基于顶空搅拌子吸附－热脱附－气相色谱－质谱联用技术的8种香型凤凰单丛茶香气分析研究

摘要：为探究8种单丛茶的香气组分差异及其对香型形成的影响，采用顶空搅拌子吸附－热脱附－气相色谱－质谱联用法（HS-SBSE-TDU-GC-MS）对蜜兰香、芝兰香、杏仁香、鸭屎香、肉桂香、夜来香、黄枝香和老仙翁单丛的香气成分进行了分析，采用最小二乘判别分析从69个香气化合物中筛选出了19个关键差异性成分。基于差异性关键成分做主成分分析，结果显示前3个主成分可以对8个香型凤凰单丛茶的香气变量信息进行有效解释。各个香型主要香气化合物风味特征与感官审评结果具有一致性。

关键词：单丛茶；香气成分；顶空搅拌子吸附；气相色谱－质谱联用法；主成分分析

中图分类号：TS272；O657 文献标识码：A 文章编号：1000－3150（2024）10-25-7

Analysis of Aroma Components in 8 Kinds of Fenghuang

Dancong Tea Using HS-SBSE-TDU-GC-MS

ZHANG Lin1，2， YE Hanzhong3， CHEN Hongping1，2*， ZHANG Yingbin1，2*

1. Tea Research Institute， Chinese Academy of Agricultural Sciences， Hangzhou 310008， China;

2. Key Laboratory of Tea Quality and Safety Control， Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Hangzhou 310008， China;

3. Chaozhou Tianyu Tea Industry Co.， Ltd.， Chaozhou 515638， China

Abstract： To investigate the differences in aroma components and their effects on the formation of aroma characteristics， the volatile components of eight kinds of Dancong teas， including Milan， Zhilan， Xingren， Yashi， Rougui， Yelaixiang， Huangzhi and Laoxianweng， were determined by headspace-stir bar sportive extraction-thermal desorption-gas chromatography-mass spectrometry （HS-SBSE-TDU-GC-MS）. Least squares discriminant analysis （PLS-DA） was used to screen 19 key differential components from 69 aroma compounds. Based on principal component analysis （PCA） of differential key components， the results show that the first three principal components can effectively explained the variability in aroma characteristics of Dancong tea. The main aroma compounds of each aroma type have consistent flavor characteristics and sensory evaluation results.

Keywords： Dancong tea， aroma components， headspace-stir bar sportive extraction， gas chromatography- mass spectrometry， principal components analysis

凤凰单丛茶产自广东省潮州市，因其浓郁的花果香深受消费者的喜爱[1]，是我国高香型茶的代表品类，至今已有900余年历史[2]。凤凰单丛茶属于乌龙茶，是一种半发酵茶，通常采摘对夹叶，经过晒青、凉青、做青、杀青、揉捻、烘焙等多道工艺加工而成[3]。因原料品种、树龄、生长环境，以及加工过程中工艺参数[4-5]的不同，而呈现多种香型特征，常见的有黄枝香、芝兰香、玉兰香、蜜兰香、姜花香、肉桂香、桂花香、夜来香、茉莉香、杏仁香等[6]。由于单丛茶的香型繁多，对初次接触单丛茶的消费者来说，区分及科学识别这些不同的香型并非易事。因此，对单丛茶的香气成分进行详细分析显得尤为重要，这将有助于为凤凰单丛茶的香型提供科学的分类依据。

针对凤凰单丛茶丰富的香气类型，已有学者开展了系列研究，肖凌等[7]采用溶剂辅助风味蒸发技术（SAFE）并结合气相色谱－质谱（GC-MS）对蜜兰香等3种单丛茶的香气成分富集后进行定性定量分析，共检测出91种挥发性成分，其中芳樟醇氧化物I、橙花醇、芳樟醇氧化物II和橙花叔醇4种成分含量最高。卢丹敏等[1]采用低温旋转蒸发处理检测了蜜兰香等22种单丛茶，共分析到73种香气化合物，发现其最主要的挥发性物质为吲哚、脱氢芳樟醇、芳樟醇、茉莉内酯、藏红花醛和β-环柠檬醛，其他重要挥发性物质包括橙花叔醇、苯乙腈和α，4-二甲基-3-环己烯-1-乙醛等。李张伟[8]采用顶空固相微萃取热脱附法（HS-SPME）研究加工过程中不同阶段的茶叶挥发性香气，共分析到芳樟醇、脱氢芳樟醇、吲哚、橙花叔醇等118种香气化合物。

顶空搅拌子吸附－热脱附法（HS-SBSE）也是一种稳定的萃取技术，相比上述方法，在样品前处理或进样流程中具有操作便捷的特点。Wang等[9]采用不同的吸附技术研究了武夷岩茶中的香气物质，认为HS-SBSE可以更好地吸附武夷岩茶中的香气活性物质。本研究采用顶空搅拌子吸附－热脱附－气相色谱－质谱联用法（HS-SBSE-TDU-GC-MS）[10-11]对蜜兰香、芝兰香、杏仁香、鸭屎香、肉桂香、夜来香、黄枝香和老仙翁8种香型单丛茶的挥发性香气组分进行富集，并对其相对含量进行测定，通过偏最小二乘判别分析（PLS-DA）筛选出8种不同香型单丛茶关键差异性合物，并基于筛选出的化合物采用主成分分析（PCA）挖掘不同香型茶叶关键香气化合物，同时结合感官审评结果分析关键香气化合物对不同特色香型的贡献作用。本研究旨在为茶叶中花香特征成分分析及单丛茶香气品质鉴定提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验样品

供试样品为8种不同香型单丛茶，分别为黄枝香单丛、老仙翁单丛、蜜兰香单丛、肉桂香单丛、杏仁香单丛、鸭屎香单丛、夜来香单丛和芝兰香单丛，所有样品均由潮州市天羽茶业有限公司生产。

1.2 仪器与设备

JJ300型电子天平（江苏省常熟市双杰测试仪器厂）、PURA 14L数显恒温水浴锅（德国JULABO公司）、PDMS TWISTER搅拌磁子（德国Gerstel公司）、TD100热脱附系统（英国Markes公司）、7890B-5977B气相色谱质谱联用仪（美国Agilent公司）。

1.3 试验方法

1.3.1 感官审评方法

根据《茶叶感官审评方法》（GB/T 23776—2018）、《茶叶感官审评术语》（GB/T 14487—2017）中的茶叶感官审评方法和审评术语，称取干茶样5.0 g置于110 mL盖碗中，注入100 ℃纯净水，冲泡3次，每次冲泡时间分别为2、3、5 min；每次加水1～2 min后揭盖嗅闻盖香，最后一次冲泡沥出茶汤后嗅闻叶底香，结合多次嗅闻结果对茶叶香气进行综合评语描述和评分。

1.3.2 香气成分分析

（1）预处理方法

将1.0 g茶样置于50 mL萃取瓶中，加入4 mL沸水于60 ℃恒温水浴中平衡10 min，插入SBSE搅拌子并密封，顶空吸附60 min，取出吸附子后立即放入脱附管[12]。

（2）仪器工作条件

热脱附条件：分流模式预吹扫1 min；280 ℃解析10 min后进入冷阱富集；冷阱300 ℃解析5 min后进样。

色谱条件：采用DB-Wax毛细管色谱柱，载气为氦气（纯度99.999%），柱流量 1.5 mL/min，自动无分流进样。升温程序：起始温度50 ℃保持5 min，以1.5 ℃/min升温至170 ℃，再以3 ℃/min升温至220 ℃保持15 min。质谱条件：采用电子电离源（EI）电离，离子源温度230 ℃，电子能量70 eV，扫描范围50～650 m/z。

（3）香气成分定性与定量分析

获得的气相色谱－质谱联用仪图谱通过美国国家标准技术研究所谱库（NIST）提供的标准质谱图进行检索，结合各化合物正构烷烃的保留指数、保留时间，并参考文献报道进行定性。按峰面积归一化法计算各种香气成分的相对百分含量。

1.4 数据分析

采用SIMCA软件进行正交偏最小二乘判别分析（PLS-DA），计算预测变量重要性投影（VIP）；并结合SAS软件进行单因素方差分析计算每组数据的P值，以P＜0.05、VIP≥1为条件筛选差异香气成分，利用XLSAT软件进行PCA分析建立8种香型单丛茶的判别模型。Origin和CorelDRAW软件绘制图谱。

2 结果与分析

2.1 感官审评

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不同香型的单丛各具特色，本研究针对8种香型凤凰单丛开展分析，感官审评结果如表1所示。8个样品在单丛茶的共性香气特征的基础上各具特色。根据感官审评结果，可将8个单丛分为花蜜香型（芝兰香和蜜兰香）、甜花香型（鸭屎香、老仙翁）、清花香型（黄枝香）、花果香型（肉桂香、杏仁香）和甜果香型（夜来香）5个类型，这与其他研究中不同香型单丛茶的感官审评结果具有一致性[5，13-14]。

2.2 香气组成分析

为研究不同香型凤凰单丛茶的香气成分，利用HS-SBSE-TDU-GC-MS方法对8个单丛茶的香气化合物成分进行分析鉴定，总离子流色谱图见图1。8种香型凤凰单丛共分析到69个化合物，除6-甲基-5-庚烯-2-酮外，其他物质的方差检验均具有显著性差异（P <0.01）。对不同类型香气化合物的数量及含量进行分析，其中萜烯类（20个）、醇类（16个）和酮类（14个）种类相对较多，醛类（7个）、酯类（6个）、杂环类（5个）和醚类（1个）的种类较少。各类化合物总量在不同香型样品中有明显差别，醇类（38.92%～56.74%）、萜烯类（11.45%～32.42%）和酮类（6.56%～21.32%）含量较高，杂环类（3.78%～15.63%）、醛类（3.72%～6.97%）、酯类（1.82%～6.15%）和醚类（0.15%～0.60%）含量较低（图2）。

醇类和萜烯类物质是凤凰单丛茶最主要的香气成分类型。醇类是所有样品中占比最高的香气成分类型，含量较高的化合物为脱氢芳樟醇、β-芳樟醇及其氧化物、橙花叔醇和雪松醇（总量为34.36%～53.37%），通常具有花果香特征[15]，主要在乌龙茶的做青过程中产生，由内源性糖苷酶水解芳香糖苷释放[16]。萜烯类化合物的种类最丰富，含量较高的有月桂烯、柠檬烯、罗勒烯和法尼烯（总量为6.96%～20.29%），在蜜兰香（20.29%）和芝兰香（18.43%）单丛茶中的含量最高。酮类物质也是茶叶花果香的重要贡献物质，其中β-紫罗酮含量最高，属类胡萝卜素衍生的挥发性化合物，具有甜而浓的花香[4]，在夜来香（5.47%）和鸭屎香（3.20%）单丛茶中含量较高。

2.3 关键香气化合物挖掘与特征分析

以69个香气成分作为因变量，不同香型作为自变量，通过PLS-DA分析，可以实现8种香型的有效区分（图3）。本次分析中的自变量拟合指数（R2x）为0.94，因变量拟合指数（R2y）为0.84，Q2为0.61，R2和Q2超过0.5表示模型拟合结果可接受。Q2回归线与纵轴的相交点小于0，说明模型验证有效[14]。进一步分析香气成分对不同香型凤凰单丛香气的贡献率，以VIP＞1为标准，共筛选出19种差异性香气物质（表2）进行主成分分析，其中醇类8种、萜烯类4种、酮类3种、酯类2种和杂环类2种。基于主成分分析对筛选出的19种化合物进行降维处理，得到7个主成分，其中前3个主成分的方差贡献率分别为37.47%、26.97%和15.31%，累计79.75%。不同主成分载荷得分及19种香气成分的香型[17-19]如表2所示。

主成分1的主要载荷变量正相关的化合物为氧化芳樟醇I（呋喃型）、柠檬烯、氧化芳樟醇II（呋喃型）和顺-β-罗勒烯，对这些化合物的具体香气特征进行分析，发现其总体呈现出花蜜香的特点；负相关的化合物为吲哚、橙花叔醇、β-紫罗酮、顺-茉莉酮、1-乙基-2-甲酰吡咯、香叶醇和γ-己内酯，这些化合物总体呈现花香和甜果香。主成分2的主要载荷变量包括β-月桂烯、反-3，7-芳樟醇氧化物II、α-雪松醇和异亚丙基丙酮，这些化合物与主成分2均为高度正相关，具有木质香和甜香。主成分3的主要正相关载荷变量为脱氢芳樟醇，香气特征为花果香；负相关载荷变量为β-芳樟醇和水杨酸甲酯，香气特征为花香和冬青叶香气。根据上述特点，将主成分1命名为花蜜香特征因子，主成分2命名为甜木质香特征因子，主成分3命名为花果香特征因子。

8种香型单丛茶主成分分析的BI-PLOT样本图和变量图如图4所示。主成分1可以将8种香型分为3类，第1类是以芝兰香、蜜兰香为代表的浓蜜香型，主要分布在坐标轴的第1和第4象限，特征化合物是两种氧化芳樟醇、柠檬烯和顺-β-罗勒烯[13]；第2类以鸭屎香为代表的浓花香型，分布在X轴的最左侧，主要由花香型化合物吲哚、橙花叔醇、顺-茉莉酮等物质构成，这3种物质也是鸭屎香单丛加工过程中显著增加的香气物质，其中橙花叔醇的增幅最大[3]；第3类样品集中在Y坐标轴附近，具有以肉桂香为代表的花果协调香型特征。

主成分2反映的是甜木质香，从图中可以看出黄枝香主成分2上具有最高的得分，与主成分2成高度正相关的β-月桂烯、反-3，7-芳樟醇氧化物II、α-雪松醇和异亚丙基丙酮也是黄枝香的特征香气物质。

3 小结与讨论

随着近年来市场对特色香型乌龙茶的需求持续增加，凤凰单丛由于其香气的多样性，一直是新茶饮等产业的关注热点。本研究采用HS-SBSE-TDU-GC-MS对8种主要香型凤凰单丛的香气成分进行比较，不同香型单丛茶的香气成分在种类上具有相似性，但在含量上差异显著。针对分析到的香气化合物，基于PLS-DA共筛选出19个关键差异物质。基于上述差异物质进行主成分分析，前3个主成分的方差贡献率达到79.75%。依据各主成分载荷变量的相关性，将其分别命名为花蜜香特征因子（主成分1）、甜木质香特征因子（主成分2）和花果香特征因子（主成分3）。BI-PLOT样本分析可见，样品的分布情况与感官分类结果具有较好的一致性。本研究可为茶叶中花香特征成分分析及单丛茶香气品质鉴定提供科学依据。

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