类型。研究表明，带羟基官能团的醇类化合物是乌龙茶的主要呈香物质，尤其是具有花香、果香的芳樟醇类化合物如芳樟醇、氧化芳樟醇、橙花叔醇等[31,33-34]。芳樟醇具有铃兰花香、木香，茶叶加工中可通过芳樟醇葡萄糖苷的降解方式产生[25,35]，但鲜叶加工成乌龙茶后芳樟醇含量下降[36]。由于芳樟醇在一定条件下还会发生异构化，转化为香叶醇或橙花醇[16]，致使不同茶类间芳樟醇含量差异很明显[37]。芳樟醇含量最高的是白茶，其次是红茶，且红茶的芳樟醇含量远高于乌龙茶，这与本研究结果基本吻合，由此可见红茶工艺更有利于芳樟醇的形成。

香叶醇是红茶中含量最多的香气成分[38]，具有玫瑰花香。研究发现萎凋工艺能促进香叶醇的积累[26]，摇青工艺会使其含量下降[39]，因而推测由相同原料加工的茶样中红茶可能含有更多的香叶醇。本研究在绿茶样中检出微量香叶醇，在铁观音红茶和乌龙茶样中检出的香叶醇更少，即便是乌龙茶[31]，表明茶叶中香叶醇的稳定性较弱，在异构中以芳樟醇化合物形态存在。不同工艺茶样中，乌龙茶检出脱氢芳樟醇，其与茶叶香气品质相关，含量受焙火工艺影响明显[6,40]，侧面反映出烘焙技术在乌龙茶香气品质形成中的重要性。

研究发现，橙花叔醇含量在乌龙茶做青过程中呈上升趋势[41]，被认定为清香型铁观音的特征性香气成分[6]，可用于判别铁观音陈茶与新茶[5]。其他茶类如红茶、绿茶、白茶中也含有橙花叔醇[42-44]，并且花香型红茶比普通红茶含有更多的橙花叔醇，却不及乌龙茶高，说明乌龙茶做青工艺更利于橙花叔醇积累。与红茶样相比，未发酵的绿茶样含有较高的橙花叔醇，且与乌龙茶样的相当，说明萎凋或摊放可促进橙花叔醇形成，且做青产生的机械损伤对其影响不明显，可见乌龙茶橙花叔醇的形成离不开复杂的做青工艺。

3.3 脂肪酸酯类化合物对制茶工艺的响应

茶叶中存在多种C6类挥发性化合物如顺-3-己烯醇（又名青叶醇）、反-2-己烯醇、反-2-己烯醛等，都是脂肪酸酯类化合物的重要前体。研究发现，顺-3-己烯醇的形成既可通过脂肪酸代谢途径实现[45]，也可由顺-3-己烯醇吡喃葡萄糖苷的降解完成[46]；顺-3-己烯醇具有青草气，其衍生化合物多呈现怡人香气（表3）。研究发现己酸-3-己烯酯是绿茶、乌龙茶、红茶的主要香气成分，萎凋、做青和干燥工艺均有助于茶叶中己酸-3-己烯酯的累积[26,37,47]。本研究发现红茶中的己酸-3-己烯酯、己酸-2-己烯酯含量均高于乌龙茶，说明这2 种物质的形成与茶叶发酵程度有关[48]。

4 结 论

不同工艺加工的铁观音茶香气感官因子得分均高于90 分，各自带有独特的花香特征。采用SAFE-GC-MS/FID法从铁观音茶中检测到的挥发性组分主要有醇类、酯类、烃类、酮类和含氮类化合物等，其中含量较多的是醇类化合物。并且以芳樟醇类、脂肪酸酯类、芳香酸酯类化合物等的形式细化挥发性组分，有利于彰显制茶工艺的致香作用。铁观音茶中存在氧化芳樟醇II、氧化芳樟醇IV、芳樟醇、反-橙花叔醇、己酸-3-己烯酯、己酸-2-己烯酯、苯甲酸-3-己烯酯、苯甲酸己酯和新植二烯等共有挥发性成分，即为铁观音茶的品种香气化学特征组分。

铁观音茶鲜叶按3 种工艺加工成茶，香气品质有一定差异，芳樟醇类和芳香酸酯类化合物是茶样的主体组分。相对而言，红茶工艺有利于芳樟醇、氧化芳樟醇、3-甲基丁酸-2-己烯酯、己酸-3-己烯酯、己酸-2-己烯酯、新植二烯、二氢猕猴桃内酯、β-紫罗酮和水杨酸甲酯的形成；乌龙茶工艺促进脱氢芳樟醇、2,6-二甲基-3,7-辛二烯-2,6-二醇、反-橙花叔醇、辛酸-顺-3-己烯酯、苯甲酸己酯等的形成；绿茶工艺有利于水杨酸-顺-3-己烯酯、苯甲酸-2-己烯酯、苯甲酸-3-己烯酯、苯甲酸己酯等组分的形成。