基于HS-SPME/GC-MS和OAV对春季信阳红茶关键呈香化合物分析

马敬宜，姚衡斌，赵仁亮

（河南农业大学园艺学院，河南 郑州 450002）

信阳茶区气候温和、光照适宜、雨量充沛、空气湿度大、土壤肥沃，为茶树的生长创造了良好的自然条件[1]。从2010年开始，豫南茶界工作者根据工夫红茶的加工工艺，不断地探索适合信阳地区红茶加工工艺，“信阳红”的研制，是红茶生产史上的一个突破[2]。

茶叶香气是体现茶叶品质优劣的重要指标之一，人们从茶叶中鉴定出来的挥发性物质有700多种[3]，主要包括醇类、酯类、酮类、酚类以及杂环化合物等。目前顶空-固相微萃取（headspace solid phase microextraction，HS-SPME）已被证实是一种快速、简便的茶叶香气物质提取方法[4]，HS-SPME和气相色谱-质谱联用（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS） 技术在绿茶、红茶、黑茶、乌龙茶的挥发性物质提取与鉴定中应用广泛[5]。香气活度值（odor activity value，OAV）是通过理论值的计算来表征化合物气味的贡献程度，一般认为OAV≥1的化合物对整体香气的呈现有贡献作用，OAV越大表明该化合物对呈香作用越重要[6]，气味活度值在茶叶领域中应用广泛。

基于气味活度值对特征香气物质的研究越来越深入，张韵等[7]采用顶空固相微萃取-气质联用法和气味活度值判断出柠檬醛、橙花叔醇、水杨酸甲酯、香豆素对高香工夫红茶的香气贡献较大。安会敏等[8]运用顶空固相微萃取-气质联用技术和气味活度值，鉴定出13种茉莉花茶特征香气成分为3-己烯-1-醇、苯甲醇、芳樟醇、苯乙醇、乙酸叶醇酯、苯甲酸甲酯、乙酸苄酯、水杨酸甲酯等。Zhu等[9]通过计算OAV鉴定崂山绿茶的关键香气化合物为2-甲基丁酸乙酯、己醛、壬醛、辛醛、乙酸己酯、4-乙烯基愈创木酚。Liao等[10]对中黄1号加工制作的绿茶进行气味活度值分析，结果表明二甲基硫醚的OAV为1 195.21，对熟玉米香味有重要贡献。Guo等[11]确定了 2-乙基-3，5-二甲基吡嗪（OAV=4.71）是武夷岩茶具有焙火味的主要香气成分。

目前，相关学者对祁门、滇红等红茶关键香气的研究报道较多，但对信阳红茶关键香气成分研究较少，仅有尹鹏等[12]对春、夏、秋三季的信阳红茶的关键香气进行了研究。本研究选取信阳地区茶叶核心产区的春季一芽一叶鲜叶加工的信阳红茶为材料，采用顶空固相微萃取（HS-SPME）技术提取其香气成分，通过气相色谱-质谱（GC-MS）联用仪，确定香气成分，并结合气味活度值确定关键呈香化合物，为提高信阳红茶品质提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 供试材料

选取信阳地区13份具有代表性的信阳红茶样品（均产于2020年），依照GB/T 23776—2018《茶叶感官审评方法》进行感官审评，经审评小组感官审评后，最终确定具有典型信阳红茶甜香风味特征的信阳红茶样品5份，均产自河南省信阳市浉河区，以信阳群体种为原料，鲜叶规格一芽一叶，生产日期2020年4月22日～2020 年 4 月 25 日，分别命名为 X1、X2、X3、X4、X5。

1.1.2 仪器和试剂

8890-5977 B气相色谱-质谱联用仪、65μmDVB/CAR/PDMS萃取头：美国Agilent公司；MS105DU电子天平：美国METTLER TOLEDO公司；MM400球磨仪：德国Retsch公司。

氯化钠（分析纯）：国药集团化学试剂有限公司；正己烷（色谱纯）：德国Merck公司；2-庚酮（色谱纯）：美国Sigma-Aldrich公司。

1.2 方法

1.2.1 HS-SPME条件

从-80℃冰箱中取出样品进行液氮研磨，涡旋混合均匀，每个样本称取约1 g，迅速放进顶空瓶中。分别加入饱和氯化钠溶液1 mL、50 mg/L的2-庚酮内标溶液10 μL，立即拧紧顶空瓶盖，然后在60℃下平衡10 min，然后用DVB/CAR/PDMS萃取头在顶空瓶的上部空间萃取20 min。

1.2.2 GC-MS条件

气相色谱条件：气相色谱柱为DB-5MS毛细管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm），以氦气为载气，不分流进样，柱流量1.0 mL/min。升温程序：40℃保持5 min，以5℃/min升温至280℃，保持5 min。

质谱条件：进样器温度250℃，检测器温度280℃，离子源温度230℃，四极杆温度150℃。电离方式为电子轰击源（electron impact，EI），电子能量 70 eV，扫描质量范围30 amu～350 amu。

将检索得到的质谱图与NIST和Wiley数据库对照，结合保留时间对挥发性物质进行鉴定。

1.3 挥发性成分的定量和OAV的计算

采用内标法对挥发性成分进行定量，按下式计算。

式中：Ci为任一组分的质量浓度，μg/L；Cis为内标的质量浓度，μg/L；Ai为任一组分的色谱峰面积；Ais为内标的色谱峰面积。

OAV计算公式如下。

式中：OAVi为任一组分的香气活度值；Ci为任一组分的质量浓度，μg/L；OTi为任一组分在水中的香气阈值，μg/L。

1.4 数据处理

采用Excel2016软件预处理试验数据，采用Spss26.0进行香气成分的单因素方差分析，采用Origin2018作图。

2 结果与分析

2.1 信阳红茶的挥发性成分及含量分析

本研究采用HS-SPME结合GC-MS技术对筛选出的具有典型信阳红茶甜香风味特征的信阳红茶茶样进行检测，定性定量分析共得到160种挥发性成分，各类香气成分含量及占比见表1和图1。

表1 信阳红茶挥发性香气成分Table 1 Volatile aroma components of Xinyang black tea

续表1 信阳红茶挥发性香气成分Continue table 1 Volatile aroma components of Xinyang black tea

续表1 信阳红茶挥发性香气成分Continue table 1 Volatile aroma components of Xinyang black tea

续表1 信阳红茶挥发性香气成分Continue table 1 Volatile aroma components of Xinyang black tea

续表1 信阳红茶挥发性香气成分Continue table 1 Volatile aroma components of Xinyang black tea

图1 挥发性化合物的鉴定Fig.1 Identification of volatile compounds

由表1可知，检测出的160种挥发性成分，可将其分为14类，分别为萜类、醇类、酮类、芳烃类、硫化物、杂环化合物、醛类、酸类、烷烃类、酯类、胺类、酚类、烯烃类和其他类。其中萜类化合物数量最多，共34种；酯类化合物次之，共28种；其次为醛类19种。此外，由图1可知，在不同种类香气成分的含量上，萜类化合物含量最高（平均含量为 138 516.08 μg/L，占比34.43%），酯类化合物次之（平均含量为65 068.31 μg/L，占比15.83%），其次是醇类和醛类（平均含量分别为43 642.26 μg/L 和 36 528.63 μg/L，分别占比 11.13%和10.58%），上述4类化合物的总量占挥发物总量的71.97%。可见，信阳红茶挥发性成分组成的一个重要特点是含有丰富的萜类化合物、酯类化合物、醇类化合物和醛类化合物。此外，在信阳红茶挥发性成分中，含量较高的（高于10 000 μg/L）主要有香叶醇、2-苯乙醇、水杨酸甲酯、对羟基苯甲酸甲酯、苯乙醛、芳樟醇、间二甲苯、乙酸芳樟酯。在茶叶鉴定出的挥发性化合物中，每种香气成分的阈值不一样，因此挥发性成分含量的高低并不能说明对风味的贡献程度的大小，信阳红茶的关键香气还需要结合OAV分析做进一步判断。

我国红茶的香气大致分为3种类型，第一类是芳樟醇及其氧化物含量占优势的香型，第二类是芳樟醇和香叶醇含量均较高，第三类是香叶醇含量占优势的香型[13]。信阳红茶香叶醇平均含量46 535.97 μg/L，芳樟醇平均含量16 993.93 μg/L，香叶醇含量高于芳樟醇含量，由此可见，信阳红茶的香型属于香叶醇占优势的香型，与尹鹏等[12]的研究结果一致。

2.2 信阳红茶香气成分的OAV分析

随着食品风味学的发展，现代分析技术、感官分析技术以及食品加工技术紧密结合，OAV分析技术在食品关键香气成分的研究中应用越来越广泛[14]。信阳红茶挥发性化合物的OAV及香气特征分析见表2。

表2 信阳红茶挥发性化合物的OAV及香气特征分析Table 2 OAV and aroma characteristics of Xinyang black tea

通过计算OAV，从5份样品中共筛选鉴定出23个OAV≥1的关键香气成分，说明这些成分对信阳红茶香气品质具有重要贡献，包括2种醇类化合物、10种醛类化合物、2种酮类化合物、2种酯类化合物、7种萜类化合物。

在23种香气成分中，OAV≥1000的化合物有5种，其中具有花香和果香的芳樟醇的OAV最大，为28323.19，其次是具有玫瑰花香气味的香叶醇（6 204.79），然后是具有水果甜香的苯乙醛（4 067.58）、具有橙皮香的癸醛（2 141.52）和具有黄瓜香的 2，6-壬二烯醛（1 063.30），推断这5种物质对信阳红茶香气品质具有关键性贡献作用。此外100≤OAV≤1 000的有7种，分别为具有水果和脂肪香的庚醛（142.00）、具有青香、苹果香和脂肪香的己醛（382.80）、具有紫罗兰香、花香的β-紫罗兰酮（209.15）、具有菠萝香的庚酸乙酯（611.59）、具有药香的水杨酸甲酯（839.63）、具有杉木芳香的雪松醇（199.35）、具有草木香的β-环柠檬醛（101.99）。1≤OAV≤100的有 11种，分别为（Z）-2-戊烯-1-醇（1.78）、2-苯乙醇（93.34）、苯甲醛（25.88）、反式-2-戊烯醛（3.00）、2，4-庚二烯醛（4.35）、5-甲基糠醛（1.41）、（E）-2-己醛（97.97）、L-α-松油醇（56.56）、（Z）-β-法呢烯（3.11）、顺式香叶基丙酮（2.03）、反式-橙花叔醇（1.07），这些化合物可能共同决定了信阳红茶的香气品质特征。

雪松醇为具有杉木芳香的萜烯类物质，β-环柠檬醛具有果香味，水杨酸甲酯具有花香，金友兰等[19]采用OAV法发现这3种化合物均是茯砖茶、发花白砖茶、发花红砖茶的关键呈香物质，但是在发花红茶砖中含量最高。癸醛主要产生于美拉德反应，是清香型铁观音清香味的主要来源[20]，在本研究中具有较高的OAV。香叶焦磷酸糖苷前体在芳樟醇合成酶和香叶醇合成酶的作用下分别水解释放芳樟醇和香叶醇[21]，芳樟醇和香叶醇是凤凰单丛茶的重要香气成分[22]。β-紫罗兰酮带有特殊的紫罗兰花香，是β-胡萝卜素在绿茶加工过程中热裂解或红茶发酵过程中通过酶促氧化降解得到的[23]，有研究表明该物质是绿茶[17]、红茶[24-25]的关键呈香成分。

3 结论

本研究选用信阳茶叶主产区浉河区的春季信阳红茶样品，采用HS-SPME结合GC-MS技术，检测出160种香气成分，萜类、酯类、醇类和醛类化合物的平均含量较高，其中香叶醇、2-苯乙醇、水杨酸甲酯、对羟基苯甲酸甲酯、苯乙醛、芳樟醇、间二甲苯、乙酸芳樟酯等是信阳红茶中含量丰富的挥发性香气化合物。借助OAV法对关键香气组分进行筛选，基于OAV≥1共筛选出23个关键香气组分，表明这些化合物对信阳红茶香气品质可能具有极其重要的贡献，特别是芳樟醇、香叶醇、苯乙醛、癸醛、2，6-壬二烯醛在信阳红茶中的OAV超过了1 000，对信阳红茶的香气形成贡献最大。其他OAV值低于1的化合物，单个物质的风味贡献可能不大，但是相互协同作用下对总体风味的贡献值得继续探讨。

OAV方法对茶叶中的特征风味化合物的分析也存在一定的局限性，还需与气相色谱-嗅闻-质谱（gas chromatography-olfactometry-mass spectrometry，GC-OMS）联用法结合起来确定茶叶样品中的特征风味组分。以期能够丰富信阳红茶香气品质理论依据，为信阳红茶的产业发展提供更好的数据支撑。