汉中仙毫香气成分分析与评价

李卫芳，张 亚，肖 斌 ，陈良超，冉隆贵

(西北农林科技大学 园艺学院，陕西杨凌 712100)



汉中仙毫香气成分分析与评价

李卫芳，张 亚，肖 斌 ，陈良超，冉隆贵

(西北农林科技大学 园艺学院，陕西杨凌 712100)

选用陕西汉中6个茶叶主产县12个具有代表性的汉中仙毫样品，采用顶空-固相微萃取与气质联用法(HS-SPME-GC-MS)共鉴定出85种香气成分。采用聚类分析，将样品分为3类。通过主成分分析，并建立汉中仙毫香气质量评价模型。结果表明：汉中仙毫的特征性香气成分有芳樟醇氧化物I、芳樟醇、(-)-α-荜澄茄油烯、茉莉酮、肉豆蔻酸乙酯、13-甲基十四烷酸乙酯、丁基十四烷基酯、棕榈酸乙酯、十五酸乙酯9种芳香物质，所构建的香气评价模型评判的结果与感官审评结果有较好的一致性。综合评价样品香气品质排序为C类(采自南郑和城固)>A类(采自西乡和镇巴)>B类(采自南郑和城固)。

汉中仙毫；香气成分；顶空-固相微萃取法(HS-SPME)；气相色谱-质谱法(GC-MS)；聚类分析；主成分分析

汉中仙毫是具有国家地理标志的产品之一，也是汉中市茶叶区域公用品牌。为了改变汉中市茶叶品牌繁多、乱、杂，市场知名度较低，产品竞争力较弱的局面，汉中市政府在2005年开始着手茶叶品牌的整合工作，将原有的午子仙毫、宁强雀舌、定军茗眉、秦巴雾毫和汉水银梭等20多个茶叶品牌，实行“统一品名，统一工艺，统一标准”，整合为一个品牌，即汉中仙毫[1]。汉中市位于陕西省南部，地处南北气候过度地带，秦岭巴山环抱的汉水上游，四季分明、雨水充沛、阳光充足、土壤适宜，属湿润性季风气候，是地球上同纬度生态环境最好的地区[2-3]。汉中具有得天独厚的自然地理气候条件，产茶历史悠久，出产的茶叶品质优良[4]。使得汉中仙毫具有“香高、味浓、形美、耐泡、保健”五大特点[1]。对汉中仙毫的研究，大多局限于加工工艺改良[5-6]和内含成分分析[7-10]等，对香气成分的研究报道[11-12]相对较少。

茶叶香气是形成茶叶风味特征、决定茶叶价值的重要指标[13]。目前，在绿茶香气组分中已分离鉴定出300余种[14]。香气成分提取方法主要有减压蒸馏法、同时蒸馏萃取法、顶空分析法、超临界CO2萃取法、固相微萃取法等[14]；定性方法主要有GC-MS、全二维气相色谱/飞行时间质谱(GC×GC-TOFMS)、GC-O[15]；定量方法有归一法、外标法和内标法[16]。

茶香品质的判定多采用感官审评[17]，其结果主观性强，个体差异明显，且易受环境、情绪、工作程序等诸多因素影响，依据香气含量及成分的差异进行区分鉴定鲜有报道。随着科技的快速发展，茶叶香气物质的研究有了较快的发展，但由于香气物质在茶叶中相对含量低(仅0.1%左右)、成分多、易挥发，提取过程中易发生多种反应等[13-14]。茶叶香气的研究仍存在许多亟待解决的问题，需要进一步深入研究。为进一步研究汉中仙毫内在香气品质及为产品质量控制提供理论依据，本试验采用顶空-固相微萃取方法(HS-SPME)对12个仙毫样品的香气物质进行提取，结合气相色谱-质谱联用法(Gas Chromatography-Mass Spectrometer，GC-MS)进行定性分析、峰面积归一法进行定量分析，通过聚类分析将样品进行分类，采用主成分分析，将样品复杂的香气信息简单化，进而研究汉中仙毫香气物质中的主要特征性成分，并构建香气评价模型。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

材料：12个试验茶样取自陕西汉中6个茶叶主产县，样品L1～L2来自西乡，L3～L4镇巴，L5～L6宁强，L7～L8勉县，L9～L10南郑，L11～L12城固，生产日期为2015年4月。试剂：无水硫酸钠(国产分析纯) C8～C20偶数位正构烷烃标样(AccuStandard)。

1.2 仪 器

ISQ气相色谱-质谱联用仪，美国Thermo Fisher Scientific公司；磁力搅拌器，美国TALBOYS公司；CNW 24-400 40 mL EPA样品瓶，上海安谱科学仪器有限公司；DB-5MS弹性石英毛细管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)手动SPME进样器和DVB/CAR/PDMS固相微萃取头，美国Supelco公司；AL204电子分析天平，梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司；HH-4数显恒温水浴锅，国华电器有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 感官审评方法 称取茶样3.0 g于150 mL沸水冲泡5 min，由3名专业品评师密码审评，一手持杯，一手持盖，靠近鼻孔，半开杯盖，嗅评从杯中散发出来的香气，每次持续2～3 s后，随即合上杯盖。反复1～2次，并热嗅(杯温约75 ℃左右)、温嗅(杯温约45 ℃左右)、冷嗅(杯温接近室温)结合进行。从香气类型、浓度、纯度、持久性评定香气，给出评分[17]。

1.3.2 样品处理 取茶样10 g，加液氮研磨，过40目筛，用锡箔纸密封，保存于-20℃冰箱中。

1.3.3 顶空固相微萃取法提取挥发性成分 称取5 g磨碎茶样于15 mL萃取瓶中，依次加入2 g Na2SO4、磁力转子、5 mL沸腾蒸馏水，锡箔纸封口，置于磁力搅拌器上。70 ℃水浴下平衡10 min，顶空萃取30 min后，于气相色谱仪进样口250 ℃解析3 min。

1.3.4 GC-MS条件 气相色谱条件：DB-5MS弹性石英毛细管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；进样口温度为250 ℃；传输线230 ℃；柱温起始为40 ℃，保持2.5 min，以3 ℃/min 升至180 ℃，保持1 min，再以10 ℃/min 升至230 ℃，保持3 min；载气为高纯氦气，纯度>99.999%，流速1 mL/min；不分流进样。

质谱条件：离子源EI，电子能量70 eV，离子源温度240 ℃，四极杆温度240 ℃，转接口温度240 ℃，质量扫描范围为35～400 m/z。发射电流100 μA，检测电压1.4 kV。

1.3.5 保留指数测定 各香气成分保留指数的计算公式如下：

RI=100n+200×(RTx-RTn)/ (RTn+2-RTn)

式中，RI是该物质的保留指数；n是其紧邻前一碳标的原子数；RTx是其保留时间；RTn是其紧邻前一碳标的保留时间；RTn+2是其紧邻后一碳标的保留时间。

1.3.6 数据处理 利用随机Xcalibur工作站NIST2008标准谱库自动检索各组分(参考正反匹配度大于800)，参照文献[5,11,12,18-24]及标准谱图对机检结果进行核对和确认，按面积归一化法(组分峰面积占总峰面积的百分比)[5]计算各组分的相对含量。用Microsoft Excel 2007、SPSS 20.0、SIMCA-P+11对试验数据进行分析。

2 结果与分析

2.1 汉中仙毫主要香气物质组成

采用SPME富集挥发性化合物，进行GC-MS分析，根据正构烷烃保留指数、质谱数据及参考文献，12个样品中共鉴定出85种挥发性化合物(表1)。由表1可知，所检出的挥发性成分中，有醇类22种、醛类12种、酮类6种、酯类15种、萜烯类9种、烷烃类14种、芳香族类5种、烃类26种、酚类2种、酸类1种、甲氧基类化合物1种。

挥发性成分庚醛、芳樟醇、芳樟醇氧化物、3,4-二甲基苯甲醛、2,6,11-三甲基十二烷、茉莉酮、香叶基丙酮、2,6,10-三甲基十四烷、2,4-二叔丁基苯酚、肉豆蔻酸乙酯、邻苯二甲酸庚烷-4-醇异丁酯、丁基十四烷基酯、棕榈酸乙酯、十五酸乙酯在所有样品中均检测出，可看作仙毫挥发性物质的基本组分。此外，挥发性成分棕榈酸乙酯(9.13%～28.56%)、2,4-二叔丁基苯酚(4.32%～9.33%)、肉豆蔻酸乙酯(0.75%～3.12%)、十五酸乙酯(0.84%～3.03%)、茉莉酮(1.23%～8.03%)、3,4-二甲基苯甲醛(5.80%～19.83%)、芳樟醇(1.23%～4.68%)、香叶醇(0～2.76%)等在所检出成分中比重较大，对仙毫香气的形成有重要影响。

2.2 汉中仙毫聚类分析

通过SIMCA-P+11软件对12个仙毫样品进行层次聚类分析，图1中，纵坐标表示通过计算所得样本点间的距离。由图1可知，样品可以分为3类，设样品L1～L4为A类，采自西乡和镇巴，L5～L8为B类，采自宁强和勉县，L9～L12为C类，采自南郑和城固。其中，西乡和镇巴接壤，当地气候环境接近，加工工艺类似，宁强和勉县、南郑和城固亦是如此，由此可知，所选样品香气品质具有显著的地域性差异，这可能与当地气候环境及加工工艺不同等有关。因此，聚类分析对汉中仙毫产地来源的分析研究有重要意义。

从分析结果(表1、图2)可以看出，样品挥发性物质组成差异不大，但各物质相对含量分布有较大差异。所鉴定出的各类化合物相对含量分别占其提取物总量的平均值为：A类(82.08 %)>C类(76.24%)>B类(73.64%)，其中醇类平均含量为C类(11.42%)>A类(11.05%)>B类(10.39%)；酯类C类(29.44 %)>A类(23.66%)>B类(18.69%)，碳氢化合物B类(15.27%)>A类(10.57%)>C类(6.31 %)，醛类B类(18.89%)>A类(13.61 %%)>C类(7.36%)，这几类挥发性成分相对含量较高，是汉中仙毫挥发性物质中的主要组分，发挥重要作用。

图1 汉中仙毫样品聚类分析图Fig.1 Cluster analysis in Hanzhong Xianhao green tea samples

图2 汉中仙毫香气组分对比结果Fig.2 Comparison of volatile constituents Hanzhong Xianhao green tea samples

2.3 主成分分析

1-戊烯-3-醇、罗勒烯、(E)-2-辛烯-1-醇、辛酸乙酯等仅在少量样品中检测出，并不能诠释汉中仙毫普遍的香气特征。因此本试验选取12个茶样的2/3即8个样品均检出44种芳香物质，如表1、表2所示。为确定仙毫香气的特征性成分，以12个茶样共检出的44种香气物质含量构成12×44的矩阵，由SPSS 20.0软件分析，按照剔除最小特征值的主成分中所对应最大特征向量的变量的原则，一次剔除一个变量，余下变量再进行主成分分析[24]。经有限次剔除后保留9种香气成分：芳樟醇氧化物I、芳樟醇、(-)-α-荜澄茄油烯、茉莉酮、肉豆蔻酸乙酯、13-甲基十四烷酸乙酯、丁基十四烷基酯、棕榈酸乙酯、十五酸乙酯。其中酯类5种，醇类2种，1种酮类和1种烯类。

表2 8种样品共检出的芳香物质Table 2 The common aroma component detected in 8 or more tea samples

从由表3可知，前2个主成分的特征值大于1，第一主成分的方差贡献率52.045%，第二主成分贡献率33.915%，其累计贡献率达85.961%，保留了原始变量的信息，所以提取前2个主成分分析。

由前2个主成分所对应的特征向量(表4)可知，第一主成分F1=-0.200X10-0.182X12-0.861X18-0.162X19+0.931X32+0.960X37-0.339X39+0.868X41+0.937X42，单独说明所有茶样在这9个香气成分上总信息的52.045%，主要代表酯类和烯类；第二主成分F2=0.853X10+0.888X12-0.001X18+0.910X19+0.031X32+0.056X37-0.908X39-0.326X41-0.285X42，单独说明所有茶样在这9个香气成分上总信息的33.915%，主要代表醇类和酮类，由此说明，以上9个香气成分为汉中仙毫样品的主要特征性香气物质。

表3 特征值与累计贡献率Table 3 Eigenvalues and contribution ratio

以不同特征值的方差贡献率βi(i=1,2…,k)为加权系数，利用综合评价函数F=β1F1+β2F2+…+βkFk计算各样本得分[25-26]，结果如表5所示。由模型计算的得分得出，茶样L9香气品质最好，其次是茶样L10和L12，再次是茶样L1和L11，L2～L5相对较好，L6～L8相对较差。整体而言，3类茶叶香气品质排序为：C类>A类>B类，A类表现为嫩香，B和C类较为接近，大多表现为清香。对照传统感官审批评分及评语可知，2种评价结果基本一致。这一结果进一步说明，用于主成分分析的9个香气成分为汉中仙毫的主要特征性香气物质。

由主成分分析的结果，结合聚类分析(图1)，表明12个仙毫样品的香气品质和香型也被分离开。可见，聚类分析可以为汉中仙毫香气品质等级和香型的划分提供较为科学的参考依据。

表4 前2个主成分特征向量Table 4 Eigenvector associated with the first 2 principal components

3 讨 论

本试验选用汉中3个茶树种植面积较大、产量较高的产茶县共12个汉中仙毫样品，根据产地不同分为A类、B类、C类，其香气成分涉及醇、酯、醛、酮、酚、酸等，同时芳香族化合物及萜烯类风味物质等碳氢化合物存在较为丰富和广泛，这与以往研究相符[5,11-12,18-21]。其中C类样品醇类和酯类含量最高，A类次之，B类最低；碳氢化合物A类最高，醛类B类最高。参考主成分结果(香气品质C类>A类>B类)可知，醇类和酯类是汉中仙毫香气形成的主导成分，其次是碳氢化合物等。

通过对2/3以上样品中共同检测出的44种香气成分进行主成分分析，得出汉中仙毫9种主要香气特征成分：氧化芳樟醇、芳樟醇、(-)-α-荜澄茄油烯、茉莉酮、肉豆蔻酸乙酯、13-甲基十四烷酸乙酯、丁基十四烷基酯、棕榈酸乙酯、十五酸乙酯；利用综合评价函数F=β1F1+β2F2+…+βkFk对不同样品香气进行质量评价，样品香气品质C类>A类>B类，评价结果与传统感官审评结果基本一致。结合聚类分析，汉中仙毫样品的香气品质具有显著地域性差异，聚类分析可以为其产地来源和香气品质等级的划分提供较为科学的参考依据。

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(责任编辑：史亚歌 Responsible editor:SHI Yage)

Evaluation of Aroma Components in Hanzhong Xianhao Green Tea .

LI Weifang,ZHANG Ya,XIAO Bin,CHEN Liangchao and RAN Longgui.

(College of Horticulture, Northwest A&F University, Yangling Shaanxi 712100, China)

The aroma components of 12 representative Hanzhong Xianhao green tea samples from six major tea producing counties in Hanzhong, Shaanxi were extracted by HS-SPME and analyzed by GC-MS. About 85 different compounds were isolated and identified from samples. The samples are divided into three categories by cluster analysis. Based on principal component analysis, a model for evaluating aroma quality was established, the main components of Hanzhong green tea were linalool oxide I,linalool, à-cubebene,2-cyclopenten-1-one, 3-methyl-2-(2-pentenyl)-, (Z)-, tetradecanoic acid,phthalic acid,butyl tetradecyl ester,ethyl ester, Ethyl 13-methyl-tetradecanoate,phthalic acid, butyl tetradecyl ester,hexadecanoic acid, ethyl ester, pentadecanoic acid,ethyl ester.The evaluation result was basically consistent with conventional sensory evaluation.The aroma quality was in the order:category C>category A>category B．

Hanzhong Xianhao green tea；Volatile components；Head-space solid-phase micro-extraction(HS-SPME)；Gas chromatography-mass spectrometer(GC-MS)； Principal component analysis；Cluster analysis

2016-05-09 Returned 2016-05-25

National Tea Industry Technical System(No.CARS-23);Shaanxi Province Sciecne and Technology Co-ordination Project Problem Bidding(No.2013KTZB-02-01).

LI Weifang,female,master student.Research area:processing and aroma components of tea.E-mail:1219511294@qq.com

XIAO Bin,male,professor,master supervisor.Research area:physiological ecology of tea plant.E-mail:1647785720@qq.com

日期：2017-06-29

网络出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1220.S.20170629.1108.032.html

2016-05-09

2016-05-25

国家茶叶产业技术体系项目(CARS-23)；陕西省科技统筹工程计划难题招标项目(2013KTZB-02-01)。

李卫芳，女，硕士研究生，研究方向为茶叶加工及香气成分。E-mail: 1219511294@qq.com 通信作者：肖 斌，男，教授，硕士生导师，主要从事茶树生理生态研究。E-mail：1647785720@qq.com

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1004-1389(2017)07-1068-09