不同产地红茶香气品质的SPME/GC-MS分析

彭 云，李 果，刘学艳，吕才有, ，熊昌云,

(1.云南农业大学热区健康饮料研究中心，云南普洱 665000；2.云南农业大学龙润普洱茶学院，云南昆明 650201)

红茶作为全球产销量最大的茶类产品，是源自于中国的传统基本茶类，是我国茶类中的瑰宝，同时也是深受世界各国人民喜爱的健康饮料。红茶由于其原料产地、茶树品种以及加工工艺的不同，制成的红茶品质也有所差异，致使红茶的风味有着明显的地域特性。香气是茶叶品质优劣的重要评判因子，对茶叶香气活性成分进行提取分析，不仅对评价茶叶品质具有重要的意义，还能给消费者的选择提供参考[1-2]。红茶香气组成有的是原本茶鲜叶中所存在的，有的则是香气前体经加工过程所形成的，茶鲜叶富含蛋白质、茶多酚，茶多糖等物质，这些物质在加工过程中容易发生复杂的化学反应。发酵是红茶香气形成的关键工序，红茶中的挥发性物质在此过程中虽有一定损失，但却有新的挥发性成分产生[3]；红茶加工过程中的复杂化学变化，使得主要的香气成分互相融合，进而赋予了红茶独特的香气类型，是茶叶内含芳香成分的综合表达[4-5]。总之，红茶的大多数香气组分是以鲜叶中原有的以及后期制造过程中所形成的共同存在。此外，茶树品种与香气的种类、比例和含量也有着密不可分的关系，不同品种(系)所制的红茶会产生不同的挥发性香气成分，进而呈现出不同的香气类型[6-7]。

目前红茶中芳香物质的种类繁多，已检出鉴定的红茶香气物质多达700余种，这表明，红茶在加工过程中，鲜叶中的芳香物质经过发酵过程中化合物之间的相互碰撞，使其在含量和种类上发生变化[8-10]。不同产地的红茶，由于芳香物质组成及其含量比例不同，其香气类型和特征性成分也有所不同[11]。国内外学者对红茶香气进行了大量的研究，Chen等[12]利用固相萃取-气相色谱-质谱联用技术对汉中红茶香气成分进行鉴定分析；王秋霜等[13]也利用SPME/GCMS技术对国内名优红茶的挥发性香气物质及其呈香特征进行了探究；此外，任洪涛等[14-15]还分别研究了云南30个工夫红茶样品的香气物质及不同级别云南工夫红茶香气组分的变化差异。但就前人的研究来看，人们对于红茶香气的研究大都集中于同一品种不同等级，不同加工工艺之间的对比；而对于不同产地工夫红茶香气物质之间差异的研究还鲜少。

本实验采用顶空固相微萃取(HS-SPME)结合气相色谱-质谱联用技术(GC-MS)[16-18]对云南、湖北、福建三个地域红茶的香气物质进行了鉴定和分析，揭示了滇红、闽红、宜红等不同产地工夫红茶香气品质形成的化学物质基础，对中国红茶香气品质的系统性分析具有积极作用，也可为今后开发风格多样的红茶新产品提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 材料与仪器

实验材料 市售特级滇红，一级滇红，二级滇红，三级滇红，福鼎红茶，宜昌红茶，详情见表1。

表1 红茶样品信息Table 1 Black tea sample information

Agilent 6890N-5973气相色谱-质谱联用仪(GCMS)、SPME手持萃取柄及65μm PD-MS/DVB萃取头 Supelco公司；A13204-N电子分析天平 奥豪斯仪器有限公司；DHG-9140型电热鼓风干燥箱 上海中友仪器设备有限公司；DZKW-S-8恒温水浴锅 北京市永光明医疗仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 感官审评方法 参照茶叶感官审评方法(GB/T 23776-2018)的红茶审评方法，如表2所示，由5位具有高级评茶员组成审评小组对各茶样的外形、汤色、香气、滋味、叶底5项感官审评因子进行评分。

表2 大叶种工夫红茶感官审评标准Table 2 Large leaf species congou black tea sensory evaluation standard

1.2.2 SPME方法 将茶样置于干燥器内(密闭不抽真空)，实验前准确称取10.0 g茶样放入自制的顶空萃取瓶中，立即加入30 mL 100 ℃的高纯水，加盖密封后置于55 ℃水浴，6 min后插入预先老化过的65 μm PDMS/DVB萃取头进行萃取，吸附时间45 min。取出后立即插入色谱进样口中解吸附5 min，进行GC-MS数据分析。

1.2.3 GC-MS分 析 方 法 GC条 件：采 用HP-5MS毛细管色谱柱(柱长30 m、内径0.25 mm、液膜厚度0.25 μm)；载气为氦气 (He)，纯度>99.999%，流速1.0 mL/min；进样口温度为250 ℃, ECD检测器温度250 ℃，起始柱温为50 ℃，保持5 min，以5 ℃/min升至230 ℃，保持5 min，最后以10 ℃/min升至250 ℃，不分流进样。

MS条件：电离方式EI，电子能量70 eV，离子源温度230 ℃，检测器电压350 V，接口温度180 ℃，阱外套温度40 ℃，传输线温度280 ℃，采用全谱扫描，扫描范围为40～400 mHz。

1.2.4 定性和定量方法 定性与定量分析方法：根据气相色谱/质谱联用(GC-MS)分析得到挥发性成分的总离子色谱图，通过计算机检索，参考标准谱图(NIST08和NIST08s)，同时结合相对保留时间，查阅茶叶香气文献资料及数据，对样品挥发性成分进行定性，并用峰面积归一化法分析各香气组分相对含量。

1.3 数据处理

采用Microsoft Office Excel 2010对实验数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 感官审评

从表3可知，感官审评综合得分特级滇红>一级滇红>二级滇红>福鼎红茶>宜昌红茶>三级滇红。综合来看，云南大叶种所制红茶感官品质表现为：外形肥壮紧结，匀整显毫，汤色红艳明亮，香气以甜香为主，滋味鲜爽醇厚，感官品质优异；福鼎红茶外形紧结，有金毫，汤色红明亮，带花香，滋味甜醇尚鲜；宜昌红茶条索紧细有毫，色泽乌润，汤色红艳，香气甜纯滋味鲜醇。

表3 不同红茶的感官审评结果Table 3 Black tea sensory test results of various cultivars

2.2 6种红茶的香气成分鉴定

通过SPME-GC-MS在6种红茶中共分离鉴定出67种香气化合物，涵盖了有机化学分类中的醇类、醛类、酮类、酯类、烯烃类、烷烃类、酸类等。其中特级滇红34种，一级滇红22种，二级滇红33种，三级滇红35种，福鼎红茶32种，宜昌红茶29种，不同品种的红茶在组成上有所不同，各类物质在挥发性香气物质中所占的相对含量也存在着差异。67种挥发性成分包括31种碳氢化合物、12种醇类、4种酯类、7种酮类、5种醛类、1种酸类、7种杂环类化合物。根据质谱数据、相对保留时间以及与文献值对照[19]，鉴定的红茶具体香气成分见表4和表5。

2.2.1 不同红茶的挥发性物质种类差异 从表4可知，在四种云南滇红茶中，共鉴定出67种挥发性芳香族化合物，主要为醇类(24.53%～70.85%)、醛类(1.12%～9.51%)、酮类(0.85%～11.57%)、酯类(1.13%～8.70%)、烯烃类(3.47%～6.07%)、烷烃类(1.04%～8.07%)以及其他少量杂环类化合物(0.46%～13.57%)等。由检测结果可知：特级滇红中共有34种香气物质，起主要贡献作用的香气组分以醇类、醛类、酯类为主；其中醇类化合物总含量达70.85%，芳樟醇的相对含量为61.13%，α-松油醇0.93%，顺-α,α-5-三甲基-5-乙烯基四氢化呋喃-2-甲醇5.24%；醛类化合物的相对总含量为2.62%，占主导地位的苯乙醛达2.15%。一级滇红中共检测出22种香气组分，起主要贡献作用的香气组分以醇类、酯类为主，其中含量较高的化合物分别为芳樟醇(37.26%)、顺-氧化芳樟醇(5.40%)、顺-α,α-5-三甲基-5-乙烯基四氢化呋喃-2-甲醇(2.78%)、橙花醇(6.93%)、2,2,6-三甲基-6-乙烯基四氢-2H-呋喃-3-醇(2.18%)、α-松油醇(1.55%)、β-环柠檬醛(1.12%)、水杨酸甲酯(8.06%)、长叶烯(3.59%)、1-十六烯(1.24%)、龙脑(冰片)(1.78%)等。二级滇红中共检测出的香气组分主要包括醇类、酯类、酮类、烃类、醛类等，共33种香气化合物；其中含量较高的香气化合物分别为芳樟醇(10.09%)、顺-α,α-5-三甲基-5-乙烯基四氢化呋喃-2-甲醇(7.27%)、2,2,6-三甲基-6-乙烯基四氢-2H-呋喃-3-醇(1.95%)、橙花醇(1.31%)、柠檬醛(1.82%)、茉莉酮(2.19%)、β-紫罗酮(1.12%)、水杨酸甲酯(4.28%)。三级滇红的香气组分以醇类、醛类、酮类为主，共检测出35种，含量较高的香气化合物分别为芳樟醇(19.92%)、顺-α,α-5-三甲基-5-乙烯基四氢化呋喃-2-甲醇(8.63%)、2,2,6-三甲基-6-乙烯基四氢-2H-呋喃-3-醇(3.20%)、α-松油醇(1.20%)、香叶醇(1.01%)、苯乙醛(3.95%)、2,3-二氢-2,2,6-三甲基苯甲醛(臧红花醛)(3.94%)、β-环柠檬醛(1.44%)、β-紫罗酮(3.14%)、二氢猕猴桃内酯(1.06%)。

表4 经分析鉴定出的6种红茶中的香气化合物Table 4 Aroma compounds in 6 black teas identified by analysis

续表4

在福鼎红茶中共检测到32种挥发性组分，主要包括醇类、醛类、酮类化合物等；其中醇类化合物中的芳樟醇含量为14.04%；醛类物质中的藏红花醛含量为4.08%，β-环柠檬醛含量为2.44%；酮类化合物中β-紫罗酮含量为2.05%，香叶基丙酮含量为1.94%；酯类物质中二氢猕猴桃内酯含量为2.12%；此外，β-柏木烯的含量为1.19%。

在宜昌红茶中定性定量检测出29种以醇类、酮类、酸类物质为主的香气组分；醇类化合物中的香叶醇含量为28.14%、芳樟醇含量为2.77%，雪松醇含量为3.63%；酮类化合物中的β-紫罗酮含量为3.00%；酸类化合物有且只检测出一种物质，即棕榈酸，其含量为1.62%。

对6种红茶进行综合分析，所检测出的香气物质种类差异明显，在云南红茶中香气物质种类相似，特级滇红和一级滇红茶样的香气物质含量较高，二级和三级滇红茶中的含量则较低；芳樟醇、2,2,6-三甲基-6-乙烯基四氢-2H-呋喃-3-醇、α-松油醇、β-环柠檬醛、β-紫罗酮、香叶基丙酮、1-十六烯、十三烷、十五烷、十七烷、甲氧基苯肟在4个茶样中均能检出，为共同检出香气物质，其他香气物质在各茶样中不同频次出现。此外，同类香气物质在不同茶样中所占比例有明显差异，其中芳樟醇在特级滇红中含量最高，在二级滇红中含量最低。不同等级的滇红茶其香气组成呈现出一定的规律性，均表现为醇类物质的相对含量最高。在福鼎红茶中，酮类物质的含量与其他5种茶样相比，含量最高，是闽红工夫呈香特征的第二大贡献物质，含量达11.57%。在宜昌红茶中，存在两种特殊香气物质—香叶醇及棕榈酸，在其他5种红茶中均未检出。

2.2.2 滇红、宜红和闽红的具体挥发性物质差异 本研究所选的茶样均是由大叶种茶树经一定的加工工艺所制成的成品工夫红茶，滇红工夫是以云南大叶种为原料，宜红工夫是以宜昌大叶种为原料，闽红工夫则是以福鼎大白茶为原料。这些红茶在香气组成和比例上有很大的相似性，6种红茶的香气成分均是以醇类物质为主体，尤以芳樟醇的相对含量最为丰富；但同为大叶种红茶，由于茶树品种遗传基础的不同对香气特征的形成会产生相应的影响，不同产地环境条件、土壤条件、植物营养状况、地理位置以及土壤胁迫等因素，也会导致其香气物质表现出不同的特点[20]。

从表5可知，通过对比6种不同红茶样品，就挥发性香气物质的相对含量来看，各种红茶的挥发性香气物质主要以醇类物质为主，其次是醛类、酮类和酯类。醇类化合物通常带有特殊的花香和果香，红茶在加工过程中，由于其特殊的发酵工艺，导致挥发性化合物的组分和种类发生了极其深刻的变化。本研究分析检测出的醇类物质主要包括呈甜嫩新鲜似铃兰花香的芳樟醇，有清香似海桐花气息和紫丁香、铃兰清幽香气的α-松油醇[21]，具有玫瑰甜香的橙花叔醇、香叶醇[22]，具有强烈木香的顺-氧化芳樟醇以及顺-α,α-5-三甲基-5-乙烯基四氢化呋喃-2-甲醇和2,2,6-三甲基-6-乙烯基四氢-2H-呋喃-3-醇等，与6种红茶的特征香型表现出高度的相关性，但是不同地域红茶中的各种醇类化合物存在着一定差异。单萜类物质芳樟醇(2.77%～61.13%)作为6种茶样中的共同检出香气物质，是决定红茶香型的重要芳香化合物。

表5 不同红茶样品的挥发性成分种类数及其含量Table 5 The types and content of volatile components in different black tea samples

经过脂肪酸降解，胡萝卜素降解，糖苷水解以及美拉德反应等途径[8,23]，6种红茶中的生化活性成分将转化成相应的挥发性香气产物。经检出共有5种醛类组分，多呈现水果清香。其中呈薄荷香的β-环柠檬醛在各茶样中均被检出，为红茶中的共有醛类组分。呈花香的藏红花醛在三级滇红、福鼎红茶、宜昌红茶这三种红茶中检出，含量最高达4.08%。有浓郁柠檬香味的柠檬醛以及强烈风信子香气，低浓度时有杏仁、樱桃香味的苯乙醛等醛类物质在滇红茶和宜昌红茶中检出，这些挥发性化合物对红茶的呈香起着主要的贡献作用[24]。

羰基类物质的种类与含量在6种红茶中也占有一定的比例，其中环状结构的酮类物质β-紫罗酮、β-紫罗兰酮、香叶基丙酮和大马酮是6种红茶中的主要酮类成分。β-紫罗酮和β-紫罗兰酮是由类胡萝卜素降解形成，呈现出木香、水果香和紫罗兰香气，具有鲜明的红茶香韵，是一种重要的香气物质，对茶叶香气也起着积极的贡献[25]。此外，具有木兰香气的香叶基丙酮、紫罗兰香气的α-紫罗酮、似茉莉花香的茉莉酮、呈木香和桂花香的β-二氢紫罗兰酮存在于福鼎红茶和宜昌红茶这两种红茶中。

酯类化合物多呈现水果清香，对红茶香型的形成起着重大的贡献作用。部分酯类成分，由高级脂肪酸和低级醇脱水缩合而成，如呈冬青叶香，有药草特殊气味的水杨酸甲酯[26]，有香豆素及麝香气味的二氢猕猴桃内酯[27]，似水果清香的顺-3-已烯基丁酯和(Z)-己酸-3-己烯酯等，均在二级滇红茶中检出。

碳氢类化合物在各类茶中的含量也较为丰富，一般来说，烷烃几乎不呈现香气，但却对红茶的香气构造起着间接的重要作用。具有愉悦花香气味的δ-杜松烯，呈柏木、檀香气味的α-柏木烯和具有愉快橙子香气的D-柠檬烯[28]，是6种红茶中的主要烯烃类成分。具有松木树脂气味的a-蒎烯和具有新鲜花瓣和苹果味道的反式β-金合欢烯在特级滇红茶中检出、具有花草香的罗勒烯则在二级滇红茶中检出，这些香气化合物与红茶的整体香气变化都有一定的相关性[29]。

酸类、醚类、酚类和甲氧基苯类成分在6种红茶中的种类数量与含量都较低，酸类组分中的棕榈酸有且只在宜昌红茶中检出，棕榈酸本身不具有任何的香气，但能降解生成壬醛、庚醛等香气物质，对香气的影响亦不容忽视；总之，这些物质间的相互影响和相互作用使得红茶表现出了丰富多变的香型，对红茶香气的整体风味具有重大的影响。

3 讨论与结论

茶叶芳香物质是由多种不同成分组成的混合物综合作用的结果，与各香气成分的含量及比例高度相关，各成分对香气的作用大小取决于香气值的高低[30]。尽管茶叶香气物质含量在茶叶干物质中占比很低，但对茶叶品质形成却具有重要作用。本研究对6种红茶茶样挥发性物质的呈香特征进行分析，结果发现6种红茶茶样均具有茶叶青香气，兼有花香、甜香、果香等香气特征，总体符合我国红茶所体现的花果甜香特征[31-32]。通过上述结果分析可以看出，3个产地的工夫红茶挥发性香气组分种类和含量基本一致，但仍存在一定差异，如滇红工夫中有26种特有成分，主要为反-α,α-5-三甲基-5-乙烯基四氢化呋喃-2-甲醇、顺-氧化芳樟醇、α-松油醇、(E)-反式-橙花叔醇等；滇红工夫产于云南省昌宁县，作为滇红的核心产区，昌宁由于其特殊的地理气候条件，所产茶叶品质优异，整体表现出较高的香气和锐度，香精油特征明显，芳樟醇作为云南滇红的特征性和指示性香气成分，占了总挥发性物质的一半以上，相对含量分数非常高，与茶叶香气也表现出高度相关性[33]；任洪涛等[15]通过综合评价云南红茶香气品质发现，云南工夫红茶的品质与芳樟醇及其氧化物、水杨酸甲酯、香叶醇等的含量呈显著正相关。此外，本研究的研究结果也与罗学平等[34]、廉明等[35]的研究一致。

通过研究分析发现宜红工夫中有4种特有成分，主要为香叶醇、β-柏木烯、棕榈酸等；产自湖北宜昌的宜红茶属于我国的三大传统工夫红茶之一，香叶醇作为相对质量分数最高的单萜烯醇物质，与茶叶感官审评呈现出花果甜香表现出高度相关性，但是对比之前的学者赵瑶等[36]、郑鹏程等[37]的研究发现，宜红茶中具有花香气味的香叶醇、芳樟醇相对含量普遍高于本试验研究，推测造成与前人研究结果差异的原因可能与产地的地理位置以及检测方法不同有关，但仍有待后续进一步深入研究探讨。闽红工夫中有6种特有成分，主要包括β-紫罗兰酮、β-二氢紫罗兰酮、1,5,5-三甲基-6-亚甲基-环己烯、氯代二十七烷等物质；产自于福建福鼎的工夫红茶除醇类物质之外含量最高的则是酮类物质，占了总挥发性物质的16.8%，且羰基类化合物中β-紫罗兰酮及其氧化物是其红茶香气的主要贡献物质。

6种红茶分别检测出32、22、33、35、32和29种香气成分，明确了3个不同地域红茶的香气物质基础，为红茶品质特征的进一步研究提供了较为充分的数据。香气成分按化合物的结构类型分析，3个产地的香气物质包括醇、醛、酮、酯、杂环等化合物，相对总含量分别为88.25%、85.03%、44.64%、77.28%、68.92%和68.2%。主要香气化学成分依次为芳樟醇及芳樟醇氧化物、2,2,6-三甲基-6-乙烯基四氢-2H-呋喃-3-醇、β-环柠檬醛、β-紫罗酮、香叶基丙酮、水杨酸甲酯等，这些成分的共同作用构成了红茶的香气基调。