GC-MS結合電子鼻技術對不同茶區茉莉花茶香氣的差異比較

李璐，尹禮國，陸安霞,3*，王秋衛，陳麗，趙先明,3，黃彤,3

（1.宜賓學院農林與食品工程學部，四川宜賓 644000)

(2.固態發酵資源利用四川省重點實驗室，四川宜賓 644000)

(3.精制川茶四川省重點實驗室，四川宜賓 644000）

茉莉花茶是中國的代表性歷史名茶之一，生產基地主要分布在西南、江南和華南三大茶區[1]。原料主要是新鮮的茉莉花和烘青綠茶茶坯，經過窨制后，茉莉花的香氣可以充分被茶坯吸附，香氣是決定茉莉花茶品質的重要因子[2]，目前，對茉莉花茶香氣研究已有報道，陳梅春等[3]利用固相微萃取-氣相色譜-質譜法（Solid Phase Microextraction-Gas Chromatography-Mass Spectrometry，SPME-GCMS）測定茉莉花香氣成分，發現芳樟醇、乙酸芐酯、α-法呢烯和順式-3-己烯醇苯甲酸酯是茉莉花茶特征香氣成分，而茉莉花茶的品質與芳樟醇/（苯甲醇+順式-3-己烯醇苯甲酸酯+乙酸芐酯+氨茴酸甲酯+苯甲酸甲酯）的濃度比呈負相關[4]。安會敏等[5]認為影響茉莉花茶香氣的是具“花香”屬性的苯甲醇、芳樟醇、苯甲酸甲酯、乙酸芐酯、2-氨基苯甲酸甲酯；影響其鮮靈度的是具有“清香”屬性的3-己烯-1-醇、乙酸葉醇酯、水楊酸甲酯、順式-3-己烯基異戊酸酯、順式-3-己烯基苯甲酸酯、吲哚和α-法呢烯。張俊杰等[6]對不同窨制次數的茉莉花茶香氣成分進行分析得到，芳樟醇、乙酸芐酯、順式-3-苯甲酸葉醇酯、氨茴酸甲酯、芐醇和吲哚是其共同含有且相對含量較高的的香氣成分。影響茉莉花茶香氣品質的因素有鮮花品質[5]、加工工藝[6]等，但根據不同地區分類對茉莉花茶香氣的研究較少。

頂空固相微萃?。⊿olid-Phase Microextraction，SPME）技術是一種較為高效的萃取方法，能更好的萃取較易揮發的物質[7]。氣相色譜-質譜（Gas Chromatography-Mass Spectrometry，GC-MS） 聯用技術是目前茶葉香氣分析中最常用的檢測技術，多與頂空固相微萃取聯用[8]。電子鼻（Electronic Nose，E-nose）又稱氣味掃描儀，具有快速檢測分析樣品的特定氣味的傳感器列陣[9]，已經廣泛應用于許多領域[10-12]，并且具有對不同等級的茶葉、茶湯以及葉底揮發物的監測潛力，江昕田等[13]表明電子鼻技術可用于特種茉莉花茶香氣品質的區分和識別。GC-MS 可得到樣品中各成分定性定量的結果，僅僅使用該方法不能很好的分析成分之間的關系，將GC-MS 與電子鼻技術結合可以同時從不同角度對樣品香氣進行分析[14]。本研究為了有效區分不同產區的茉莉花茶香氣品質，運用SPMEGC-MS 結合電子鼻技術對不同地區的茉莉花茶樣品進行香氣鑒定及區分，旨在分析不同地區茉莉花茶香氣成分的差異，為鑒定茉莉花茶香氣品質特征提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

選擇三大茶區具有代表性的8 個茉莉花茶茶樣，購于各茶葉品牌官方旗艦店，均為廠家定級為一級的茉莉花茶成品茶，詳情見表1；癸酸乙酯（體積分數99%），美國Sigma 公司。

表1 試驗材料編號及產地Table 1 Number and origin of test material

DFT-100A 型100 克手提式高速萬能粉碎機，溫嶺市林大機械有限公司；57328-U 50/30um DVB/CAR/PDMS 手動進樣器和手動固相微萃取頭，美國Supelco 公司；78HW-1 型恒溫加熱磁力攪拌器，杭州儀表電機有限公司；手動SPME 進樣器和75 μm CAR/PDMS 萃取頭，美國Supelco 公司；GC-MS 氣相色譜-質譜聯用儀（7890GC 型氣相色譜儀，5975型質譜儀），美國Agilent Technologies 公司；PEN3型電子鼻，德國Airsense 公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 GC-MS測定

試驗方法參照陸安霞等[7]的方法。

1.2.1.1 樣品前處理

頂空固相微萃?。℉S-SPME）取樣檢測方法：用電子天平稱取1.0 g 茶樣，然后將其放入25 mL 的頂空萃取瓶中，加入2.0 g 氯化鈉和20 μL 50 μL/L 的內標癸酸乙酯溶液，然后再加入5 mL 沸水迅速將萃取瓶密封，將經過GC-MS 進樣口老化（300 ℃，5 min）后的萃取頭插入萃取瓶中，將萃取瓶放在60 ℃水浴中平衡5 min 后，萃取55 min。萃取完成后立即進行GC-MS 分析，每個樣品進行生物學重復三次。

1.2.1.2 GC 條件

色譜柱：HP-5 石英毛細管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；升溫程序：40 ℃保持2 min，以3 ℃/min 的速度上升到85 ℃保持2 min，以2 ℃/min 的速度上升至110 ℃后，以10 ℃/min 的速度升至230 ℃保持2 min ；載氣高純氦氣（99.999%）；流量為1.0 mL/min；壓力50.5 kPa；不分流進樣，溶劑延遲3 min。

1.2.1.3 MS 條件

電子電離源；電子能量70 eV；離子源溫度230 ℃；接口溫度230 ℃；質量掃描范圍m/z40～400；真空系統為分子渦輪泵。

1.2.2 電子鼻測定

試驗方法參照薛大為等[15]的方法，具體步驟為：茶樣按照茶葉感官審評的要求，茉莉花瓣、花蒂、花萼等其它花類夾雜物剔除，并按規定稱取3.0 g。用沸水燙熱150 mL 的精制茶評茶杯和350 mL 量杯，再將稱量好的茶葉置于評茶杯中，注滿沸水，加蓋浸泡5 min，然后快速將茶水濾出至量杯中，用保鮮膜將評茶杯和量杯密封，立即進行葉底香氣檢測。茶湯密封靜置50 min 后，使水溫冷卻至室溫，室溫保持20 ℃，檢測茶湯香氣。每個樣品進行生物學重復三次。氣體流量400 mL/min，采樣時間間隔1 s，洗氣時間80 s，預采樣時間5 s，樣品檢測時間80 s。該電子鼻包含10 個金屬氧化物傳感器陣列，其傳感器陣列及性能描述見表2。

表2 電子鼻傳感器陣列及性能描述Table 2 Electronic nose sensor array and performance description

1.2.3 數據處理

將GC-MS 檢測得到的數據通過NIST 標準譜庫并且結合文獻的標準譜圖進行檢索，對香氣組分進行定性分析，根據色譜峰面積與內標物癸酸乙酯面積之比進行定量分析。使用SPSS 21.0 對數據進行顯著性分析以及香氣聚類分析。電子鼻檢測得到的數據利用Winmuster 分析軟件進行線性判別分析和負荷加載分析。

2 結果與討論

2.1 不同產區茉莉花茶的GC-MS數據分析

GC-MS 對不同產區茉莉花茶香氣總量差異如圖1 所示，不同產區的茉莉花茶香氣化合物總量平均值以江南茶區最高（397.54 μg/g），分別較華南、西南茶區高17.70%、65.33%，其中酯類物質香氣含量最高，酸類、醛類、酮類含量極低，說明酯類構成了茉莉花茶香氣的主要成分，這與安會敏等[16]研究結果一致。

圖1 不同茶區茉莉花茶香氣總量差異Fig.1 Differences in the total aroma content of jasmine tea from different tea regions

不同產區茉莉花茶樣品的香氣成分鑒定結果如表3 所示。不同產區的茉莉花茶香氣種類存在一定的差異，西南茶區樣品檢測出的香氣組分45 種，華南茶區樣品51 種，江南茶區47 種，各類香氣組分數量從大到小依次為碳氫化合物（23 種）、酯類（17 種）、醇類（11 種）、酮類（2 種）、含氮化合物（2 種）、酸類（1 種）、醛類（1 種）、酚類（1 種）。在所有樣品中均占主要成分的有α-法呢烯、苯甲醇、苯甲酸甲酯、鄰氨基苯甲酸甲酯、順式-3-己烯醇苯甲酸酯、水楊酸甲酯、乙酸芐酯和吲哚，安會敏等[5]研究結果顯示，以上香氣物質屬于區分綠茶素坯和茉莉花茶的主要香氣成分并且為茉莉花茶的特征香氣成分。

表3 茉莉花茶樣品的香氣物質成分Table 3 Aroma substance composition of jasmine tea samples (μg/g)

在西南和江南茶區樣品中檢測到含量平均值最高的香氣成分相同，依次為乙酸芐酯（52.31、157.14 μg/g）、鄰氨基苯甲酸甲酯（17.77、52.22 μg/g）、吲哚（16.21、37.42 μg/g）、順式-3-己烯醇苯甲酸酯（13.46、30.38 μg/g）、水楊酸甲酯（7.14、22.32 μg/g）。在華南茶區樣品中檢測到含量平均值最高的香氣成分依次為乙酸芐酯（94.12 μg/g）、鄰氨基苯甲酸甲酯（67.39 μg/g）、吲哚（43.84 μg/g）、苯甲酸甲酯（18.36 μg/g）、芳樟醇（18.06 μg/g）。

2.1.1 酯類

大部分酯類化合物具有花香和果香[17]，江南茶區樣品中含量平均值最高（308.90 μg/g），分別較華南、西南茶區高25.17%、65.72%。陳梅春等[3]認為水楊酸甲酯、苯甲酸甲酯、順式-3- 己烯醇苯甲酸酯是茉莉花茶的特征性香氣成分，在江南茶區中具有冬青味的水楊酸甲酯[18]含量較華南、西南茶區高33.96%、68.01%；具有花香的苯甲酸甲酯[5]含量在華南茶區中分別較江南、西南茶區高8.88%、67.86%，兩種成分在三個茶區樣品中具有顯著性差異；在江南茶區中具有草本香的順式-3-己烯醇苯甲酸酯[19]含量分別較華南、西南茶區高65.31%、55.69%。呈橙花果香的鄰氨基苯甲酸甲酯[20]在華南茶區中分別較江南、西南茶區高22.51%、73.63%，Shen 等[2]研究認為茉莉花茶中的鄰氨基苯甲酸甲酯主要來源于窨制過程中的茉莉鮮花，各產區該物質含量存在差異可能與各產區茉莉鮮花品質相關。具有茉莉花香的乙酸芐酯[21]在所有茉莉花茶樣品含量均最高，其中江南茶區中的平均值最高，分別較華南、西南茶區高40.10%、66.71%，這與安會敏等[16]研究結果一致。

2.1.2 醇類

醇類化合物通常帶有特殊的花香和果香[22]，江南茶區樣品中含量平均值最高（34.32 μg/g），分別較華南、西南茶區高62.79%、74.27%。王淑燕等[19]指出苯甲醇是茉莉花茶的特征香氣成分，且可以增加茉莉花茶中的甜香與烘焙香[23]，本實驗樣品中苯甲醇含量在華南茶區樣品是西南茶區樣品的3 倍。

2.1.3 酮類

酮類化合物中具果香的甲基庚烯酮[24]在華南茶區樣品中含量平均值最高（0.32 μg/g），分別比江南、西南茶區高18.75%、59.38%，而具紫羅蘭香的β-紫羅蘭酮[25]在江南茶區中的含量平均值最高，是華南茶區的2 倍。

2.1.4 碳氫化合物

碳氫化合物對茶葉風味有較大貢獻的一般是不飽和碳氫化合物，華南茶區樣品中含量平均值最高（18.13 μg/g），分別較江南、西南茶區高15.55%、64.31%。在本實驗中檢測出的主要的不飽和碳氫化合物是具微弱甜香的α-法呢烯，在窨制過程中不斷增加[26]。華南茶區茶樣中α-法呢烯含量平均值最高（11.37 μg/g），分別較江南、西南茶區高30.78%、69.04%。Kawakami 等[27]認為α-法呢烯是以類胡蘿卜素為前體的香氣化合物，其含量的大量增加可能是由于日光萎凋過程中的光氧化促進了類胡蘿卜素的水解。陳梅春等[28]認為α-法呢烯主要存在玉蘭花中，由此推測本實驗中α-法呢烯含量差異可能與茉莉花茶加工過程中是否采用玉蘭花打底工藝有關。

2.1.5 含氮化合物

含氮化合物吲哚在茉莉花茶中主要表現為堅果香、花香和焦香，并且其含量與茉莉花茶品質呈正相關[29]，本實驗結果顯示吲哚含量平均值最高的是華南茶區樣品（43.84 μg/g），分別較江南、西南茶區高14.64%、63.02%。

2.2 茉莉花茶香氣評價指數(JTF)對比

Lin 等[30]認為茉莉花茶香氣品質可用茉莉花茶香氣評價指數（JTF 指數）來評價，JTF 指數為α-法呢烯、順式-3-己烯醇苯甲酸酯、吲哚、鄰氨基苯甲酸甲酯總含量與芳樟醇含量的比值，且該數值與茉莉花茶的等級呈正相關。三個茶區茉莉花茶香氣評價指數結果見表4，各產區茉莉花茶JTF 指數大小順序為西南茶區＞華南茶區＞江南茶區。數據表明西南茶區茉莉花茶樣品等級較江南、華南茶區高。

表4 各茶區茉莉花茶香氣評價指數Table 4 Jasmine tea flavor index in each tea regions

2.3 香氣聚類分析

采用Ward 法對茉莉花茶樣品進行香氣聚類分析，分析結果見圖2 所示，8 個樣品有14 個共同香氣成分。在距離為5 的位置上這14 個共有成分被分成了3 個大組，第一組10 個香氣成分：(-)-α-蓽澄茄油烯、苯甲酸芐酯、大根香葉烯D、β-紫羅蘭酮、2-(甲氨基)苯甲酸甲酯、Δ-杜松烯、α-法呢烯、苯甲醇、苯甲酸甲酯、苯甲酸甲酯、水楊酸甲酯，整體呈現花香，在江南、華南茶區樣品中相對含量較高。第二組3 個香氣成分：順式-3-己烯醇苯甲酸酯、吲哚、鄰氨基苯甲酸甲酯，整體呈現茉莉花香和草木香，在華南茶區樣品中相對含量最高。第三組1 個香氣成分：乙酸芐酯，以茉莉花香為主，在江南茶區樣品中相對含量最高。

圖2 茉莉花茶樣品香氣聚類圖Fig.2 Cluster analysis of jasmine tea samples

2.4 不同產區茉莉花茶的電子鼻數據分析

2.4.1 線性判別分析

對茶湯的電子鼻分析結果由圖3a 所示，第一主成分貢獻率是50.46%，第二主成分貢獻率是46.03%，總貢獻率為96.49%，充分證明電子鼻能反映樣品茶湯的整體信息。當樣品間均有明顯距離時，說明電子鼻可對不同樣品進行區分，福建茉莉花茶（C1）與安徽茉莉花茶（B1）坐標之間有重疊，說明其香氣物質信息較為接近，其他樣品之間坐標距離較遠，這與GC-MS 檢測結果相印證，說明該數據基本上能夠代表所選茉莉花茶樣品茶湯的香氣信息。

圖3 不同茶區茉莉花茶茶湯及葉底的LDA 分析Fig.3 LDA analysis of tea broth and leaf base of jasmine tea from different tea regions

電子鼻對茉莉花茶葉底香氣分析由圖3b 所示，第一主成分的貢獻率是65.70%，第二主成分的貢獻率是27.14%，總貢獻率為92.84%，充分證明電子鼻技術能反應樣品葉底的整體信息。所有茉莉花樣品間坐標沒有重疊部分，說明樣品可以被電子鼻顯著區分。綜上所述，運用線性判別分析能有效對各茉莉花茶樣品的茶湯和葉底香氣進行區分。

2.4.2 負荷加載分析

對茉莉花茶茶湯和葉底的LA 分析分別如圖4所示，茶湯樣品中7 號傳感器（對硫化物靈敏）的位點距離x=0 最遠，說明7 號傳感器對第一主成分的貢獻率最大；6 號傳感器（對甲基類靈敏）的位點距離y=0 最遠，說明其對第二主成分的貢獻率最大；9 號傳感器（對芳香成分和有機硫化物靈敏）的位點位于x 軸和y 軸的中間位置，說明其對第一和第二具有相同的貢獻程度。同理，葉底樣品中7號傳感器對第一主成分的貢獻率最大；9 號在傳感器對第二主成分的貢獻率最大。許青蓮等[22]運用電子鼻技術對不同產地苦蕎茶進行香氣鑒別，認為是因為在茶葉沖泡過程中部分水溶性物質被溶出，從而引起了茶湯與葉底揮發性物質產生差異。綜上所述，茉莉花茶樣品茶湯和葉底的香氣成分整體上具有相似性，樣品香氣物質的變化可能與硫化物、甲烷、芳香化合物和有機硫化物類等揮發性成分有關。

圖4 不同茶區茉莉花茶茶樣茶湯及葉底的LA 分析Fig.4 LA analysis of tea broth and leaf base of jasmine tea from different tea regions

3 結論

本研究對我國三大茶區的8 種茉莉花茶香氣成分進行了GC-MS 分析與電子鼻鑒別，結果表明三大產區茉莉花茶樣品的香氣種類差異不大，但特征香氣物質含量存在顯著差異。江南和華南茶區的茉莉花茶特征性香氣成分含量相對西南茶區較高，通過香氣聚類分析表明，花香和草木香類香氣成分在江南、華南茶區中相對含量較高。西南茶區茉莉花茶雖特征性香氣成分含量較低，但JTF 指數相對其他茶區較高，說明茉莉花茶香氣不是單一物質在起作用，而是很多香氣物質的綜合作用的結果。通過電子鼻技術能夠有效區別各茉莉花茶樣品香氣，運用線性判別分析能有效對單個茉莉花茶樣品的茶湯和葉底香氣進行區分。

針對不同產區茉莉花茶的香氣品質差異的研究，后續應結合氣相嗅辨儀（Gas Chromatography-Olfactometry，GC-O）和氣味活度值（Odour Intensity Value，OAV）進行深入開展茉莉花茶香氣分析。