不同茶树品种工夫红茶挥发性成分及其关键香气成分分析

徐梦婷，邵淑贤，陈静，田洪武，谢微微，陈潇敏，叶乃兴*，高水练

（1.福建农林大学园艺学院，福建福州 350002）（2.宁德职业技术学院茶学院，福建福安 355000）（3.宁德市茶产业发展中心，福建蕉城 352100）（4.福建农林大学安溪茶学院，福建泉州 362400）

红茶是世界上生产量最多、消费区域最广、国际贸易量最大的茶类、是中国六大茶类中最具影响力的茶类之一[1]。福建是红茶的发源地，红茶属于全发酵茶，按制作工艺的不同分为工夫红茶、小种红茶和红碎茶[2]。我国红茶的主要产区集中在福建、云南、安徽、广东、湖南等地，代表性品牌有福建闽红、云南滇红、安徽祁红等，由不同产地、加工工艺和茶树品种加工制成的红茶品质各异[3]。茶叶香气是多种芳香物质以不同浓度组合的综合表现，日本香气研究大师山西贞教授曾用“花因香而活，茶因香而贵”来表达茶叶香气的重要性[3,4]。香气是影响茶叶品质的重要因素之一，历来受到研究者的重视。

随着现代分析技术的进步，关于茶叶香气的特征性成分、提取方法等研究有了较大的发展。前人研究认为，芳樟醇、芳樟醇氧化物、橙花醇、水杨酸甲酯、β-月桂烯、苯乙醇等为工夫红茶中最主要的呈香物质[5,6]。陈赶林等[7]采用固相微萃取与GC-MS技术测定贺州市8种红茶香气成分，结果认为异戊醛、异丁醛、己醛等13种成分为其重要的赋香物质，使得贺州红茶呈现花香、果香和青香的香气特征。岳翠男等[8]在浮梁红茶中共鉴定出73种挥发性成分，研究筛选出柠檬醛、苯甲醇、香叶醇等11种浮梁红茶的关键呈香物质。黄玮[9]利用GC-MS技术对福建省3种高香型品种工夫红茶的香气品质进行研究，研究认为芳樟醇氧化物、苯甲醇、苯甲醛、已醛等为工夫红茶的主要赋香物质。目前，关于红茶香气的研究主要侧重在不同品种红茶的关键致香成分[10,11]及加工工艺对红茶香气品质的影响[4,12,13]，而结合多元统计分析方法对不同茶树品种工夫红茶挥发性组分特征的综合分析报道较少。

本研究采用ATD-GC-MS技术分析比较金牡丹、金观音、紫玫瑰、梅占和福云6号5种工夫红茶的挥发性组分构成及相对含量，以探究不同茶树品种工夫红茶的挥发性组分特征和关键呈香物质，为进一步阐明福建省不同茶树品种工夫红茶的香气品质特征提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与仪器

1.1.1 试验材料

2021年春茶，供试茶树品种为金牡丹（JMD）、金观音（JGY）、紫玫瑰（ZMG）、梅占（MZ）和福云6号（FY6），鲜叶原料采摘标准为春梢一芽二三叶，按照鲜叶→萎凋→揉捻→发酵→干燥等工艺制成工夫红茶，红茶样品由宁德职业技术学院茶学院提供，经研磨后过 40目筛待测。癸酸乙酯，99.00%，上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

1.1.2 主要仪器设备

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，成都科林分析技术有限公司；GCMS-TQ8040，日本岛津公司。

1.2 试验方法

1.2.1 红茶挥发性成分分析

1.2.1.1 挥发性成分的萃取

参照Wang等[14]方法，采用ATD-GC-MS对5种红茶茶样进行挥发性成分的测定。称取研磨样3.00 g放入顶空瓶中，将癸酸乙酯作为内标加入到样品中。密封顶空瓶，并于55 ℃的水浴锅中平衡20 min，根据吸附管与聚四氟乙烯的流动方向，将吸附试管连接到大气采样仪和顶空瓶，最后以200.00 mL/min的流速采样30 min，待挥发性气体收集完成后，立即取下吸附管，以聚四氟乙烯盖密封其两端，送至实验室待测。

1.2.1.2 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 ℃，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。

1.2.1.3 GC-MS分析条件

GC条件：色谱柱：Rtx-5MS毛细柱（30.00 m×0.25 mm×0.25 µm）；载气为高纯度氦气，流量3.00 mL/min；柱箱温度40 ℃，进样口温度240 ℃，柱流量为1.00 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；然后以30 ℃/min升至240 ℃保持8 min。

MS条件：电子轰击离子源；接口温度280 ℃；检测器电压0.80 kV；离子源温度230 ℃；质量扫描范围28.00m/z~500.00m/z。

1.2.2 红茶挥发性成分的定性与定量分析

1.2.2.1 定性分析

将质谱图NIST 11.L与质谱库Wiley 7进行匹配，以匹配度大于80.00%为鉴定标准[15]，并参照测定香气物质的CAS编号，结合相关文献进行定性。

1.2.2.2 定量分析[16]

采用内标法定量，各组分含量的计算方法，见公式（1）。

式中：

Wi——每个挥发性成分的含量，10.00 μg/kg；

Si——挥发性成分的峰面积；

Mis——内标癸酸乙酯的质量；

Sis——内标癸酸乙酯的峰面积。

1.2.3 ROAV值分析

参照刘登勇等[17]的方法，采用ROAV分析确定5种红茶茶样的关键香气成分。首先，通过气味活度值（Odor Activity Value，OAV）方法确定对样品总体风味贡献最大的组分，OAV是指挥发性成分的绝对浓度（C）与其感觉阈值（T）的比值[18]，按照公式（2）计算。

规定对样品风味贡献最大的组分ROAVmax=100.00，则其他组分的ROAV值由公式（3）计算。

式中：

Ci——各挥发性成分的相对含量，%；

Ti——各挥发性成分的感觉阈值，µg/L；

Cmax——对茶样香气贡献值最大的挥发性成分所对应的相对含量；

Tmax——对茶样香气贡献值最大的挥发性成分所对应的感觉阈值。

显然，所有挥发性成分的ROAV值不大于100.00，一般认为ROAV≥1.00的挥发性成分为茶样的关键香气成分，ROAV值越大，则该成分对总体香气的贡献度越大，0.10≤ROAV＜1.00的挥发性成分对茶样总体香气具有重要的修饰作用，而ROAV＜0.10为潜在香气成分。

1.3 数据分析

每个样品进行3次重复试验，使用SPSS 26.0软件进行单因素分析；利用GraphPad Prism 9软件绘制百分比堆积图；通过TBtools软件绘制热图；正交偏最小二乘判别分析（Orthogonal Partial Least Squares Discriminant Analysis，OPLS-DA）由SIMCA 14.1软件绘制完成。

2 结果与讨论

2.1 不同茶树品种工夫红茶挥发性成分及其相对含量

由表1所示，5种红茶中共鉴定出96种挥发性化合物，包括醇类23种、酮类7种、酯类13种、醛类16种、酸类4种、烯类23种、烷烃类5种和其他类5种。其中，从金牡丹、金观音、紫玫瑰、梅占和福云6号中分别鉴定出47、71、37、42、和42种挥发性成分。5种红茶在挥发性成分和含量上差异较大，共有挥发性成分仅 18种，占挥发物总量的 25.65%~66.01%。香气挥发物总量由高到低依次为金牡丹（21.59 mg/kg）、金观音（10.19 mg/kg）、梅占（9.23 mg/kg）、紫玫瑰（8.58 mg/kg）和福云 6号（6.51 mg/kg），香气总量在不同品种间差异较显著。其中，以高香品种金牡丹为原料加工制成的金牡丹红茶香气总量显著高于其他品种红茶，香气特征突出。

表1 不同茶树品种工夫红茶挥发性成分组成及其相对含量Table 1 Composition and relative content of volatile components in Congou black tea of different tea varieties

通过对挥发性香气物质进行归类与分析（图1），醇类、酮类、酯类和醛类是相对含量较高的挥发性组分，占香气总量的85.07%~95.63%。在主要挥发性香气物质的种类上，本研究与前人[19,20]研究结果较一致，即醇类是构成红茶香气的主要物质，其含量占供试红茶香气总量的 19.38%~86.68%。而陈赶林等[7]对贺州市8种红茶香气进行测定，测定结果以醛类含量最高，其次为醇类和酯类；张韵等[21]对3种高香型工夫红茶的香气测定结果中萜烯类物质含量最高，醇类和酯类含量次之，这可能与挥发性成分的测定条件不同或茶树产地与品种的差异有关。

图1 不同茶树品种工夫红茶挥发性物质的种类占比Fig.1 The proportion of volatile substances in Congou black tea of different tea tree varieties

续表1

续表1

如图2所示，5种红茶在挥发性成分及含量上存在明显差异。异佛尔酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯、正己醛等挥发性成分在金牡丹的含量显著高于其他品种，为金牡丹红茶的主要挥发性成分。异佛尔酮天然存在于烟草、蘑菇中，具有木香、干果香气和清甜香气[22]，在金牡丹红茶中含量较高。具有花香的香叶醇、芳樟醇和脱氢芳樟醇等挥发性成分在金观音的含量显著高于其他品种，为金观音红茶的主要挥发性成分。芳樟醇[23]为红茶中的标志性成分，呈独特的铃兰香气，在金观音中含量较高，这与陈赶林等[7]的研究结果一致。α-紫罗酮、(E)-β-罗勒烯、异戊醛，乙酸仲丁酯和 2-丁基辛醇等挥发性成分在紫玫瑰中的含量显著高于其他品种，可能对紫玫瑰红茶香型构成形成具有一定贡献。具有柔和蜜香、苹果香气的苯甲醇和具有花香的1-癸醇在梅占中的含量显著高于其他品种，分别占香气总量的43.14%和34.07%，这些挥发性香气化合物成分可能对梅占红茶香气的呈现具有重要贡献，这与林燕萍等[24]的研究结果较一致。β-紫罗兰酮、2-乙基丁酸、2-正戊基呋喃、6-甲基-5-庚烯-2-酮等挥发性成分在福云6号的含量显著高于其他品种，可能对福云6号红茶香型构成形成具有一定贡献。

图2 不同茶树品种工夫红茶挥发性成分含量热图分析Fig.2 Heat map analysis of volatile components in Congou black tea of different tea varieties

2.2 不同茶树品种工夫红茶香气成分的ROAV值分析

茶叶香气的呈现是由各挥发性成分的阈值与其在体系中的浓度共同决定的[16]。ROAV结合各挥发性成分的感觉阈值，进一步量化评价不同挥发性成分对总体香气的贡献程度，进而确定关键香气物质。关键香气成分（ROAV≥1.00）决定一个香气体系的大部分风味，在一定范围内，ROAV值越大，则该成分对总体香气的贡献度越大，而0.10≤ROAV＜1.00的香气成分对茶叶香气具有重要的修饰作用。

通过 ROAV计算，从金牡丹中共鉴定出 15种ROAV值不少于1.00的香气成分。其中，ROAV值＞10.00的主要的赋香物质有7种，包括具有甜香及果香特征的癸醛（100.00）、正辛醛（18.01）、正己醛（15.34）和戊醇（14.04）；具有花香的壬醛（66.00）和芳樟醇（13.59）；具有花果香、油脂香气的(E,E)-2,4-壬二烯醛（73.67）。另有5种重要的修饰香气成分，香气总体呈较浓郁的果香、玫瑰香和一部分冬青香，这些香气成分共同构成了金牡丹红茶浓郁的花果香、甜香和蜜香，这与罗莲凤等[25]评价金牡丹红茶花香持久带甜香的结论较一致。

金观音中共鉴定出15种ROAV值不少于1.00的香气成分。其中，ROAV值＞10.00的主要赋香物质有6种，包括具有甜香、柑橘香的癸醛（100.00）；具有花香的β-紫罗酮（33.76）、芳樟醇（22.16）和壬醛（17.99）；以及具有树脂香、松香的3-蒈烯（11.09）。其中，芳樟醇是茶叶中重要的香气成分，在金观音中含量最高（12.15%），可能对金观音红茶香气的形成具有重要贡献。另有11种重要的修饰香气成分，总体呈较浓郁的花香、果香及部分木质香和脂肪香。认为这些香气成分共同赋予了金观音红茶花果香、甜香、蜜香和玫瑰香气。

表2 不同茶树品种工夫红茶关键香气成分及对应ROAV值Table 2 Key aroma components and corresponding ROAV values of Congou black tea of different tea varieties

紫玫瑰中ROAV值不少于1.00的香气成分共有8种。其中，ROAV值＞10.00的主要赋香物质包括具有甜香、柑橘香的癸醛（100.00）和玫瑰香的壬醛（28.44）。另有7种重要的修饰香气成分，香气总体呈花果香、木香和清香。其中，具有木香、紫罗兰香和奶油香的α-紫罗酮（0.60）为紫玫瑰红茶中特有的香气成分，可考虑该香气成分作为区分紫玫瑰与其他品种的特征香气物质。

梅占中ROAV值不少于1.00的香气成分共有11种。其中，ROAV值＞10.00的主要赋香物质有4种，包括具有玫瑰香的壬醛（100.00）；具有铃兰花香的芳樟醇（16.07）；以及呈现甜香、柑橘香的癸醛（64.81）和具有柔和蜜香、苹果香气的苯甲醇（32.65）。庚醛、反式-橙花叔醇、苯乙醇和水杨酸甲酯为4种重要修饰香气成分。这些香气成分共同赋予了梅占红茶柔和的甜香、蜜香与花果香。

福云6号的主要赋香成分有癸醛、β-紫罗兰酮、香叶醇等7种。另有10种重要的修饰香气成分，总体呈花香、果香及部分烘烤香。对总体香气贡献较大（ROAV＞1.00）的香叶醇、正己醛、芳樟醇和异戊醛，在香气上多表现为花果香、木质香和清香。值得注意的是，具有紫罗兰香、覆盆子香气的β-紫罗兰酮在福云6号中的ROAV值为8.76，显著高于其他品种红茶。这些香气成分共同赋予了福云6号红茶花果香、甜香与烘烤香。

2.3 基于OPLS-DA对不同茶树品种工夫红茶的区分

OPLS-DA是一种有监督的多元判别分析统计方法，能够较为直观地反应样本成分构成的近似度关系，距离越近，其香气组成和相对含量就越相似。对5种红茶茶样的所有挥发性成分进行OPLS-DA分析，如图3所示，5种红茶在得分散点图上实现了较好的区分，其中，梅占（MZ）和福云6号（FY6）均分布在横轴负半轴（第二象限）；紫玫瑰（ZMG）主要集中在原点附近；金观音分布在横轴负半轴（第三象限）；而金牡丹（JMD）分布在横轴的正半轴（第一象限），与其他品种红茶距离较远，体现了不同品种红茶香气组成的差异性。

图3 不同茶树品种工夫红茶挥发性成分OPLS-DA得分图Fig.3 OPLS-DA score chart of volatile components of Congou black tea of different tea varieties

3 结论

福云6号、金牡丹、金观音、梅占是福建省生产红茶的主要栽培品种，本研究采用ATD-GC-MS技术从金牡丹、金观音、紫玫瑰、梅占和福云6号5个茶树品种工夫红茶中鉴定出96种挥发性香气化合物，香气物质以醇类、酮类、酯类和醛类为主。通过对5种红茶的挥发性组分和呈香特征进行分析，结果发现5个品种工夫红茶兼具花香、果香和甜香。由于供试红茶的挥发性组分及含量差异较大，使得不同品种红茶的呈香特征也不尽相同。如金牡丹中异佛尔酮、乙酸乙酯含量最高，具有木香、清甜香和令人兴奋的水果香气；金观音的香叶醇、芳樟醇、反-α,α-5-三甲基-5-乙烯基四氢化-2-呋喃甲醇和脱氢芳樟醇的含量最高，花香明显，表现为强铃兰花香、玫瑰花香和果香；紫玫瑰的乙酸仲丁酯的含量高于其他品种，且异佛尔酮、香叶醇、苯甲醇含量较高，表现为较强的果香、木香和花香；梅占的苯甲醇和1-癸醇含量最高，具有令人愉快的苹果香气、柔和的蜜香和花香；福云6号的异佛尔酮、苯甲醇和乙酸仲丁酯含量较高，具有较强的木香、果香和清甜香气。值得注意的是，具有玫瑰香气的香叶醇在金观音、金牡丹、紫玫瑰红茶中含量较高，可能是奠定这类高香品种红茶花香特征的物质基础。本研究结果明确了福建省5个主要栽培品种工夫红茶的关键香气成分和品种香气特征，而关于这些关键香气成分的合成调控机制有待进一步研究，以期为定向调控和提高红茶风味品质提供科学依据。