基于ATD-GC-MS技术的不同品种白牡丹茶香气成分分析

邵淑贤，王淑燕，王 丽，赵 峰，陈潇敏，吴秀秀，叶乃兴,

（1.福建农林大学园艺学院, 福建福州 350002；2.武夷学院茶与食品学院, 福建南平 354300；3.福建中医药大学药学院, 福建福州 350122；4.福建水木年生态茶业有限公司, 福建南平 353600）

白茶制法独特，不炒不揉，主产于福建福鼎、政和、建阳和松溪等地，根据加工原料的嫩度等级，白茶可分为白毫银针、白牡丹、贡眉和寿眉4个品类，其中，白牡丹茶产量最大[1]。茶树的品种、生长条件和加工方式不同，茶叶的品质也会有所差异。香气是评价茶叶品质的重要指标之一，也是决定茶叶香型的主要依据，茶叶香气的感官特征与香气成分密切相关[2-3]，傅海峰等[4]使用GC-MS对6种不同香型白茶香气成分进行分析，结果表明不同香型白茶的特征香气成分存在差异。虽然茶叶中的香气含量仅占总干重的0.01%，但其种类极其丰富且阈值低，对茶叶品质影响很大[5]。

郭雯飞等[6]采用同时蒸馏萃取法比较了白牡丹与白毫银针2个品类白茶的香气成分，共鉴定出己醇、苯甲醇、香叶醇、芳樟醇及其氧化物等31种香气成分。刘琳燕等[7]对不同年代白茶的香气成分进行GC-MS分析，发现使白茶感官上具有清鲜毫香特征的物质基础包括芳樟醇及其氧化产物、香叶醇、水杨酸甲酯、苯甲醛和苯乙醇。陈志达等[8]采用顶空固相微萃取和GC-MS技术对不同等级白茶样品进行检测，结果共检出50种主要香气成分，该研究通过香气成分可以识别不同等级白茶。晏祥文等[9]采用全自动顶空固相微萃取和气相色谱-质谱对云南月光白茶和福建白毫银针白茶香气成分的对比研究，结果认为这2地白茶相同的加工工艺、不同的茶树品种和产地因素，使得它们在香气成分上具有相似和不同之处。目前关于白茶香气成分的研究主要集中于不同等级和不同年份之间的香气成分比较，然而，关于多个白茶品种香气成分比较的研究报道较少。

茶叶香气富集方法包括同时蒸馏萃取法（SED）、固相微萃取法（SPME）、顶空法（HS）、加速溶剂萃取法（ASE）等。自动热解吸法作为一种新型的气相色谱的无溶剂萃取技术，具有操作简单、富集率高、重现性好和不使用有机溶剂等优点，也可以更加准确、真实地反映香气成分的组成状况[10]。

本研究采用ATD-GC-MS技术分析了5个福建省适制白茶的主栽品种（福鼎大毫茶、福云6号、政和大白茶、九龙大白茶和福云595），以探究不同茶树品种对白牡丹茶香气成分组成特点及其相对含量水平等的影响。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

政和大白茶（B1）、九龙大白茶（B2）、福鼎大毫茶（B3）、福云6号（B4）、福云595（B5）均为2020年白牡丹春茶 由福建水木年生态茶业有限公司提供，茶样于-20 ℃下保存；癸酸乙酯 纯度99%，上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

QC-1S大气采样仪 北京市科安劳保新技术有限公司；自动热脱附-解吸仪配有吸附管 成都科林分析技术有限公司；GCMS-TQ8040 日本岛津公司；HH-1型数显恒温水浴锅 常州智博瑞仪器制造有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 样品前处理 参照WANG等[10]的方法，将浓度为100 ppm的癸酸乙酯作为内标。取3.0 g干茶样品和15 μL癸酸乙酯到顶空瓶中并密封,随后将密封的顶空瓶放置于55 ℃的水浴锅中平衡20 min，在大气采样仪和顶空瓶之间用聚四氟乙烯管链接，并以200 mL/min的流速采集香气成分30 min。采集结束后，用聚四氟乙烯盖封住吸附管两端，随后上机测试。

1.2.2 测定方法 参照王淑燕等[11]的ATD-GCMS方法对不同品种白茶进行香气测定。

1.2.2.1 自动热脱附-解吸仪条件 阀温度200 ℃；传输温度200 ℃；一级解吸温度250 ℃；一级解吸时间5 min；冷阱吸附温度25 ℃；冷阱加热时间3 min；二级解吸温度300 ℃；进样时间60 s；循环时间50 min。

1.2.2.2 GC-MS分析条件 a. 色谱条件：色谱柱：Rtx-5MS毛细柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；载气为3 mL/min的氦气，压力49.5 kPa；分流比5:1；柱箱温度40 ℃，进样口温度240 ℃，柱流量1 mL/min；升温程序：起始温度40 ℃，保持3 min；以5 ℃/min升至120 ℃，保持5 min；以30 ℃/min升至240 ℃，保持8 min。

b. 质谱条件：质谱的电离模式为电子轰击离子源；接口温度280 ℃；检测器电压0.8 kV；离子源温度230 ℃；质量扫描范围28～500 m/z。

1.2.3 定性与定量分析

1.2.3.1 定性分析 在ATD-GC-MS条件下，测得白茶香气成分GC-MS总离子流色谱图。物质的定性则将质谱图NIST 11.L与质谱库Wiley 7相匹配，以匹配度大于90%为鉴定依据,并参照每种香气成分的CAS编号，再根据相关文献中的数据进行定性。

1.2.3.2 定量分析 物质的定量通过与内标物的峰面积比较，得到香气成分的相对含量，单位为10 μg/kg，即：香气成分相对含量=（香气成分物质峰面积×内标物相对含量）与内标物峰面积之比。

1.2.4 热图分析 根据白牡丹茶香气成分的定性定量结果绘制热图。

1.2.5 OAV值分析 参照ZHU等[12]的方法计算香气活性值（OAV），即：香气成分的含量与香气成分阙值之比。

1.3 数据分析

使用SPSS 24.0软件进行单因素分析；使用TBtools软件[13]绘制热图；使用SIMCA 14.1软件进行主成分分析（PCA）。

2 结果与分析

2.1 不同品种白牡丹茶香气成分的定性定量分析

在萎凋过程中，茶鲜叶中的醇和醛类物质逐步增加[14]，这可能是白牡丹茶具有丰富的醇类和醛类的原因。陈志达等[8]对不同等级白茶香气成分的研究表明白牡丹茶具有相对含量较为丰富的醇类物质；王圣开[15]采用气相色谱-质谱法测定白茶挥发成分的结果表明白茶主要香气成分是烃类和醇类；刘琳燕等[7]研究也表明白牡丹茶中含有较高含量的碳氢化合物，这与本研究结果一致。如表1所示，在本研究参试的5个品种白牡丹茶中共检测出的50种香气成分，包括10个醛类、14个醇类、23个碳氢化合物和3个酮类。本研究中，政和大白茶、九龙大白茶、福鼎大毫茶、福云6号和福云595中的醛类占各个品种总香气成分的5.13%～17.09%，醇类占各个品种总香气成分的16.03%～38.37%，碳氢类化合物占各个品种总香气成分的38.74%～66.61%，酮类占各个品种总香气成分的8.02%～13.98%。在本实验茶样中检测出的碳氢类化合物含量较高，但是其中含量较高的烷烃类化合物对香气贡献不大。因此，醛类、醇类和酮类化合物对5个品种白牡丹茶的贡献较大，是白茶清鲜毫香的物质基础。王丽丽等[16]的研究表明福鼎大毫茶以醇类和醛类为主，福云6号以醇类和酮类居多，但本研究中的福云6号却以醛类和碳氢化合物居多；俞少娟等[17]研究认为白牡丹茶中的香叶醛、橙花醛与碳氢化合物含量较高，但本研究中并未检测出香叶醛和橙花醛，这可能是由于香气萃取方法、原料等的差别所致。

表1 不同品种白牡丹茶的香气成分Table 1 The aroma components of different varieties of white peony tea

续表 1

5个品种白牡丹茶的共有香气成分共28种，这些共有的香气成分占不同品种白牡丹茶的53.20%～86.05%，这28种香气成分相互结合形成了白牡丹茶的基本香气。5个品种白牡丹茶共有且香气成分含量较多的有正己醛、苯甲醛、1-戊烯-3-醇、2-乙基己醇、苯甲醇、芳樟醇、苯乙醇、桧烯、γ-松油烯和异佛尔酮。张应根等[18]研究认为反-2-己烯醛、苯甲醛、芳樟醇及其氧化产物、1-戊烯-3-醇、苯乙醇、苯甲醇和苯乙醛等是决定白茶香气品质的特征成分。

本研究的5个白牡丹茶的香气成分组成差异不大，却有48个香气成分含量差异达到显著水平（P＜0.05）。政和大白茶和福云6号仅34种共有香气成分，44个香气成分含量差异达到显著水平（P＜0.05）；共有香气成分数量最多的两个品种为九龙大白茶和福云595，达到42种，其中有39个香气成分含量差异达到显著水平（P＜0.05）。不同品种白牡丹茶香气特征，与香气组分及其含量上的差异具有密切联系。

2.2 不同品种白牡丹茶香气成分的热图分析

通过图1可直观看出，白牡丹茶的香气成分含量在不同品种间存在着明显差异。

图1 不同品种白牡丹茶香气成分含量的热度图Fig.1 Heat map of the contents of aroma components in different varieties of white peony tea

政和大白茶（B1）中检测出40种香气成分，包括10个醛类、13个醇类、14个碳氢化合物和3个酮类。苯甲醛、庚醛、2-乙基己醇、香叶醇、2,6-二甲基环己醇、桧烯、蒎烯、正二十烷、2,2,3,4-四甲基戊烷和异佛尔酮等的含量显著高于其他品种（P＜0.05）。

九龙大白茶（B2）中检测出47种香气成分，包括10个醛类、13个醇类、21个碳氢化合物和3个酮类。该品种的香气成分总含量较高，且碳氢化合物占到了总香气含量的66.61%。碳氢化合物包括烷烃类化合物和烯烃类化合物。烷烃类化合物在感官上无特殊香气，它们可能对茶叶香气特征的影响性较低，或者与其他香气成分相互作用后才能间接参与香气的形成[19]。所以，碳氢化合物中的不饱和烯烃对茶叶香气的贡献更大。与其他品种相比，有4个醇类化合物和3个烯烃类化合物在九龙大白茶中的含量较高。

福鼎大毫茶（B3）中鉴定出40种香气成分，包括8个醛类、13个醇类、16个碳氢化合物和3个酮类。福鼎大毫茶中含有较为丰富的醇类化合物，占总香气成分的38.37%，有研究认为醇类化合物对白茶毫香显露有较大贡献[20]。福鼎大毫茶总香气成分含量（5.63 mg/kg）和大部分香气组分低于其他品种的白牡丹茶。然而，1-戊烯-3-醇的含量（0.72 mg/kg）却显著高于其他品种（P＜0.05），认为其是福鼎大毫茶的特征性成分。

福云6号（B4）中检测出44种香气成分，其中包括10个醛类、11个醇类、20个碳氢化合物和3个酮类。福云6号含有较丰富的醛类化合物（2.15 mg/kg），占总香气成分的17.09%，有研究发现醛类可能来源于氨基酸和脂肪酸的热氧化降解[19]。与其他品种相比发现癸醛、β-环柠檬醛、异戊醛、壬醛、戊醛、反-2-己烯醛、正辛醛、正己醛、正己醇、1-戊醇和烷烃类化合物的含量较高。其中，正己醛被认为是含量最高的白茶香气成分之一[17]，这与本研究结果一致。

福云595（B5）中检测出45种香气成分，其中包括8个醛类、13个醇类、21个碳氢化合物和3个酮类，芳樟醇及其氧化产物、2-丁基辛醇、柠檬烯、A-柏木萜烯、α-紫罗兰酮和β-紫罗兰酮的含量显著高于其他品种（P＜0.05）。

2.3 不同品种白牡丹茶香气成分的OAV值分析

刘菲等[21]的研究发现不同茶树品种所制的白茶因在香气成分上具有差异而具有各自的“品种香”。茶叶众多的香气成分中，仅有一部分起主导作用，它们之间相互作用构成了茶的香气特征。因此，依据香气成分含量的高低不能够说明茶叶的特征香气。前人研究通过计算OAV值来评价单个香气组分对茶叶整体香气的贡献度，OAV值＞1时认为该香气组分对茶叶香气具有一定影响性，OAV值＞10时认为该香气组分对茶叶整体香气贡献极大[22]。如表2所示，本研究筛选出19个OAV值＞1的香气成分，且不同品种白牡丹茶香气成分的OAV值间存在显著差异(P＜0.05)。

表2 不同品种白牡丹茶香气成分的OAV值Table 2 OAV values of aroma components in different varieties of white peony tea

政和大白茶白牡丹茶（B1）中OAV值＞1的香气成分有17种，它们构成了政和大白茶的基本香气特征。OAV值＞50的正己醛、辛醛、壬醛、癸醛、1-戊醇、苯甲醇、芳樟醇和4-萜烯醇在感官上多具花果香，可能对政和大白茶的香气特征有较大贡献。与其他品种相比，具有清香特征的庚醛和苯甲醛，其OAV值较高，可能使政和大白茶的清香特征更加突出。有研究认为苯甲醛是白茶“清醇”特征的香气成分之一[6]，其含量随着茶叶等级的下降而减少[8]。

九龙大白茶白牡丹茶（B2）中OAV值＞1的香气成分有17种，被认为构成了九龙大白茶的基本香型。其中，壬醛（玫瑰花香）、1-戊醇（果香）、芳樟醇（铃兰花香）和苯甲醇（果香、清香）的OAV值＞90，具有柑橘香的癸醛OAV值＞400，认为它们可能对赋予九龙大白茶香气特征有较大贡献。九龙大白茶和政和大白茶中OAV＞1的香气成分种类一致，芳樟醇和正己醛在这两个品种之间的OAV值差异最为显著，芳樟醇和正己醛可能是区分这两个品种的主要香气成分。

福鼎大毫茶白牡丹茶（B3）中大部分香气成分的OAV值，与其他品种相比较低。具有花果香气特征的癸醛、壬醛、1-戊醇和芳樟醇的OAV值在福鼎大毫茶中较为突出。值得注意的是，赋予花果香气息的β-环柠檬醛的OAV值仅在该品种中无法计算，且具有紫罗兰花香的α-紫罗兰酮OAV值也仅在该品种中小于1，这两种香气成分对有效区分福鼎大毫茶和其他品种的香气特征可能有着积极作用。

对福云6号白牡丹茶香气形成有一定影响的香气成分有16种（OAV＞1），戊醛、正己醛、辛醛、壬醛、癸醛、1-戊醛和正己醇的OAV值显著高于其他品种（P＜0.05）。其中癸醛香气强度较高（OAV＞500），主要产生于美拉德反应，被认为可能对铁观音清香味贡献较大[20]。值得注意的是具有果香香气特征的戊醛、正己醛、辛醛、癸醛、1-戊醛和正己醇在福云6号中的OAV值较高，且显著高于其他品种(P＜0.05)，这些香气成分可能构成福云6号的特征香气组分。具有胡椒气息的4-萜烯醇在其他品种的OAV值均＞50，却在福云6号中无法计算。4-萜烯醇可作为区分福云6号和其他品种的香气成分。

福云595白牡丹茶（B5）中芳樟醇、柠檬烯、α-紫罗兰酮和β-紫罗兰酮的OAV值显著高于其他品种（P＜0.05），它们多具花香气息。其中，芳樟醇被认为是红茶、绿茶和普洱茶主要气味物质之一，是茶叶中花果香的主要来源[23]。在该品种中芳樟醇的OAV值＞200，且显著高于其他品种（P＜0.05），对于有效区分福云595与其他品种的香气特征可能具有较大贡献。

2.4 不同品种白牡丹茶香气的主成分分析

主成分分析是一种可直观反映样本成分构成近似度的统计方法，样本间的相似度越高则距离越近。如图2所示，5个不同品种白牡丹茶的香气成分在得分散点图上实现了品种的区分，九龙大白茶（B2）、福鼎大毫茶（B3）和福云595（B5）均分布在纵轴的正半轴上，政和大白茶（B1）和福云6号（B4）均匀分布纵轴的负半轴上。主成分分析结果表明本次检测出的香气成分用于不同品种白牡丹茶的香气特征的分析具有可行性。

图2 不同品种白牡丹茶香气成分的主成分得分图Fig.2 PCA score plot for aroma constituent of different varieties of white peony tea

3 结论

本研究采用ATD-GC-MS技术从政和大白茶、九龙大白茶、福鼎大毫茶、福云6号和福云595制成的白牡丹茶中共鉴定出50种香气成分。这5个白牡丹品种茶中贡献度高的香气成分都以正己醛、壬醛、癸醛、苯甲醇、芳樟醇、1-戊醇和β-紫罗兰酮为主，但在香气成分含量上仍存在较大差异，通过对鉴定出的香气成分进行定性定量分析，发现不同品种白牡丹茶在香气成分含量和香气阙值方面存在显著差异，导致其呈现出不同的香气特征。后续研究可结合高灵敏度的电子鼻等设备对不同品种白牡丹茶的香气成分特点进行分析，为进一步探究白牡丹茶品种香型的划分提供参考依据。