粉红色和白色紫芽茶树花SPME/GC-MS香气成分分析

陈美伴，Dylan O' Neill Rothenberg，张凌云

（华南农业大学园艺学院，广东 广州 510642）

茶（Camellia sinensis L.）树花属完全花，由花托、花萼、花瓣、雄蕊和雌蕊组成。花萼深绿，通常5片；花瓣通常5枚，多数为白色，少数呈粉红色；花冠直径一般为4～5 cm；雄蕊200～300枚［1-2］。茶树花蕾一般6月形成，分化形成期一直延续到11月甚至更晚。开花期一般在9～12月，10月中旬至11月中旬为盛花期，南方茶区可延续到第2年2～3月［1］。茶树花属虫媒花，基部有腺体，可以分泌蜜汁，散发芬芳的香气引诱昆虫采蜜而授粉。茶树花具有花期长、花量多、结实少、寿命短的特点，是一种量大而利用率低的可再生资源。2017年全国茶园总面积305.5万hm2，茶树花生物量一般为1 722.8～2 199.2 kg/hm2［3］，每年全国茶园可产茶树鲜花526.28～671.81万t。

Lin等［4］研究表明，茶树花与芽叶主要生化成分大体相同、含量有差异，茶树花含较多的黄酮类、水溶性糖类、氨基酸，等量的儿茶素，较少的脂肪、咖啡碱［5-7］。王丽丽等［8］研究表明，初展茶树花香气成分主要为芳香醇类、萜烯醇类、脂肪醇类和芳香酮类化合物，其中苯乙酮、a-苯乙醇、2-戊醇、2-苯乙醇、芳樟醇为茶树花的主要香气成分。傅丽亚等［9］对超临界CO2萃取的茶树花萃取物进行分析，鉴定出97种化合物，分别是烷烃类33.85%、酯类8.49%、醛类2.35%、酮类5.95%、醇类2.86%、羧酸类31.18%、萜烯类8.16%及其他7.16%，香气成分主要有壬醛、2，4-庚二烯醛、癸醛、苯乙酮、芳樟醇、α-紫罗酮、β-紫罗酮、2-庚酮、苯乙醇、己酸。游小清等［10］指出茶树花精油中的主要挥发性成分为2-戊醇、2-庚醇、苯甲醛、芳樟醇及其氧化物、苯乙酮、香叶醇、a-苯乙醇等，并发现在开花过程中，其芳樟醇类、香叶醇以及橙花醇的含量都有十分明显的变化，但砧烯指数变化较小。Joshi等［7］研究指出茶花挥发性风味成分芳樟醇、香叶醇、芳樟醇氧化物、苯乙酮、戊二烯醛、苯甲醛、己酸含量较高，且在花瓣绽放初期含量最高。

基于茶树花优质的内含成分和挥发性成分，越来越多的人关注茶树花资源的利用，如开发含茶树花成分的饮品、化妆品、香精油、食品、保健产品等。研究表明，植物的芳香性挥发物质具有较高的药用价值，不仅可以醒脑提神、平和心绪，还能有助于神经系统、呼吸系统等疾病的治疗［11］。因此对茶树花挥发性物质进一步研究很有必要。目前，有关茶树花不同开花阶段的挥发性成分变化研究较少，而关于粉红色茶树花挥发性成分的研究尚未见报道。SPME/GC- MS（顶空固相微萃取 - 气相色谱 - 质谱联用）技术是目前在香气成分或挥发性成分检测中常用的新型萃取分离技术，该技术可有效提高香气成分的检测准确度，并详细分析出不同种类食品主要的呈香组分［12］。本研究通过对5种不同开花程度的粉红色和白色紫芽茶树花分别进行SPME/GC-MS挥发性成分分析，以了解茶树花开花过程中的香气变化，并了解白色和粉红色茶树花香气成分的区别。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试茶树种植于惠州，采集时间为2017年12月3～4日，白色花茶树（记为W）为紫鹃茶树品种（大叶种，茶花白色，紫色嫩梢），粉红色花茶树（记为R）为惠州当地茶树群体种（小叶种，茶花红色，紫色嫩梢），按花蕾、露白、含苞待放、盛开、衰败5种不同程度开放状态（分别记为1，2，3，4，5，图1，彩插一）采摘。采后用液氮处理，放入-80℃冰箱保存。

试验主要仪器：Agilent 7890B/5977A 气相色谱-质谱联用仪，色谱柱HP-5MS（30 m× 0.25 mm×0.25 μm）；萃取装置：SPME 手动进样手柄；萃取头65 μm PDMS/DVB。

2.2 试验方法

萃取条件：称取1.5 g样品于20 mL三角顶空瓶，70℃水浴萃取45 min。

解析条件：250℃，3 min。

色谱柱条件：进样口250℃，柱温50℃；He流速 1 mL/ min；不分流。

升温程序：起始50℃，2 min→以5℃/min上升至130℃后保持5 min→以8℃/min上升至235℃后保持5 min→以15℃/min上升至280℃后保持1 min。

质谱条件：质量扫描范围35.00～450.00 amu，离子源70eV，温度230℃；四级杆温度250℃；辅助加热器280℃。

萃取头老化条件：丙酮浸泡30 min，250℃老化30 min。

2.3 数据处理

GC-MS数据由计算机检索并与图谱库NIST14.L的标准质图谱进行对照分析，物质的相对含量采用峰面积归一法分析，再结合相关文献进一步确认物质化学结构和名称，并采用Excel 2013软件和SPSS 19软件对试验数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 茶树花感官形态比较

通过感官对比发现，除花瓣颜色明显不同外，白色茶树花和粉红色茶树花的其他形态特征相似，如花冠大小、雄蕊色泽、花萼与花瓣为5枚。通过鼻嗅发现，两种茶树花香气区别明显，白色茶树花香气清雅、清甜，粉红色茶树花香气较浓郁，蜜甜含花香，层次丰富。在田间发现粉红色茶树花招来采蜜的蜜蜂更多。

2.2 SPME∕GC-MS茶树花香气成分分析

2.2.1 粉红色茶树花香气成分分析 从R1检测到50种香气物质，总相对含量为67.54%；R2，43种，57.29%；R3，44种，71.68%；R4，43种，82.43%；R5，68种，86.43%（表1）。从表2可以看出，粉红色茶树花香气类型含量较多的有醇类、酯类、酮类、烯烃类（图2）。醇类除3阶段外各阶段含量都多，4、5阶段相对1、2阶段较多（主要因芳樟醇含量变化引起），其中醇类主要是苯乙醇、芳樟醇、香叶醇、苯甲醇、a-甲基苯甲醇（图3），花果香型醇类含量随开花进程先减少后增加，3阶段时最低。醇类分布具有低沸点青气型醇类趋于1、2阶段，高沸点花果香型醇类趋于4、5阶段的特点。酯类在1、2阶段含量多，3、4、5阶段含量明显少，酯类主要是水杨酸甲酯，具有冬青油香，其含量变化趋势是1、2阶段含量多，之后显著下降（图4）。酮类主要是苯乙酮，只在3阶段含量较高（图5）。烷烃类含量在3、5阶段含量少。烯烃类在3、4、5阶段含量较高。其他香气类型含量较少，但也呈现一定规律：杂氧类、含氮类、萘/苯类在3阶段增加后平缓保持。醛类含量较少，且在3阶段进一步减少并波动保持。总的来说，具有花果香味的物质在3阶段或4阶段显著增加，之后平缓增加；具有青气味的物质则在3阶段显著降低，之后平缓保持。

表1 粉红色和白色茶树花各阶段香气种类及总相对含量（%）

表2 粉红色茶树花香气类型及相对含量（%）

图2 粉红色茶树花香气类型含量变化

图3 粉红色茶树花醇类物质含量变化

图4 粉红色茶树花水杨酸甲酯含量占比

图5 粉红色茶树花苯乙酮含量占比

2.2.2 白色茶树花香气成分分析 从W1检测到57种香气物质，总相对含量为86.79%；W2，60种，91.25%；W3，53种，79.81%；W4，33种，79.81；W5，27种，84.76种（ 表1）。白色茶树花的香气类型含量较多的有醇类、酮类、烯烃类（表3，图6）。醇类在5个阶段都保持高含量，且在4、5阶段明显增加（主要因芳樟醇含量变化引起），主要成分是芳樟醇、香叶醇，其含量随开花进程先减少后增加，2阶段时最低（图7）。在5个开花阶段，酯类含量少，变化不大（图8）。酮类主要成分是苯乙酮，在1、2、3阶段都有高含量，4、5阶段含量明显减少，其含量变化呈先升高后减少的变化趋势，在2阶段时最高（图9）。

表3 白色茶树花香气类型及相对含量（%）

图6 白色茶树花香气类型含量变化

图7 白色茶树花醇类物质含量变化

图8 白色茶树花水杨酸甲酯含量占比

图9 白色茶树花苯乙酮含量占比

2.2.3 粉红色和白色茶树花香气成分比较 从表4可知，粉红色茶树花主要挥发性物质有水杨酸甲酯、苯乙酮、苯乙醇、芳樟醇、香叶醇、苯甲醇、α-甲基-苯甲醇、α-金合欢烯、大根香叶烯、摩勒烯、依兰烯、8-Isopropyl-1-methyl-3-methylenetricyclo［4.4.0.02，7］decanerel； 白 色茶树花主要挥发性物质有水杨酸甲酯、苯乙酮、芳樟醇、香叶醇、2，2，6-三甲基-6-乙烯基四氢-2氢-吡喃-3-醇、吉玛烯。粉红色茶树花与白色茶树花香气成分比较，具有成分相似、含量差别大的特点。粉红色茶树花相对白色茶树花含量显著较多的有：1、2阶段酯类（图10），3、5阶段烯烃类（图11），3、4、5阶段萘/苯类；显著较少的有：醇类，1、2阶段酮类。粉红色茶树花醇类含量虽然比白色茶树花少（图12），但是其醇类种类更多且阈值更低，花果香型酯类又能补充醇类的不足；粉红色茶树花的苯乙酮含量明显比白色茶树花少（图13）。总体上看：粉红色茶树花在1～5阶段都有高含量的花果香型醇类香气成分，1、2阶段有高含量的水杨酸甲酯，3阶段有高含量的苯乙酮成分。白色茶树花在1～5阶段都有高含量的花果香型醇类香气成分，1～3阶段有高含量苯乙酮成分。即对粉红色和白色茶树花香气成分差异最大的是苯乙酮、水杨酸甲酯以及萜烯类醇类的含量。另外发现粉红色茶树花3阶段是个特殊阶段，体现为花果香型物质醇类和酯类含量少、苯乙酮含量多的特点。

表4 粉红色和白色茶树花的主要香气成分

图10 两种茶树花酯类和水杨酸甲酯含量对比

图11 两种茶树花烯烃类含量对比

图12 两种茶树花醇类含量对比

图13 两种茶树花酮类和苯乙酮含量对比

2.3 系统聚类分析

对粉红色茶树花R1～R5和白色茶树花W1～W5共10个样品进行聚类分析，将距离接近或性质接近的两类合并为一类，再从n-1类中找到最接近的两类合并，以此类推，直到所有样品被合并为一类，聚集在一个集群的样品香型接近。

由表5可知，当把10个样品分3个集群时（表 5），分类情况为 R1R2、R3R4R5、W1W2W3W4W5等3个集群；当分为4个集群时，则为 R1R2、R3R5、R4、W1W2W3W4W5等4个集群；当分为5个集群时，则为R1R2、R3、R4、R5、W1W2W3W4W5等5个集群，显然两种茶树花没有交集，白色茶树花总是聚为一个群集，可见粉红色茶树花香气成分差异大，情况较复杂。从树状图（图14）进一步看出白色茶树花内分类情况为W1W2、W4、W3W5；而R4最容易被单独归为一个集群，是差异最大的。总的来说相较于不同开花阶段的影响，粉红色和白色茶树花香气成分受茶树品种影响较大；也说明了粉红色茶树花相对白色茶树花各阶段香气成分差异大。

表5 系统聚类分析群集结果

图14 10个茶树花样品的聚类结果树状图

3 结论

本研究对粉红色和白色紫芽茶树花从花蕾、露白、含苞待放、盛开、衰败5种不同程度的开花状态进行香气成分分析，结果表明粉红色茶树花在1、2、4、5阶段都有高含量醇类（但都比相应阶段白色花少），主要是芳樟醇、香叶醇、苯乙醇、苯甲醇、a-甲基苯甲醇；1、2阶段有高含量酯类，主要是水杨酸甲酯；醇类、酯类的主要物质成分有明显花果香；仅在3阶段有高含量苯乙酮。白色茶树花在1～5阶段都有高含量醇类，主要是芳樟醇、香叶醇，物质成分有明显花果香；1～3阶段有高含量苯乙酮，具明显青味。粉红色茶树花闻起来更芬芳或招惹蜜蜂更多的原因主要是含有较少的苯乙酮，另外有较高含量的水杨酸甲酯，以及更多种类的花果香型醇类组合。总体上表现出粉红色茶树花比白色茶树花更芬芳的特点。前人对茶树花（白色）香气成分研究也显示苯乙酮含量多、水杨酸甲酯偏少的特点［13-15］。聚类分析结果表明，相较不同程度开花阶段，粉红色和白色茶树花香气成分受茶树花品种影响更大；还体现了粉红色茶树花相对白色茶树花在不同程度开花阶段香气成分差异大的特点。