白茶贡眉的香气组成与关键呈香成分分析

刘 洋，刘雅芳，林 智，陈勤操,

（1.江西农业大学农学院，江西 南昌 330045；2.中国农业科学院茶叶研究所，浙江 杭州 310008）

白茶是我国传统六大茶类之一，主要产区有福鼎、政和、松溪和建阳等县，其中产于福鼎的白茶是我国白茶的典型代表[1]。白茶因具有滋味鲜甜、毫香显著等风味品质特点[2]，以及良好的保健效果[3]而越来越受消费者的关注和喜爱。根据采摘标准和制茶原料的区别，可将白茶划分为白毫银针、白牡丹、寿眉和贡眉4种花色，在原料的选择上贡眉与其他3 个花色白茶有很大区别，贡眉是以当地群体种茶树的嫩稍为原料，经萎凋、干燥、拣剔等特定工艺过程制成的白茶产品，而其他3 个均是由福鼎大白茶、福鼎大毫等无性系茶树的鲜叶制作而成[4]。

香气是决定茶叶品质的重要因子之一，其对茶叶风味、等级评定以及大众消费导向等都具有十分重要的作用。茶叶挥发性成分中存在少量关键呈香成分，对茶叶的香气品质起到重要影响，具有重要的研究价值和研究意义[5]。直到2017年颁布白茶的新国标[4]，贡眉才正式作为白茶的品类之一被予以认定。目前在白茶香气研究中多以白毫银针、白牡丹及寿眉作为对象，这些花色白茶的香气成分都以醇类、醛类、酮类等为主，但香气成分的含量与手性构型存在明显差异[6-8]。此外，不同花色白茶在压饼陈化后香气也存在差异，与白毫银针相比，白牡丹和寿眉压饼陈化后香气品质更佳[9]。由此可见，不同原料制作的白茶香气成分存在较大的差异。贡眉作为白茶种类中不可缺少的一类花色，有关其主要香气组成及关键呈香物质的研究鲜见报道，致使无法科学阐述所有白茶种类的香气特点。

全二维气相色谱-飞行时间质谱（two-dimensional gas chromatography-time-of-flight-mass spectrometry，GC×GC-TOFMS）技术是在传统气相色谱基础上发展起来的一种新技术，具有灵敏度高、分辨率高、峰容量大、定性更准确和信息量大等优点，近年来已在茶叶香气化学研究上得到了广泛的应用，如绿茶[10-11]、红茶[12]、黑茶[13]等。在众多的香气成分中，大部分香气成分并没有直接的呈香作用，只有少部分香气成分起呈香作用。茶叶中关键呈香成分的分析方法一般有气相色谱-嗅闻-质谱（gas chromatography-olfactometry-mass spectrometry，GC-O-MS）、香气活性值（odor activity value，OAV）、香气化合物重组与消减实验等。GC-OMS是通过嗅闻人员使用可变电阻器的移动记录气味随时间变化强度的方法，已广泛应用于鉴定茶叶中关键呈香成分研究中[14]。Brattoli等[15]在不同操作条件下评估不同气味化合物嗅觉检测方法，发现GC-O-MS相对于其他常规方法有改进。

本研究采用GC×GC-TOFMS技术分析贡眉的香气组成，并结合GC-O-MS技术研究贡眉的关键呈香成分，以期为阐明贡眉的香气品质化学提供一定的科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

本研究选用的3 个贡眉样品均收集于福建福鼎市，生产于2018年（表1）。为保证质量，3 个样品根据GB/T 22291—2017《白茶》进行了鉴定和感官审评，均具有较好的香气品质（表1）。在进行香气分析之前，使用研磨机将茶样品研磨成均匀的粉末，然后在－20 ℃保存备用。

表1 茶叶样品信息及香气评估Table 1 Producers and sensory evaluation of tea samples tested in this study

芳樟醇、芳樟醇氧化物I、壬醛、水杨酸甲酯、反-3-壬烯-1-醇、反-2-壬烯醛、异戊酸顺-3-己烯酯、α-紫罗兰酮、β-紫罗兰酮（均为分析纯） 日本TCI公司；1-辛烯-3-醇、苯乙醛、萘（均为分析纯） 上海阿拉丁生化科技股份有限公司；反,反-3,5-辛二烯-2-酮（分析纯）美国AA Blocks公司；γ-壬内酯（分析纯） 上海Adamas公司；正构烷烃（C8～C40） 北京百灵威公司。

1.2 仪器与设备

Tube Mill control研磨机 德国IKA公司；Pegasus 4D GC×GC-TOFMS仪 美国Leco公司；7890B GC仪、5977B MS仪 美国安捷伦公司；GC-O仪 德国Gerstel GmbH & Co公司；AB104-S电子分析天平 瑞士梅特勒-托利多集团。

1.3 方法

1.3.1 挥发性化合物的提取与解吸附

参照前期已优化的方法进行[12,16]。萃取方法为顶空固相微萃取（headspace-solid phase microextraction，HS-SPME），萃取头为碳分子筛/聚二甲基硅氧烷（carboxen/polydimethylsiloxane，CAR/PDMS；85 μm，1 cm）。具体如下：首先将1.0 g茶粉放入20 mL玻璃小瓶中，加入6 mL沸腾去离子水；随后立即用盖密封，并放入60 ℃恒温振荡器中；待稳定3 min后，使用CAR/PDMS萃取头吸附60 min；最后，将挥发性化合物250 ℃解吸5 min，以进行下一步分析。

1.3.2 挥发性化合物的GC×GC-TOFMS分析

参照前期已建立的GC×GC-TOFMS方法进行[12]。GC-MS系统为Pegasus4D GC×GC-TOFMS，一维柱色谱柱为Rxi-5MS MS色谱柱（30 m×250 μm，0.25 μm），二维柱色谱柱为Rxi-17Sil色谱柱（1.9 m×100 μm，0.10 μm）。GC条件：一维柱升温程序：50 ℃保持2 min，然后以8.0 ℃/min速率均匀升至265 ℃，保持5 min；二维柱升温程序：55 ℃保持2 min，以8.0 ℃/min速率均匀升至270 ℃，保持5 min；载气为氦气（99.999%），恒定流量为1.0 mL/min；传输线温度250 ℃；分流比例为10∶1；调制解调时间为5.0 s。MS条件：电离电压为1 590 V；质量扫描范围m/z33～600；离子碰撞能量－70 eV；离子源温度220 ℃；界面温度270 ℃。

1.3.3 GC-O-MS分析

参照相关文献的方法进行[12]。GC条件：气相色谱柱为Rxi-5MS色谱柱（30 m×250 μm，0.25 μm）；载气为氦气（99.999%），恒定流量为1.6 mL/min；气相色谱柱升温程序：50 ℃保持3 min，以4 ℃/min缓慢升至265 ℃，保持5 min；采用不分流进样模式。MS条件：电子电离源；电离电压1 353 V；离子源温度230 ℃；四极杆温度150 ℃；使用全扫描模式，质量扫描范围m/z50～550；离子碰撞能量－70 eV。嗅觉条件：MS检测器和嗅觉检测端口之间的分配比为1∶1；传输线和嗅闻口的温度分别为260 ℃和230 ℃；氮气（99.99%）作为辅助气体，其流速为50 mL/min的恒定流量施加。为防止评估者的鼻黏膜干燥，GC嗅闻口有提供水分。

嗅闻分析小组由5 名（2 名男性和3 名女性）具有丰富审评经验的审评员组成，经过了至少90 h的培训[12]，并且还接受了2 个质量控制茶样的培训。香气强度定义为1～4：1弱、2中等、3强烈、4极强。如果被至少3 名成员嗅闻到或2 名成员嗅闻到但香气强度比较强烈（不小于3），且香气描述类似，则认为该香气成分为关键呈香成分，并通过MS，保留指数（retention index，RI）和标准品进行结构鉴定。

1.4 数据处理

使用LECO Chroma TOF软件处理GC×GC-TOFMS数据：一维峰宽和二维峰宽分别为25.0 s和0.1 s。最小RSN为50，最小相似匹配为750（最大1 000）；使用Statistical comparison功能完成峰匹配，一维保留时间和二维保留时间偏差分别设置为0.2 min和0.2 s；使用正构烷烃（C8～C40）计算挥发性化合物的一维RI，如果本次实验RI和报道RI差异大于20，则删除该化合物[17]。

挥发性化合物的相对含量由单个挥发性化合物的峰面积（A）与单个样品中所有鉴定得到的挥发性化合物的总峰面积（Atotal）比值计算。

2 结果与分析

2.1 贡眉香气成分的鉴定

通过对Mainlib、Replib及NIST_ri谱库的自动检索，在贡眉茶样中检测到了近千个挥发性物质，通过MS相似性匹配、RI比对以及标准品验证，总计鉴定得到236种可靠的挥发性成分，包括数量最多的醛类45种、酮类39种、酯类29种、烯烃类28种、醇类27种、芳香烃类22种、烷烃类17种、氧杂环类15种、氮杂环类8种、酸类3种、其他物质2种及硫化物1种（表2）。

表2 贡眉挥发性成分组成及其相对含量Table 2 Volatile components and their relative contents in Gongmei white tea samples

续表2

续表2

续表2

续表2

2.2 贡眉香气成分组成分析

如表3所示，醛类化合物相对含量最高（38.46%），醇类（25.58%）次之，醛类和醇类化合物的总相对含量大于60%。有研究表明，茶鲜叶中含有丰富的醇和醛类香气物质，并且在白茶萎凋过程中会进一步大量增加[16,18]，这可能是贡眉中醛和醇含量高的原因。酮类、酯类和烯烃类物质的数量虽然都多于25种，但是相对含量不高，分别为7.61%、4.56%和3.36%。芳香烃类和烷烃类物质相对含量中等，分别为3.31%、5.59%。在此研究中，氧杂环类化合物，尤其是呋喃衍生物的相对含量相对较高，达到了7.02%，硫化物相对含量亦达到了3.67%，与现有的研究结果相差较大[7,19]。酸类（0.53%）、氮杂环类（0.30%）和其他（0.02%）化合物在贡眉中的相对含量极低。

表3 贡眉中不同种类挥发性化合物的相对含量Table 3 Contents of different classes of volatile compounds in Gongmei white tea

就单个香气成分而言，相对含量较高的成分（≥10‰）有18种，包括醛类6种、醇类5种及其他化合物7种，分别为苯甲醛（147.27‰）、反-2-己烯醛（90.14‰）、芳樟醇（79.80‰）、苯乙醇（50.76‰）、2-戊烷基呋喃（46.23‰）、香叶醇（39.06‰）、水杨酸甲酯（37.80‰）、二甲基硫醚（36.69‰）、正癸烷（31.68‰）、正己醛（29.39‰）、苯乙醛（25.06‰）、苯甲醇（22.15‰）、顺-3-己烯-1-醇（19.30‰）、2-甲基正丁醛（17.47‰）、2-乙基呋喃（15.79‰）、壬醛（13.25‰）、反,反-3,5-辛二烯-2-酮（9.17‰）、6-甲基-5-庚烯-2-酮（10.92‰）（表2）。研究表明这些化合物主要表现出天然的清香、花香、果香或甜香[20-21]，这可能是贡眉呈现纯正、清鲜带花香的原因。前期研究显示白茶中香气含量最高是芳樟醇[7]或己醛[19]，而本研究发现贡眉香气相对含量最高的是苯甲醛（147.27‰），这可能与茶叶的原料及检测方法不同有关。

2.3 贡眉香气成分的GC-O-MS分析

茶叶中香气成分众多，但仅有很少一部分起主要作用，具有这样性质的挥发性组分称为关键呈香成分或香气活性成分[22]。因此，挥发性成分含量的高低并不能说明其对香气的贡献度大小，关键呈香成分还需要结合GCO-MS结果做进一步判断。

如表4所示，本次研究检测到26种关键香气活性化合物，其中鉴定出了21种，包括醇类9种、醛类5种、酮类4种、酯类2种和芳香烃类1种；此外，可能归因于相应挥发物的浓度极低，以及当前的HS-SPME-GC-MS方法不完善，有5种香气活性化合物没有被鉴定出来，其依次被命名为未知1～5。根据这些香气活性物质的气味特征，上述26种化合物可分为如下3种气味类型：A类主要表现出类似草本的气味，如清香、青草香或清爽香味；B类主要表现出令人愉悦的气味，如花香、果香、奶香或甜香；C类中的气味主要表现出令人不愉悦的气味，如臭味、辛味或药剂味。

表4 贡眉中关键呈香成分的香气特征及强度Table 4 Aroma characteristics and intensity of key aroma compounds in Gongmei white tea samples

A类香气物质包括正己醛、顺-3-壬烯-1-醇、1-庚醇、1-辛烯-3-醇、反,反-3,5-辛二烯-2-酮、反-3-壬烯-1-醇、反-2-壬烯醛、水杨酸甲酯及异戊酸顺-3-己烯酯，这些香气物质主要来源于脂肪酸降解[16,20]。其中，反-2-壬烯醛是一种重要的呈香物质，有助于绿茶[23-24]和抹茶[25]香气品质的形成；己醛也是绿茶[10]和乌龙茶[26]香气品质形成的重要贡献者。值得注意的是，通常A类香气物质是具有双重气味特征，在低浓度下会散发出令人愉悦的清香和鲜爽气味，而在高浓度下会呈现令人不快的草味或青臭味[27-28]。因此，适量的A类香气成分将使贡眉具有令人愉悦的清香或清鲜香味，而高比例的A类香气成分则可能使贡眉具有青气。

B类香气物质包括苯甲醇、苯乙醛、芳樟醇氧化物I、芳樟醇、壬醛、苯乙醇、香叶醇、γ-壬内酯、α-紫罗兰酮、β-紫罗兰酮以及未知化合物1、2、4、5，这些物质主要由挥发性萜类、氨基酸衍生的挥发性物质和类胡萝卜素衍生的挥发性物质组成[16,20]。不同于A类香气成分具有双重气味特性，B类香气无论低浓度或高浓度都呈现出花香、果香、甜味或其他令人愉悦的气味。芳樟醇、香叶醇、β-紫罗兰酮、芳樟醇氧化物I和苯乙醇是红茶[12,21,29]和乌龙茶[26]的关键香气活性化合物。Feng Zhihui等[30]发现β-紫罗兰酮是白茶香气成分中香气影响因子最高的成分，这与本实验中β-紫罗兰酮的香气强度为3这一结果相似。苯乙醇的香气强度最高，达到了4.0，据报道苯乙醇具有芳香气味且香气阈值为0.62 mg/kg，阈值较低[31]，而其含量则相对较高（50.76‰），这可能是本研究中苯乙醇有较高香气强度的原因。

C类香气物质包括萘、5-乙基-6-甲基-3-庚烯-2-酮和未知3，并呈现中高等强度（2～3）的难闻味道，如辛味、青臭味。萘是茶叶挥发性物质中常见的不愉悦气味，在绿茶[11]中呈现泥土气味，在宜红茶[29]中呈现柏油、樟脑味，在青砖茶[32]中表现为辛辣、陈腐等气味。

如图1所示，B类香气物质总强度最高，A类次之，C类最低。B类香气的总强度（40.2）高于A类（23.5），A类香气的总强度又高于C类（6.7）。B类香气主要呈现愉悦的花香、果香或甜香等气味，A类香气主要呈现清香、清鲜或青气等气味，因此，高比例的B类香气（57.1%）和适中比例的A类香气（33.4%）是贡眉香气呈现清鲜带花香的基础。

图1 贡眉中不同类别香气活性成分的总强度示意图Fig.1 Total intensities of different classes of aroma-active compounds in Gongmei white tea

2.4 GC×GC-TOFMS和GC-O-MS结果联合分析

如图2所示，鉴定出的21种芳香化合物在其相对含量和香气强度上表现出较大差异。在相对含量和香气强度上表现都很突出的化合物有芳樟醇和苯乙醇，并且都呈现出花果香类型的气味，这与之前研究报道的芳樟醇、苯乙醇等是白茶主要的香气物质相符[6-7]。值得注意的是，有一些香气成分的相对含量低，但香气强度较高，主要有1-庚醇、反-3-壬烯-1-醇、反-2-壬烯醛、异戊酸顺-3-己烯酯、γ-壬内酯、α-紫罗兰酮和β-紫罗兰酮，这应该归因于它们的呈香阈值比较低。如β-紫罗兰酮的香气阈值极低，仅为0.007 μg/kg，是橘红茶中花香馥郁的特征物质[29]，这与本实验检测结果相符，因此推测β-紫罗兰酮对贡眉花香的贡献较大；肖作兵等[33]在对工夫红茶香气进行定性定量分析时发现γ-壬内酯（阈值0.025 μg/kg）的OAV为9.33，是工夫红茶花香的关键香气成分。此外，正己醛、苯甲醇、苯乙醛、壬醛、水杨酸甲酯等其他大部分香气相对含量较高且香气强度亦较高，这些香气成分也在不同程度上对贡眉香气的形成作出了贡献。

图2 贡眉中关键呈香成分的相对含量和香气强度比较图Fig.2 Comparison of relative contents and aroma intensities of key aroma-active compounds in Gongmei white tea

从GC×GC-TOFMS结果看，醛类和醇类物质是贡眉的主要香气成分（表2和表3）；从GC-O-MS结果看，醇类和醛类亦是贡眉的主要呈香成分（表4），因此，高比例的醇类和醛类香气成分是贡眉香气品质形成的基础。

3 结 论

本研究采用GC×GC-TOFMS技术详细研究了贡眉中的香气成分组成，鉴定得到236种香气成分，其中醛类（38.46%）和醇类（25.58%）是贡眉中最丰富的香气成分；苯甲醛、反-2-己烯醛、芳樟醇、苯乙醇、2-戊烷基呋喃、香叶醇等是贡眉中含量相对较高的挥发性物质。进一步采用GC-O-MS技术检测到26种关键呈香物质，其中鉴定出21种，主要为醇类和醛类香气；这些关键呈香成分主要呈现清香、清鲜、花香、果香或甜香等令人愉悦的天然香味，其中苯乙醇、芳樟醇、反-2-壬烯醛、壬醛和β-紫罗兰酮等化合物的香气强度较高。GC×GCTOFMS和GC-O-MS结果联合分析，高比例的醇类和醛类香气成分是贡眉呈现清鲜香气特征的基础。本研究结果将加深对白茶香气品质化学的认识。