王鵬杰，張丹丹，邱曉紅，楊國一，王文震，葉乃興*

（1.福建農(nóng)林大學(xué)園藝學(xué)院/茶學(xué)系、福建省高等學(xué)校重點實驗室，福州350002；2.武夷山香江茶葉有限公司，武夷山354300）

基于GC-MS和電子鼻技術(shù)的武夷巖茶香氣分析

王鵬杰1，張丹丹1，邱曉紅1，楊國一1，王文震2，葉乃興1*

（1.福建農(nóng)林大學(xué)園藝學(xué)院/茶學(xué)系、福建省高等學(xué)校重點實驗室，福州350002；2.武夷山香江茶葉有限公司，武夷山354300）

采用頂空固相微萃取結(jié)合氣-質(zhì)聯(lián)用（HS-SPME-GC-MS）技術(shù)和電子鼻技術(shù)對大紅袍、鐵羅漢、白雞冠、奇蘭等4個品種的武夷巖茶香氣成分進行分析。結(jié)果表明，從大紅袍、鐵羅漢、白雞冠、奇蘭中鑒定出香氣成分分別為59、55、62、58種，以醇類、烯類、酯類和碳?xì)浠衔餅橹鳌ｋ娮颖菣z測結(jié)果顯示，4個巖茶品種揮發(fā)性香氣組分差異較明顯，采用電子鼻技術(shù)可以進行有效區(qū)分，這一結(jié)果和頂空固相微萃取氣質(zhì)分析香氣成分結(jié)果基本一致。本研究結(jié)果將為不同品種巖茶的鑒別以及質(zhì)量控制提供參考。

武夷巖茶；氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)；電子鼻；香氣分析

武夷巖茶產(chǎn)于閩北“秀甲東南”的名山武夷山，其茶品質(zhì)獨特，未經(jīng)窨花，茶湯卻有濃郁花香，飲時甘馨可口，回味無窮。林馥泉曾記載，武夷巖茶香氣須具有綠茶之清香與紅茶之熟氣其香氣愈強愈佳，且清新幽遠者為上品，缺此不能稱佳品。武夷巖茶具有特殊的巖韻，巖韻指在香味方面具有特殊品種香味特征，為武夷巖茶特有[1]，對武夷巖茶而言，香氣是評定品質(zhì)的重要指標(biāo)。

武夷山產(chǎn)茶歷史悠久，茶樹種質(zhì)資源極為豐富，素有“茶樹品種資源王國”之稱，在對武夷巖茶的香氣研究中，對武夷肉桂、武夷水仙等品種香氣研究較多[2-7]，但是對其它品種的香氣還較少。本文以4個品種大紅袍、鐵羅漢、白雞冠、奇蘭制成的武夷巖茶為研究對象，采用頂空固相微萃取結(jié)合氣-質(zhì)聯(lián)用（HS-SPME-GC-MS）技術(shù)對這4個品種的香氣物質(zhì)進行成分鑒定和分析，并利用電子鼻系統(tǒng)對整體香氣物質(zhì)進行識別和區(qū)分，旨在探究這4個巖茶品種的理化特性，為進一步拓展武夷巖茶香氣物質(zhì)的研究和應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試茶樣為不同品種的武夷巖茶（大紅袍、鐵羅漢、白雞冠、奇蘭，為2016年春茶），由武夷山香江茶業(yè)有限公司提供。

1.2 主要儀器

Agilent 7890A/5975C GC-MS聯(lián)用儀，美國安捷倫公司；iNose型電子鼻，上海昂申智能科技有限公司；85μm PDMS固相萃取頭，美國Supelco公司

1.3 方法

1.3.1 樣品處理

GC-MS：通過粉碎機粉碎供試茶樣，稱取各個品種樣品3g于60mL頂空萃取瓶中，將其置于80℃恒溫水浴鍋中平衡，同時將裝有85μm PDMS固相萃取頭（試驗前先將其置于270℃柱溫下老化30min）的手動進樣器垂直插入瓶蓋正上方進行頂空萃取60min，然后迅速對所富集香氣進行解吸附和GC-MS分析。

電子鼻樣品前處理：稱取3g樣品于60mL頂空瓶中密封，然后置于60℃鼓風(fēng)干燥箱中平衡30min，用于電子鼻檢測，每個巖茶品種的樣品設(shè)置5個平行。

1.3.2 檢測條件

GC條件：DB-17ms（30m×250μm×0.25μm）毛細(xì)管色譜柱；進樣口溫度250℃，GC-MS接口溫度280℃；升溫程序：起始柱溫50℃保持5min，以3℃/min的速度升至165℃，不保持，再以5℃/min的速度升至250℃，并在250℃保持1min；載氣氦氣，流速1L/min；手動進樣，不分流，進樣后推出萃取頭，250℃解析5min。

MS條件：EI離子源，電離能69.9ev；離子源溫度230℃，四級桿溫度150℃；掃描質(zhì)量范圍10～350amu。

iNose電子鼻10個傳感器對應(yīng)揮發(fā)性物質(zhì)及其檢測條件參考相關(guān)文獻并改進[8]：檢測時間120s，氣體流量0.8L/min，等待間隔時間10s，清洗時間120s。

1.4 數(shù)據(jù)處理

GC-MS數(shù)據(jù)檢測結(jié)果通過NIST11譜庫進行檢索并結(jié)合文獻[9-17]進行定性分析。各組分相對含量按照峰面積歸一化法計算。

電子鼻測定結(jié)果利用MATLAB軟件進行線性判別式分析（LDA）和主成分分析（PCA）。

2 結(jié)果與分析

2.1 基于HS-SPME-GC-MS的武夷巖茶香氣分析

4個品種共檢測出香氣化合物106種，包括醇類12種，醛類13種，酮類8種，酯類23種，烯類13種，碳?xì)漕?7種，其它類物質(zhì)（酚類、酸類、雜氧化合物、含氮化合物等）20種。各香氣物質(zhì)種類在4個巖茶品種樣品中所占的相對含量如圖1所示，4個樣品中醇類化合物、烯類化合物、酯類化合物、碳?xì)浠衔锏暮慷急容^高。其中大紅袍、奇蘭2個品種香氣成分中醇類化合物含量最高，其含量分別為36.18％和30.25％；鐵羅漢、白雞冠2個品種香氣成分中烯類化合物含量最高，其含量分別為30.16％、27.78％。

圖1 4個巖茶品種香氣組分的比較分析

對4個品種制作的武夷巖茶樣品的香氣成分按各成分的百分比含量進行匯總分析，提取相對含量較高的前25種香氣成分，如表1所示。在這排名前25的香氣成分占香氣組分的總百分比中，大紅袍為91.64％、鐵羅漢為85.75％、白雞冠為90.46％、奇蘭為88.22％，占香氣組分的極大部分。

從主要香氣成分種類上看，4個品種的主要香氣成分相似，共同擁有的香氣成分包括橙花叔醇、α-法尼烯、（Z）-己酸-3-己烯酯、（E，E）-2，4-庚二烯醛、吲哚、苯甲酸葉醇酯、苯乙腈、十六烷、十四烷等；此外，4個巖茶品種在香氣組成上各有特征，每個樣品中檢測到的香氣種類和香氣總量都有所差異。根據(jù)茶葉的揮發(fā)性物質(zhì)可知，橙花叔醇具花木香和水果香韻，香氣持久，α-法尼烯、金合歡烯、羅勒烯等以花香為主，（Z）-己酸-3-己烯酯有帶玫瑰香的薄荷油香味，（E，E）-2，4-庚二烯醛帶有清香、醛香，吲哚在低濃度時具茉莉花香，苯甲醛以苦杏香和堅果香為主，苯甲酸葉醇酯、異戊酸苯乙酯、丁酸苯乙酯、苯甲酸己酯等以甜香和花果香為主，苯乙醇、水楊酸甲酯、苯乙腈具微甜香、花香的香氣特征，雪松醇具有溫和的杉木花香，香葉醇具有溫和、甜的玫瑰花香，β-紫羅蘭酮具紫羅蘭香氣，α-柏木烯具柏木香、檀香，甜瓜醛具強烈的新鮮甜瓜似的香氣，2-乙酰基吡咯具烘炒香，己酸己酯具豆香和果香，其它烷烴類等揮發(fā)性物質(zhì)的香氣特征則不明顯。

從主要香氣成分含量上看，4個品種的香氣成分含量中最高的2個都是橙花叔醇與α-法尼烯，其中大紅袍與奇蘭的橙花叔醇（31.47％與27.97％）含量最高，α-法尼烯（19.71％與18.29％）次之；而鐵羅漢、白雞冠中α-法尼烯（24.99％與26.42％）含量最高，橙花叔醇（17.81％與25.72％）次之。

表1 4個巖茶品種香氣成分含量排名前25的百分比含量（％）

2.2 基于電子鼻的武夷巖茶香氣分析

2.2.1 對武夷巖茶的電子鼻傳感器優(yōu)化分析

對不同品種的電子鼻檢測結(jié)果分別取平均值，得到10個傳感器響應(yīng)值與4個品種之間的關(guān)系如表2所示，S1、S2這2個傳感器的響應(yīng)值高于其它的傳感器，S6、S8、S10這3個傳感器的響應(yīng)值次高，其它5個傳感器的響應(yīng)值都比較低。4個品種在S1、S2、S5、S6、S7、S8、S9、S10這8個傳感器中響應(yīng)值相差均極顯著，傳感器S4相差顯著，而傳感器S3相差不顯著，說明在分析各個品種香氣上，S3的參考性較小，應(yīng)優(yōu)先選擇其它9個傳感器。

通過傳感器作用分析，如圖2所示，可以得出10個傳感器分別對樣品PCA(主成分分析)的貢獻作用。其中，S1、S2傳感器投影到第一主成分（橫軸），第二主成分（縱軸）的距離值明顯大于其它傳感器，說明S1、S2傳感器對主成分一和主成分二的貢獻最大。另外，S4、S6、S7傳感器對第一主成分的貢獻和S6、S10、S7傳感器對第二主成分的貢獻僅次于S1、S2，貢獻依次遞減。S5、S8、S9、S10傳感器對香氣主成分的貢獻較低。

表2 不同巖茶品種的電子鼻傳感器響應(yīng)均值

圖2 電子鼻10個傳感器的作用分析

響應(yīng)均值分析和傳感器作用分析表明，10個傳感器對樣品的響應(yīng)值都不同，由響應(yīng)均值分析得出4個品種在大部分傳感器中差異極顯著，各個傳感器的主成分貢獻率差異明顯，據(jù)此對傳感器進行選擇優(yōu)化，可使電子鼻得到的結(jié)果更為準(zhǔn)確。綜上所述，選擇S1、S2、S4、S6、S7、S10這6個傳感器的響應(yīng)值進行PCA。

2.2.2 基于電子鼻的武夷巖茶4個品種PCA分析

對4個巖茶品種電子鼻響應(yīng)值進行PCA分析，由圖3可知，主成分1貢獻率為90.7％，主成分2貢獻率為8.4％，2個總成分的總貢獻率達到99.1％，可反映原始變量的絕大部分信息，說明PCA分析具有可行性。PCA-DI值為-40.9％，大紅袍和奇蘭，鐵羅漢和白雞冠之間互有重疊，區(qū)分效果不明顯，但是大紅袍、奇蘭與鐵羅漢、白雞冠能明顯區(qū)分開來，說明大紅袍、奇蘭與鐵羅漢、白雞冠的揮發(fā)性物質(zhì)存在差異，這與GC-MS檢測出的大紅袍、奇蘭含量最高的香氣物質(zhì)為橙花叔醇而鐵羅漢、白雞冠為α-法尼烯相互印證。

2.2.3 基于電子鼻的武夷巖茶4個品種LDA分析

LDA（線性判別式分析）是模式識別的經(jīng)典算法，其LDA-DI值越大，區(qū)分效果越好，一般認(rèn)為大于80％則區(qū)分效果顯著。由圖4可得，4個品種的LDA-DI為81.9％，相互之間都能夠明顯區(qū)分，從圖中也可以看出，4個品種之間互不重疊，區(qū)分效果較好。其中，大紅袍、奇蘭的距離較近，鐵羅漢與白雞冠的距離較近，大紅袍、奇蘭和鐵羅漢、白雞冠的距離較遠，說明，大紅袍、奇蘭和鐵羅漢、白雞冠差異較為顯著，這與PCA分析的結(jié)果相互印證。試驗結(jié)果表明：4個品種之間存在差異，大紅袍、奇蘭與鐵羅漢、白雞冠之間也有其特有的差異，具有一定的研究價值。

圖3 4個巖茶品種的PCA分析

圖4 4個巖茶品種的LDA分析

3 討論

采用HS-SPME-GC-MS的方法檢測茶樣香氣成分，大紅袍、鐵羅漢、白雞冠、奇蘭4個品種制成的武夷巖茶分別檢測出59、55、62、58種香氣成分。4個樣品中醇類化合物、烯類化合物、酯類化合物的含量都比較高。其中大紅袍、奇蘭2個品種香氣成分中醇類化合物含量最高，其含量分別為36.18％和30.25％；鐵羅漢、白雞冠2個品種香氣成分中烯類化合物含量最高，其含量分別為30.16％、27.78％。而電子鼻檢測出大紅袍、奇蘭與鐵羅漢、白雞冠的香氣物質(zhì)具有一定差異，這與GC-MS的檢測結(jié)果相互印證。

對4個品種制作的武夷巖茶進行香氣組分分析，結(jié)果顯示，大紅袍的主要特征香氣成分有：橙花叔醇、α-法尼烯、（E,E）-2,4-庚二烯醛、（Z）-己酸-3-己烯酯、吲哚、苯甲酸葉醇酯、異戊酸苯乙酯、苯乙醇、苯甲醛、金合歡烯等化合物；鐵羅漢的主要特征香氣成分有：α-法尼烯、橙花叔醇、（Z）-己酸-3-己烯酯、吲哚、苯甲酸葉醇酯、（E,E）-2,4-庚二烯醛、金合歡醇、己酸己酯、α-柏木烯、2-乙?；量?、β-紫羅蘭酮、苯甲醛、2,4己二烯、丁酸苯乙酯、5-戊基間苯二酚、水楊酸甲酯等化合物；白雞冠的主要特征香氣成分有：α-法尼烯、橙花叔醇、（E,E）-2,4-庚二烯醛、吲哚、苯甲酸葉醇酯、（Z）-己酸-3-己烯酯、苯甲醛、3,5-辛二烯-2-酮、水楊酸甲酯、2-乙?；量┑然衔?；奇蘭的主要特征香氣成分有：橙花叔醇、α-法尼烯、吲哚、（Z）-己酸-3-己烯酯、（E,E）-2,4-庚二烯醛、苯甲酸葉醇酯、金合歡烯、甲酸環(huán)己脂、己基癸醇、羅勒烯、苯甲醛、異戊酸苯乙酯等化合物。

通過電子鼻技術(shù)檢測分析4個品種的香氣。響應(yīng)均值差異性分析和傳感器作用分析表明，10個傳感器對樣品的響應(yīng)值都不同，由響應(yīng)均值分析得出4個品種在大部分傳感器中差異極顯著，各個傳感器的主成分貢獻率差異明顯，據(jù)此對傳感器進行選擇優(yōu)化選擇S1、S2、S4、S6、S7、S10這6個傳感器的響應(yīng)值進行PCA和LDA分析。這5個傳感器中，S1檢測氨氣、胺類；S2檢測硫化氫、硫化物；S4檢測酒精及有機溶劑，包括芳香烴、醇類、酯類、酮類等；S6檢測甲烷、沼氣、碳?xì)浠衔铮琒7與S10檢測烷烴類和烯烴類化合物。而4個品種的GC-MS香氣成分檢測出以醇類、酯類、烯類、碳?xì)浠衔餅橹?，因此電子鼻傳感器能較好地對武夷巖茶香氣進行響應(yīng)分析。

吳亮亮等[18]將電子鼻技術(shù)運用于不同名優(yōu)茉莉花茶的檢測區(qū)分，LDA-DI均明顯高于PCA-DI，認(rèn)為LDA法可明顯區(qū)分茉莉花茶品類。而本研究將電子鼻技術(shù)運用于4個巖茶品種的區(qū)分，對所采集的數(shù)據(jù)進行PCA和LDA分析，結(jié)果表明：LDA-DI明顯高于PCA-DI，PCA法只能對大紅袍、奇蘭與鐵羅漢、白雞冠進行區(qū)分，LDA法能明顯對4個品種進行區(qū)分。在對4個品種香氣成分含量排名前25的香氣物質(zhì)進行分析時也可以看出，除了12個共有的香氣成分外，各有其獨特的香氣成分，而且主要香氣物質(zhì)的含量高低也有不同，這正是LDA能進行區(qū)分的基礎(chǔ)。

本研究通過GC-MS分析系統(tǒng)的了解4個品種制成武夷巖茶的香氣成分組成，并且使用電子鼻技術(shù)對4個品種的香氣成分進行有效區(qū)分，這將為不同品種巖茶的鑒別以及質(zhì)量控制提供參考。

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福建省“2011協(xié)同創(chuàng)新中心”中國烏龍茶產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心專項（閩教科〔2015〕75號）、福建茶產(chǎn)業(yè)農(nóng)技推廣服務(wù)試點建設(shè)（KNJ-151001）

王鵬杰（1993-），男，碩士研究生，主要從事茶樹栽培育種與生物技術(shù)。*通信作者：ynxtea@126.com