不同原料等级黄茶特征香气成分分析

蒋容港，黄 燕，金友兰，黄芳芳，刘仲华,4，黄建安，李 勤,4,*

（1.湖南农业大学 茶学教育部重点实验室，湖南 长沙 410128；2.国家植物功能成分利用工程技术研究中心，湖南 长沙 410128；3.益阳茶厂有限公司，湖南 益阳 413046；4.植物功能成分利用省部共建协同创新中心，湖南 长沙 410128）

黄茶作为我国六大茶类之一，也是我国独有的茶类[1]。根据鲜叶原料不同，主要分为芽型、芽叶型、多叶型3 种类型黄茶[2]。黄茶主要加工工序为杀青→闷黄→干燥。闷黄是形成黄茶特有的“三黄”品质（干茶黄、汤色黄、叶底黄）的关键工序。在闷黄过程中，糖类物质在湿热作用下会与氨基酸、多酚类化合物发生反应，形成近似“甜香”的品质特征[3]，在黄茶干燥过程中，由于热的作用，亦形成多种复杂芳香物质。

茶叶香气是影响茶叶品质的重要因素之一[4]。霍山黄芽的主要香气成分为脂肪烃和芳香类化合物；随后研究进一步探究霍山黄芽与君山银针的香气成分，其共有化合物为十三烷、δ-杜松烯、芳樟醇、二氢猕猴桃内酯、香叶醇等[5-6]；构成霍山黄茶香气的重要物质为糠醛、5-甲基呋喃醛、3-乙基-2,5-二甲基吡嗪、水杨酸甲酯等[7]；此外有相关文献报道，在品种、栽培条件和加工工艺相同的条件下，鲜叶质量是影响其香气成分种类和含量的主要因子[8]。不同原料等级加工而成的黄茶，其香气特征各有特点，但其特征香气化学物质基础尚不清楚，严重阻碍了产品的标准化。

本研究选取不同原料等级黄茶样品（芽型、芽叶型和多叶型）为研究对象，采用感官审评、固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术，研究不同原料等级黄茶特征香气成分，以期为黄茶香气品质标准化提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

样品购于湖南省长沙市高桥茶叶市场，原料等级为单芽至一芽多叶，生产时间为2018年，具体名称和产地如表1所示，9 个黄茶样品磨碎后分别过100 目筛，每个样品取3 g混合均匀构成QC样品备用。

表1 黄茶样品信息Table 1 Information about yellow tea samples tested in this study

癸酸乙酯、正构烷烃混标（C8～C40） 美国Sigma-Aldrich试剂公司；无水乙醇（色谱纯）、氯化钠（分析纯） 国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取头、固相微萃取手动进样手柄 美国Supelco公司；PC-420D磁力加热搅拌器北京康林科技有限责任公司；Simplicity超纯水机 美国Millipore公司；7890B-7000C气相色谱-质谱联用仪 美国Agilent公司；ATY124电子天平 日本Shimadzu公司。

1.3 方法

1.3.1 黄茶感官审评

根据GB/T 23776—2018《茶叶感官审评方法》对9 个茶样的外形、汤色、香气、滋味、叶底进行特征描述[9]。

1.3.2 顶空固相微萃取条件

内标溶液配制：取癸酸乙酯标准品母液0.1 mL于100 mL容量瓶中，无水乙醇定容，配制成质量浓度为0.864 g/L标准液，然后稀释到8.64 mg/L，分装放置4 ℃下备用。

称取1 g茶叶粉碎样品置于15 mL顶空瓶，加入转子，称取0.5 g氯化钠置于10 mL具塞试管中，然后加入5 mL煮沸去离子水，接着再加入10 μL癸酸乙酯（8.64 mg/L），最后倒入装有茶样的顶空瓶中，盖紧瓶盖，摇匀。将顶空瓶放在磁力加热搅拌器上，将固相微萃取头插入顶空瓶顶空部分，平衡10 min后推出纤维头，纤维头离液面约1 cm，萃取时间40 min，萃取温度80 ℃，转速600 r/min，萃取完成后收回纤维头，立即插入气相色谱进样口，于250 ℃解吸5 min。

1.3.3 气相色谱-质谱条件

气相色谱条件：HP-5MS石英毛细柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；升温程序：起始柱温50 ℃，保持3 min，以3 ℃/min升至170 ℃，然后以5 ℃/min升至190 ℃，最后以15 ℃/min升至250 ℃保持2 min；载气为高纯氦气（纯度≥99.999%）；载气流速1 mL/min；进样口温度250 ℃；不分流进样。

质谱条件：电子电离源；离子源温度230 ℃；进样口温度250 ℃；电子能量70 eV；电子倍增器电压880 V；采用全扫描模式；质量扫描范围35～400 u。

1.3.4 定性定量分析

定性分析：根据待测物质的保留时间，计算保留指数（retention index，RI），结合文献[10-15]以及数据库中的RI对物质进行鉴定。RI按式（1）计算[16-18]：

式中：tx为待测物质的保留时间/min；tn为n个碳原子数正构烷烃的保留时间/min；t（n+1）为（n+1）个碳原子数正构烷烃的保留时间/min。

定量方法[19]：通过计算待测挥发物与癸酸乙酯的峰面积之比求其含量（假定各挥发物的绝对校正因子为1.0），按式（2）计算：

1.3.5 香气活性值（odor active value，OAV）计算[20]

OAV为某香气成分的浓度与其嗅觉阈值的比值，查找相关文献[21]获得阈值，再根据定量结果计算OAV，按式（3）计算：

式中：Ci为香气成分的含量/（ng/g）；OTi为该香气成分的阈值/（μg/kg）。

1.4 数据处理

实验均进行3 次技术重复，数据均为平均值，数据采用SIMCA-P14.0进行主成分分析（principal component analysis，PCA）、聚类分析（hierarchical cluster analysis，HCA）以及正交偏最小二乘-判别分析（orthogonal partial least squares-discriminant analysis，OPLS-DA），R软件Pheatmap包进行热图分析。

2 结果与分析

2.1 不同原料等级黄茶香气感官特征

如表2所示，芽型黄茶、芽叶型黄茶和多叶型黄茶均符合黄茶“干茶黄、汤色黄、叶底黄”的典型品质特征[22]；其中芽型黄茶香气属性以“清香”为主；芽叶型黄茶香气属性以“清甜”为主；而多叶型黄茶则呈“锅巴香”。

表2 不同原料等级黄茶感官审评结果Table 2 Results of sensory evaluation of yellow teas from different grades of raw materials

2.2 不同原料等级黄茶挥发性成分

如表3所示，不同原料等级黄茶中共检测到100 种挥发性成分，包括碳氢化合物35 种、酯类16 种、醇类15 种、酮类13 种、醛类11 种、吡咯类及其衍生物7 种、含氮化合物1 种、酸类1 种和内酯类化合物1 种。

表3 黄茶QC样品挥发性成分定性结果Table 3 Qualitative analysis results of volatile components of yellow tea samples

续表3

续表3

如表4所示，芽型黄茶样品挥发性成分中碳氢类化合物和醇类含量最高，其次是醛类和酯类；其中，1-辛烯-3-醇、δ-杜松烯、苯乙醛、芳樟醇、2-氨基-5-甲基苯甲酸和β-紫罗酮是芽型黄茶的主要挥发性成分。芽叶型黄茶样品挥发性成分中醇类化合物含量最高，其次是碳氢类化合物；其中，香叶醇、芳樟醇、苯乙醇、脱氢芳樟醇、苯甲醇、月桂烯是芽叶型黄茶的主要挥发性成分。多叶型黄茶挥发性成分中吡咯类及其衍生物显著高于芽型和芽叶型，其次是碳氢类和醇类；其中，2,4-二甲基-3-乙基吡咯、3-乙基-2,5-二甲基吡嗪、N-乙基吡咯、2-乙基-5-甲基吡嗪、水杨酸甲酯、3,5-二乙基-2-甲基吡嗪和2,3-二乙基-5-甲基吡嗪是多叶型黄茶的主要挥发性成分。

表4 3 个不同原料等级黄茶的挥发性成分及其含量Table 4 Relative contents of volatile components in different grades of yellow tea

续表4

2.3 不同原料等级黄茶香气成分

OAV大于1的挥发性成分被认为对香气有贡献[23]。通过OAV计算与文献检索，共鉴定出55 种OAV大于1的呈香物质（表5），包括14 种碳氢类化合物、11 种醇类化合物、9 种醛类化合物、9 种酯类化合物、7 种酮类化合物、3 种吡咯类及其衍生物、1 种酸类化合物和1 种内酯类化合物，这些化合物对不同原料等级黄茶的“清香”、“清甜”和“锅巴香”属性具有重要贡献。

表5 不同原料等级黄茶中关键挥发性成分的OAV及香气特征Table 5 OAV values and aroma characteristics of key volatile components in yellow tea from different quality grades

续表5

芽型黄茶中呈香物质有56 种（OAV＞1），其中，OAV大于100的重要香气成分有4 种，包括清香属性的苯乙醛，果香属性的α-紫罗烯，烘烤香属性的3-乙基-2,5-二甲基吡嗪、2,3-二乙基-5-甲基吡嗪；10＜OAV＜100，呈香物质有21 种，包括1-辛烯-3-醇、(E)-3,7-二甲基-1,3,6-辛三烯、(E)-2-辛烯-1-醇、己酸乙酯、芳樟醇等。芽型黄茶呈香物质中清香属性的苯乙醛OAV最大，达到1 216.98。

芽叶型黄茶中呈香物质有61 种（OAV＞1），其中，OAV大于100的重要香气成分有12 种，包括果香属性的α-紫罗烯和月桂烯，清香属性的苯乙醛，甜香属性的(E)-3,7-二甲基-1,3,6-辛三烯和己酸乙酯，花香属性的香叶醇、芳樟醇和苯乙醇等；10＜OAV＜100，呈香物

质有28 种，包括(E)-2-辛烯-1-醇、苯甲醇、邻氨基苯甲酸甲酯、β-紫罗酮、丁酸叶醇酯、氧化芳樟醇II、D-柠檬烯、水杨酸甲酯等。其中果香属性的α-紫罗烯OAV最大，达到1 103.82。

多叶型黄茶中呈香物质有60 种（OAV＞1），其中，OAV大于100的重要香气成分有14 种，包括烘烤香属性的2,3-二乙基-5-甲基吡嗪、3-乙基-2,5-二甲基吡嗪、2-乙基-5-甲基吡嗪和N-甲基-2-吡咯甲醛，果香属性的月桂烯、α-紫罗烯等；10＜OAV＜100，呈香物质有芳樟醇、3-异丙基甲苯、β-紫罗酮、苯甲醛、1,2-二氢-1,1,6-三甲基萘、邻氨基苯甲酸甲酯、苯乙烯、香叶醇等。其中烘烤香属性的2,3-二乙基-5-甲基吡嗪、3-乙基-2,5-二甲基吡嗪、2-乙基-5-甲基吡嗪、N-甲基-2-吡咯甲醛OAV较大，分别达到为292 063.89、90 560.30、4 738.83和3 988.36。

2.4 不同原料等级黄茶特征香气成分

为了阐明不同原料等级黄茶特征香气属性的差异挥发性成分，对所有挥发性成分进行多元统计分析。本研究中PCA模型共提取10 个PC，拟合参数Q2=0.985，表明10 个PC共提取到挥发性成分99.7%的信息，同时模型拟合效果良好。HCA将PCA所提取的10 个PC全部用于聚类，二者分析结果如图1所示。图1A上可明显分开，分别位于3 个不同的象限，且通过图1B可直观看出3 个不同原料等级的黄茶挥发性成分在组成和含量上存在一定差异。

图1 不同等级黄茶挥发性成分比较分析Fig. 1 Comparative analysis of volatile components in different grades of yellow tea

基于PCA结果，采用OPLS-DA对不同等级黄茶的挥发性成分进行两两比较，其中芽型与芽叶型的OPLSDA模型的统计参数为和Q2=0.989，芽型与多叶型的OPLS-DA模型的统计参数为和Q2=0.992，芽叶型与多叶型的OPLS-DA模型的统计参数为和Q2=0.992，各参数值越接近1，模型的适用性和可预测性越好。不同原料等级黄茶间，共筛选57 个差异挥发性成分（变异权重参数（variable importance in projection，VIP）＞1，P＜0.05）（表6），包括14 个碳氢类化合物、11 个醇类化合物、9 个酯类化合物、7 个醛类化合物、7 个吡咯类及其衍生物、7 个酮类化合物、1 个内酯类化合物和1 个含氮化合物。

表6 不同原料等级黄茶差异挥发性成分香气属性Table 6 Differential aroma ingredients of yellow tea from different quality grades of raw materials

续表6

进一步结合OAV（OAV＞1），筛选了35 种特征香气成分，包括香叶醇、苯甲醇、芳樟醇、氧化芳樟醇I、氧化芳樟醇II、苯乙醛、N-甲基-2-吡咯甲醛、2,3-二乙基-5-甲基吡嗪、3-乙基-2,5-二甲基吡嗪、2-乙基-5-甲基吡嗪等。如图2所示，芽型黄茶中具有清香属性的苯乙醛含量高于其在芽叶和多叶型中的含量，为芽型黄茶的特征香气成分；芽叶型黄茶中具有甜香与花果香属性的己酸乙酯、苯甲醇、香叶醇、苯乙醇、柠檬醛、橙花醛和月桂烯的含量显著高于其在芽型和多叶型中的含量，为芽叶型黄茶的特征香气成分。多叶型中具有烘烤香属性的N-甲基-2-吡咯甲醛、3-乙基-2,5-二甲基吡嗪、2-乙基-5-甲基吡嗪和2,3-二乙基-5-甲基吡嗪的含量显著高于其在芽型和芽叶型中的含量，为多叶型黄茶的特征香气成分。

图2 不同原料等级黄茶关键特征香气成分热图分析Fig. 2 Heatmap analysis of key characteristic aroma components of yellow tea from different quality grades of raw materials

3 讨 论

香气是影响黄茶品质的重要因子之一。根据感官审评结果表明不同原料等级黄茶具有不同的特征香气属性，采用固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术从黄茶样品中分离并鉴定出100 种挥发性成分，通过比较发现不同原料等级黄茶样品在挥发性成分组成和含量上存在较大差异。

不同产地、厂家的黄茶样品，由于茶树品种、生态环境、采摘时间、原料等级等不同，在加工工艺中闷黄和干燥工艺会有差别[24-25]，形成丰富多样的香型[26]；较嫩的原料闷黄时间较短，且干燥火功会较轻以保持原料较好的嫩香，而具有一定成熟度的原料闷黄时间较长，且在干燥时一般温度较高，包括拉毛火和拉老火，拉小火是低温慢烘至九成干，拉老火则要求火功高，时间足，充分发展“火功香”[27]，而且不同烘焙程度对黄大茶挥发性品质也有影响[28]。

碳氢化合物是黄茶中种类最丰富的挥发性成分，其中主要是不饱和烯烃，而不饱和烯烃在其他茶中含量较低，其形成可能与黄茶独特的闷黄工序有关，这与之前廉明等[6]的研究结果一致。芽型黄茶的特征香气属性为“清香”，其中具有清香属性的苯乙醛含量较高，在茶叶加工过程中，由于氧和热的作用，部分氨基酸会发生脱羧或脱氨，产生相应的醛，而苯乙醛来源途径之一就是苯丙氨酸脱羧后形成，在茶叶中稀释后具有清香[29]，且苯乙醛被证实为清香型铁观音的关键香气成分[30]。芽叶型黄茶特征香气属性为“清甜”，其中醇类含量较高，如己酸乙酯、苯甲醇、香叶醇、苯乙醇、柠檬醛、橙花醛和月桂烯等是具有花香、甜香、果香属性的挥发性成分；有研究表明花香特征明显的香叶醇、苯甲醇和苯乙醇被认为是形成安吉红茶“甜香”、“花香”的主要原因[31]，这些物质可能与形成芽叶型黄茶“清甜”香气属性有关。多叶型黄茶香气属性为“锅巴香”，其中具有烘烤香属性的吡咯类及其衍生物含量显著高于其他两类，这类化合物由于具有极高的香气强度和极低的香气阈值，因此对多叶型黄茶的香气具有重要影响[7]，其含量较高可能与多叶型黄茶特殊加工工序-烘焙密切相关[32]，同时，研究证实，在高温焙火的过程中，通过美拉德反应，会产生大量具有烘烤香属性的吡嗪类物质[33-34]。

黄茶作为我国独有的茶类，品质保障是非常重要的，但目前对黄茶香气成分化学物质基础均不明确，因此，后续研究应加大对黄茶品质方面的研究力度，包括技术条件与数据统计方法，进而深入了解黄茶的品质特征，从而建立黄茶的质量控制模型，提升黄茶品质。