顶空固相微萃取-气质联用法测定白茶香气成分

顶空固相微萃取-气质联用法测定白茶香气成分

白茶是中国独特的茶类。属于微发酵茶。它有饱满的外观和独特的味道。它的香气清新，汤的颜色和味道又黄又绿，味道又清晰又甜。它的制法独特,与绿茶、红茶相比,加工工序最为简单,不经揉炒,仅需长时自然萎凋和干燥两个步骤。依鲜叶嫩度不同制成的白毫银针、白牡丹、贡眉和寿眉中,白牡丹和白毫银针产量最大,是白茶的典型代表。目前,国内外关于白茶香气的研究报道较少。已有研究大都采用同时蒸馏萃取(Simultaneousdistillationextraction,SDE)法提取香精油,分析得到白茶的主要香气成分为己醛、反-2-己烯醛、苯甲醛、1-戊烯-3-醇、顺-3-己烯醇、香叶醇、苯乙醇、芳樟醇及其氧化物等,但SDE法的整个过程均在高温密闭的环境条件下进行,次生反应剧烈,人工效应产物多,所提取的茶叶香精油在一定程度上不能完全反应原料的香气特征。顶空固相微萃取(headspacesolidphasemicro-extraction,HS-SPME)法是一种集采样、萃取、浓缩、进样于一体的无溶剂样品预处理技术,具有处理时间短、不使用有机溶剂、真实反映样品中挥发性成分及组成等优点,广泛用于大气、水、土壤、食品、药品、生物材料中挥发性、半挥发性有机物的分析,在茶叶香气物质提取分析中已得到一定的应用。本文采用顶空固相微萃取(HS-SPME)和气质联用(GC-MS)法分析了白毫银针和白牡丹两种典型白茶的香气成分,并将其与由相同品种的鲜叶原料加工而成的毛峰绿茶和工夫红茶进行比较,以确定白茶的主要香气成分,为进一步研究白茶的品质化学提供理论依据。1材料和方法1.1材料和工艺样品美国Parafilm®M封口膜、自制改良顶空瓶(容积150mL的玻璃试验瓶)、HH-2型可控数显恒温水浴锅(金坛市江南仪器厂生产)、艾科浦ACDO-0005-U型高端纯水系统(重庆艾科浦公司生产)、FA2004电子天平(上海精密科学仪器有限公司生产)、手动SPME进样器和65µmPDMS/DVB固相微萃取头(均由美国Supelco公司制造)、AgilentGC-MS(6890N-5973)气质联用仪。白毫银针、白牡丹、毛峰绿茶和工夫红茶均由福鼎大毫茶鲜叶加工而成,其中白毫银针原料为单芽,白牡丹、毛峰绿茶和工夫红茶原料为一芽二叶。白毫银针和白牡丹的加工工艺为:鲜叶置于室内自然萎凋,温度为30~32℃,相对湿度为65%~70%,萎凋时间为28~30h,干燥温度为100℃;毛峰绿茶和工夫红茶加工工艺参照烘青和工夫红茶标准工艺。1.2基于专家身份的感官评价分别称取白毫银针、白牡丹、毛峰绿茶和工夫红茶样各3.00g,150mL沸水冲泡,静置5min之后,由5名具有评茶资格的评茶员进行密码审评,重点评其香气,给出评语及评分以反映其香气感官品质特征。1.3样品的制备分别称取白毫银针、白牡丹、毛峰绿茶和工夫红茶样各10.00g,加入自制的改良萃取瓶,30mL沸水冲泡,四氟乙烯密闭瓶口后,立即放入60℃水浴锅中平衡5min,然后插入装有65µmPDMS/DVB萃取头(实验前先将此萃取头老化5min)的手动进样器在水浴条件下顶空萃取,萃取60min后,取出后立即插入色谱仪进样口中,解吸附3.5min,同时启动仪器收集数据。每个样品重复检测3次。1.4设置高纯血气流气现载气模型GC条件:采用HP-5MS弹性石英毛细管柱(30m×0.25mm×0.25µm);进样口温度为250℃、ECD检测器温度为250℃;载气为高纯氦气,纯度>99.999%,流速1mL/min;柱温起始为50℃,保持5min,以3℃/min升至210℃,保持3min,再以15℃/min升至230℃,不分流进样。MS条件:离子源EI,离子源温度230℃,电子能量70eV,发射电流34.6µA,四极杆温度150℃,转接口温度280℃,电子倍增器电压350V,质量扫描范围为35~400amu。1.5确定各组分峰面积及其相对含量由GC-MS分析得到的质谱数据经计算机在NIST98.L标准谱库的检索,并结合相关文献核对,确定其化学成分,同时采用峰面积归一化法定量,得到各组分的相对含量(组分峰面积占总峰面积的百分比);再结合保留时间、质谱、实际成分和保留指数等参数进一步确定部分组分。2结果与分析2.1白牡蛎丹的加工工艺白毫银针、白牡丹、毛峰绿茶和工夫红茶样品的香气感官审评结果见表1。白毫银针和白牡丹的加工工艺基本相同,均经过萎凋和干燥制作而成,香气较接近,均表现出毫香的特点,白毫银针的香气更为清鲜。而毛峰绿茶经高温杀青和烘焙,板栗香较浓,工夫红茶经萎凋、揉捻、发酵等工艺,表现出花果香的品质特点,与白茶相比存在明显差异。2.2毛峰绿茶中挥发性化合物的组成图1~图4分别是白毫银针、白牡丹、毛峰绿茶和工夫红茶香气成分的总离子流色谱图,其香气成分的定性和定量结果见表2。在白毫银针样品中共鉴定出52种挥发性化合物,含量占提取物总量的93.16%,主要成分是β-芳樟醇(31.20%)、香叶醇(23.47%)、苯乙醇(7.06%)、水杨酸甲酯(5.87%)、芳樟醇氧化物Ⅱ(2.33%)、苯甲醇(2.02%)、β-紫罗酮(1.96%)、2,6-二叔丁基对甲苯酚(1.57%)、β-香叶烯(1.43%)、十六烷(1.19%)、2-甲基萘(1.14%)、芳樟醇氧化物Ⅰ(1.05%)、香叶醛(1.04%)、芳樟醇氧化物Ⅳ(1.00%)等。在白牡丹样品中共鉴定出54种挥发性化合物,含量占提取物总量的92.01%,主要成分是β-芳樟醇(24.26%)、香叶醇(11.94%)、水杨酸甲酯(10.72%)、苯乙醇(6.80%)、芳樟醇氧化物Ⅱ(5.31%)、2,6-二叔丁基对甲苯酚(3.21%)、芳樟醇氧化物Ⅰ(3.03%)、苯甲醇(2.71%)、芳樟醇氧化物Ⅳ(2.26%)、2-甲基萘(2.01%)、β-紫罗酮(1.50%)、十四烷(1.33%)、α-雪松烯(1.30%)、十六烷(1.12%)、β-香叶烯(1.05%)等。毛峰绿茶共鉴定出55种挥发性化合物,含量占提取物总量的85.08%,主要成分是β-芳樟醇(14.10%)、2-甲基萘(8.25%)、α-雪松烯(4.04%)、2,6-二叔丁基对甲苯酚(2.98%)、水杨酸甲酯(2.95%)、石竹烯(2.64%)、十四烷(2.49%)、香叶醇(2.46%)、芳樟醇氧化物Ⅰ(2.33%)、苯甲醇(2.28%)、十六烷(2.21%)、苯乙醇(2.00%)、萘(1.93%)、1-亚乙基-1-氢茚(1.77%)、芳樟醇氧化物Ⅱ(1.75%)、1-二十烷醇(1.74%)、吲哚(1.73%)、二苄醚(1.68%)、壬醛(1.58%)、β-紫罗酮(1.57%)、δ-杜松烯(1.57%)、2,4,5-三甲基苯乙酮(1.53%)、苯甲醛(1.51%)、β-香叶烯(1.37%)、十五烷(1.33%)、顺-茉莉酮(1.02%)、二苯呋喃(1.02%)、β-榄香烯(1.01%)等。工夫红茶共鉴定出55种挥发性化合物,所鉴定出的化合物含量占提取物总量的86.63%,主要成分是β-芳樟醇(13.69%)、香叶醇(11.78%)、苯乙醇(7.01%)、水杨酸甲酯(3.52%)、苯乙醛(3.23%)、β-紫罗酮(3.08%)、苯甲醇(3.07%)、2-甲基萘(2.80%)、芳樟醇氧化物Ⅱ(2.64%)、芳樟醇氧化物Ⅳ(2.20%)、β-香叶烯(2.03%)、芳樟醇氧化物Ⅰ(1.82%)、十六烷(1.78%)、壬醛(1.74%)、α-雪松烯(1.70%)、十四烷(1.51%)、2,6-二叔丁基对甲苯酚(1.29%)、α-亚乙基苯甲醛(1.28%)、δ-杜松烯(1.22%)、β-环柠檬醛(1.13%)等。2.3化合物成分及优化按有机化学分类方法,茶叶的香气成分主要可分为醇类、醛类、酮类、酸类、酯类、酚类、碳氢类、含氮化合物、杂氧化合物等。将白毫银针、白牡丹与毛峰绿茶和工夫红茶香气组分进行对比,结果表明存在明显差异(表2)。白毫银针和白牡丹的醇类化合物分别占各自香气提取物总量的70.74%和60.13%,明显高于毛峰绿茶(27.56%)和工夫红茶(45.30%)。白茶中β-芳樟醇及其氧化物、香叶醇、苯乙醇、苯甲醇的含量较高,构成了其醇类物质的主体。白毫银针和白牡丹的醛类化合物分别占各自香气提取物总量的2.40%和2.27%,低于毛峰绿茶(4.38%)和工夫红茶(9.84%)。毛峰绿茶中以壬醛(1.58%)和β-环柠檬醛(1.00%)为主,工夫红茶中苯乙醛(3.23%)、壬醛(1.74%)、α-亚乙基苯甲醛(1.28%)、β-环柠檬醛(1.13%)含量较高。白毫银针和白牡丹的酮类化合物含量较低,只占各自香气提取物总量的2.94%和2.55%;毛峰绿茶的酮类化合物含量为7.23%,检出了白茶和工夫红茶中未检出的2,4,5-三甲基苯乙酮(1.53%)、顺-茉莉酮(1.02%)和2-甲基-6-亚甲基-1,7-辛二烯-3-酮(0.90%)等香气成分;工夫红茶的酮类化合物含量为4.87%,其中β-紫罗酮(3.08%)的含量明显高于其他两种茶类。酸类化合物,仅有工夫红茶中检出戊酸这一种香气成分,占其香气提取物总量的0.49%。白毫银针和白牡丹的酯类化合物含量为6.77%和11.45%,均高于毛峰绿茶(3.92%)和工夫红茶(6.26%),这是由于白毫银针和白牡丹中水杨酸甲酯的含量较高,分别占各自香气提取物总量的5.87%和10.72%。白毫银针、白牡丹、毛峰绿茶和工夫红茶4个样品的酚类物质均只检出2,6-二叔丁基对甲苯酚这一种香气成分,分别占各自香气提取物总量的1.57%、3.21%、2.98%和1.29%。白毫银针和白牡丹的碳氢类占各自香气提取物总量的9.21%和12.40%;毛峰绿茶的碳氢类占其香气提取物总量的33.92%,其中的2-甲基萘(8.25%)、α-雪松烯(4.04%)、十四烷(2.49%)、萘(1.93%)、1-亚乙基-1-氢茚(1.77%)等成分含量较高;工夫红茶的碳氢类占其香气提取物总量的17.57%。含氮化合物在白毫银针中未检出,白牡丹中仅占0.12%,而在毛峰绿茶和工夫红茶中分别占各自香气提取物总量的2.15%和1.22%,其中毛峰绿茶的吲哚含量较高(1.73%)。杂氧化合物和含硫化合物在白毫银针、白牡丹和工夫红茶中均未检出,而毛峰绿茶中杂氧化合物含量为2.70%,检出二苄醚(1.68%)和二苯呋喃(1.02%)这两种香气成分,含硫化合物则仅检出2-丁基四氢噻吩这一种香气成分,含量为0.41%。因此,通过以上对比发现,白毫银针、白牡丹这两种白茶的香气组成比例和香气成分种类、含量较为接近,而与毛峰绿茶和工夫红茶差异较大。β-芳樟醇及其氧化物、香叶醇、水杨酸甲酯、苯乙醇、苯甲醇等是白茶香气的主要成分,分别占白毫银针香气提取物总量的35.70%、23.47%、5.87%、7.06%、2.02%和白牡丹香气提取物总量的35.40%、11.94%、10.72%、6.80%、2.71%。3白茶的香气成分本实验采用顶空固相微萃取(HS-SPME)法提取并分析得到白茶香气的主要成分为β-芳樟醇及其氧化物、香叶醇、水杨酸甲酯、苯乙醇、苯甲醇等,与过去同时蒸馏萃取(SDE)法萃取得到的白茶香精油成分差异较大,前者分析得到的主要组分为醇类,后者则以醛类为主,主要为己醛、反-2-己烯醛等化合物,这可能是SDE法次生反应剧烈、醇类等发生氧化和降解的结果。决定某种茶类的香型可能由一种或几种香气成分起主导作用,其余起协调支配作用,是内含各种相同成分比例不同的综合反映。在白茶中,具有花果香的β-芳樟醇及其氧化物、香叶醇等醇类成分占多数,此外,还有较多数量的具有天然冬青油特征香气的水杨酸甲酯等芳香族化合物,推测正是这些香气成分相互组合,构成了白茶特有的毫香清鲜的香型特征。但由于各种香气成分的阈值不同,含量多的成分并不一定对其香型的贡献就较大。因此今后的实验中还有待结合较先进的仪器Olfactometry在线嗅闻检测仪等进行进一步判定。白茶香气感官审评上的突出特点是毫香清鲜,与之对应的是成分组成上醇类化合物含量较高。白茶的萎凋时间较长,鲜叶在失水条件下,以糖苷形式存在的结合型香气物质与其水解酶接触,使糖苷类化合物如β-芳樟醇、香叶醇等含量增加,其中β-芳樟醇高达香气总量的1/4,这可能是白茶具有毫香清鲜香气品质的主要物质基础;一些大分子物质如脂肪、蛋白质和多糖等在萎凋过程中趋于水解,其水解产物为形成各种香气物质提供了先质,与C6-醇、醛等生成有关的亚麻酸、脂氧合酶及醇脱氢酶等在此过程中发挥了重要作用,使反-3-己烯-1-醇、顺-3-己烯-1-醇、顺-3-壬烯-1-醇和芳香族化合物等香气物质不断生成;白茶的干燥温度较低,多数香气成分得以保留。芳香族中含量较高的有苯甲醇、苯乙醇、水杨酸甲酯,其中苯甲醇有微弱的苹果香气,苯乙醇具有柔和的玫瑰花香香气,水杨酸甲酯具有冬青油的特殊香气,这些香气成分可能使白茶感官上呈现清鲜的香气特征。而白毫银针香气在感官审评上比白牡丹更为清鲜,成分组成上以β-芳樟醇和香叶醇为主体的醇类物质含量要高于白牡丹,这些可能与二者原料嫩度差异有关。毛峰绿茶由于经过高温杀青和干燥,一些低沸点成分得以挥发,同时,糖类、氨基酸、果胶水解产物等物质,经过单独反应或相互作用发生M