何理琴,王彩楠,倪 莉,陳福城,張 晨,張 雯,劉志彬

(福州大學食品科學技術研究所,福建省食品生物技術創(chuàng)新工程技術研究中心,福建 福州 350116)

0 引言

正山小種盛產于福建武夷山地區(qū),它以茶葉的嫩葉或芽尖為原料,經充分發(fā)酵后再由松木熏制而成,是一種典型的紅茶類別. 它具有香氣濃郁、滋味豐富、耐泡度高的特點,在多次沖泡后依然保持較為強烈的香氣.

茶葉的香氣特征與其揮發(fā)性成分的組成有直接關系. 目前,已有大量的研究報道紅茶的揮發(fā)性香氣成分,其組成主要包括醇類、醛類、酸類、酯類、酮類、內酯、萜烯等[1]. 紅茶種類較多,各類紅茶的揮發(fā)性香氣組分有一定差異,據Yao等[2]的研究表明,愈創(chuàng)木酚、4-甲基愈創(chuàng)木酚、4-乙基愈創(chuàng)木酚等為正山小種的特征性香氣成分. 此外,茶葉的香氣特征還與揮發(fā)性成分的釋放情況有關. 在傳統沖泡過程中,揮發(fā)性香氣成分的釋放通常與浸提時間、水溫以及浸提次數等因素有關. 王華夫[3]探究了沖泡次數對祁門紅茶和烏龍茶香氣組成與香氣成分總量的影響,結果表明在連續(xù)3次,每次5 min沸水浸提下紅茶的香氣成分所剩無幾. 但對于正山小種的揮發(fā)性香氣成分在多次沸水浸提下的釋放規(guī)律,目前還鮮有報道.

基于此,本研究以正山小種為原料,經過連續(xù)12次沸水浸提分別獲得其茶湯,然后采用頂空固相微萃取(HS-SPME)結合氣相色譜質譜聯用(GC-MS)技術分析正山小種的揮發(fā)性香氣組成,及其在連續(xù)12次沸水浸提下香氣成分的釋放規(guī)律. 為了便于進行連續(xù)性比較,研究僅選取1種典型煙正山小種為代表進行分析.

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

正山小種,福建武夷山國家級自然保護區(qū)正山茶業(yè)有限公司提供.

正構烷烴C7～C40購自美國o2si smart solutions公司； 氯化鈉(分析純)購自國藥集團化學試劑有限公司； 2-辛醇(純度： 98.0%)購自德國Dr Ehrensorfer公司.

1.2 儀器與設備

DF-1集熱式磁力攪拌器,金壇市鑫諾實驗儀器廠； SPME固相微萃取手柄,美國Supelco公司； 7890B 氣相色譜 和5977A 質譜,美國安捷倫科技有限公司； BL150 電子天平,德國賽多利斯公司； 50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭,美國Supelco公司.

1.3 試驗方法

1.3.1 茶湯的制備

稱取5 g正山小種茶葉,浸沒于100 mL沸水(95 ℃)1 min,然后用兩層紗布過濾得到茶湯,記為NO01； 取過濾后的茶葉,重新浸沒于100 mL沸水(95 ℃)1 min,然后用兩層紗布再次過濾,得到茶湯,記為NO02； 依次共重復12次,獲得標記為NO01～NO12的12份茶湯樣品.

1.3.2 茶香氣的萃取[4]

量取5.9 mL茶湯于15 mL樣品瓶中,加入2 g NaCl和100 μL 2-辛醇(內標體積分數： 0.062 5 mL·L-1),并將萃取頭插入到樣品瓶的頂空部分,立即置于50 ℃水浴中平衡10 min,之后推出纖維頭進行頂空吸附,萃取時間為40 min. 萃取結束后,立即將萃取頭插入GC-MS進樣口,同時開始運行程序,解析時間為5 min. 萃取頭在萃取前事先插入GC-MS進樣口,在250 ℃下老化30 min.

1.3.3 氣相色譜-質譜條件[5]

色譜條件： 色譜柱 HP-5MS毛細管柱( 30 m×0.25 μm×0.25 mm )； 升溫程序為起始溫度50 ℃,保持6 min,以2 ℃·min-1升溫至90 ℃,再以3 ℃·min-1升溫至180 ℃； 進樣口溫度250 ℃； 分流進樣,分流比20∶1(流量比)； 溶劑延遲時間3 min； 載氣He(純度： 99.999%).

質譜條件： 離子源溫度230 ℃； 四級桿溫度150 ℃； 掃描模式為全掃描； 質量掃描范圍m/z為30～550.

1.3.4 物質鑒定

揮發(fā)性物質的鑒定結果以NIST11譜庫檢索、保留指數共同鑒定. 保留指數RI[5]根據以下公式計算得到.

式中：tx為目標化合物的保留時間；n和n+1分別為目標物流出前后正構烷烴的碳原子數；tn和tn+1為相應正構烷烴的保留時間,其中,tn

1.3.5 統計學分析

將12個樣品的揮發(fā)性香氣成分鑒定結果及其相對體積分數整理成一個數組矩陣,導入R語言(Version 3.3.2)進行主成分分析(PCA),以判斷揮發(fā)性香氣成分的聚類特征.

2 結果與討論

2.1 精密度驗證

對連續(xù)12次沸水浸提獲得的正山小種茶湯, 在同一萃取條件下進行GC-MS分析. 對體積分數最高的前3種揮發(fā)性成分以及2-辛醇(內標)的保留時間進行分析,驗證該方法的精密度,結果如表1所示. 由表1數據得4種揮發(fā)性成分保留時間的變異系數CV值分別為0.035%、0.017%、0.007%、0.046%,說明該方法有較高的精密度.

表1 揮發(fā)性成分保留時間的重復性

注： “-”表示未檢出

2.2 正山小種揮發(fā)性香氣成分的鑒定

圖1 多次沸水浸提下正山小種揮發(fā)性成分的PCA分析Fig.1 PCA analysis of the volatile compounds of Lapsang Souchong under multiple times of boiling water infusing

采用HS-SPME/GC-MS對連續(xù)12次沸水浸提獲得的正山小種茶湯的揮發(fā)性物質進行分析,共檢出100種揮發(fā)性成分,結合NIST11譜庫、保留指數對各成分進行物質鑒定,其化學名稱、保留時間、保留指數和體積分數詳見附錄. 其中,酚類物質有27種(占總揮發(fā)性香氣成分的36.514% )、醇類13種(占30.319%)、醛類20種(占17.351%)、酮類16種、烴類9種、呋喃類5種、酯類和內酯3種,含氮化合物3種、其他類別4種. 在所有揮發(fā)性香氣成分中,體積分數最高的是香葉醇(占總揮發(fā)性香氣成分的19.380%),其次為4-甲基愈創(chuàng)木酚(占6.672%),之后分別為4-乙基愈創(chuàng)木酚(占5.984%)、反式-2-己烯醛(占4.151%)、4-甲基苯酚(占3.573%)、苯甲醛(占2.705%)、正己醛(占2.690%).

2.3 PCA分析正山小種多次沸水浸提下的揮發(fā)性香氣成分特征

基于GC-MS分析結果,對連續(xù)12次沸水浸提獲得的正山小種茶湯的揮發(fā)性成分進行PCA分析,結果見圖1. 其中第1主成分和第2主成分的貢獻率分別為53.76%和16.98%,累積貢獻率達到70.74%,因此用前2個主成分可基本解釋正山小種紅茶多次沸水浸提過程揮發(fā)性成分的總變異度. 由PCA圖可知,12份正山小種茶湯樣品被清晰地分成3組,這表明隨著浸提次數的增加,正山小種揮發(fā)性香氣成分的組成和體積分數發(fā)生顯著變化,并具有一定的分布規(guī)律. 據此,將12份樣品歸為3類,分別標記為Group_1(NO01～NO03)、Group_2(NO04～NO07)、Group_3(NO08～NO12). Group_1分布于載荷圖(PCA圖)的左側,Group-2位于PCA圖中的下方,而Group-3位于PCA圖的右側偏上.

2.4 正山小種揮發(fā)性香氣成分的釋放規(guī)律

圖2 多次沸水浸提下正山小種揮發(fā)性成分的數量及總體積分數Fig.2 Numbers and the total volume fraction of volatile compounds of Lapsang Souchong under multiple times of boiling water infusing

正山小種在連續(xù)12次沸水浸提下揮發(fā)性香氣成分的數量和總體積分數變化過程見圖2. 其中前3次浸提液的揮發(fā)性香氣成分的數量較多,為80～84種,總體積分數也較高,為13.153～16.039 μL·L-1； 經4～7次浸提后,茶湯的揮發(fā)性香氣成分數量降為40～60種,總體積分數為2.789～7.074 μL·L-1； 而第8～12次浸提后,茶湯的揮發(fā)性香氣成分數量僅為13～27種,總體積分數也降至0.452～1.474 μL·L-1. 12次連續(xù)沸水浸提茶湯獲得的揮發(fā)性香氣成分數量和總體積分數的變化規(guī)律與PCA結果一致.

在正山小種茶湯中有較為豐富的揮發(fā)性酚類物質,其中體積分數最高的成分為： 4-甲基愈創(chuàng)木酚、4-乙基愈創(chuàng)木酚、4-甲基苯酚. 4-甲基愈創(chuàng)木酚、4-乙基愈創(chuàng)木酚等酚類物質是煙熏類食品典型的風味成分[6],帶有獨特燒焦的松香味[2]. 隨著浸提次數的增加,這些酚類物質迅速減少. 例如,4-甲基愈創(chuàng)木酚從1.187 μL·L-1(Group_1)下降至0.230 μL·L-1(Group_2),最后僅剩0.006 μL·L-1(Group_3). 這表明正山小種中的揮發(fā)性酚類成分極易溶出,釋放速度較快.

揮發(fā)性醇類物質在正山小種茶湯中也較豐富,其中體積分數最高的成分為香葉醇. 香葉醇呈玫瑰花香[7],主要形成于加工過程中的熱處理階段[8]. 隨著浸提次數增加,香葉醇從2.383 μL·L-1(Group_1)下降為1.171 μL·L-1(Group_2),但最后依然有0.254 μL·L-1(Group_3). 在12次浸提過程中,香葉醇始終保持較高的水平,使得正山小種具有一定的“耐泡”特性.

在醛類物質中體積分數最高的前3種成分為反式-2-己烯醛、苯甲醛、正己醛,正己醛和反式-2-己烯醛是揮發(fā)性脂肪酸的衍生物,帶有特殊的青草香,苯甲醛呈麥芽香. 隨著浸提次數的增加,正己醛和苯甲醛逐漸減少,而反式-2-己烯醛則先增后減. 其中,正己醛從0.219 μL·L-1(Group_1)下降為0.151 μL·L-1(Group_2),但最后依然有0.082 μL·L-1(Group_3),經12次浸提后還保留約37.4%(體積分數)； 而反式-2-己烯醛從0.393 μL·L-1(Group_1)下降為0.282 μL·L-1(Group_2),但最后依然有0.098 μL·L-1(Group_3),經12次浸提后還保留約24.9%(體積分數). 這說明一些醛類物質在多次浸提后依然持續(xù)釋放,使得茶湯依然具有一定香氣.

與其他揮發(fā)性香氣成分不同,隨著浸提次數的增加,一些烴類物質的體積分數如蒽基本保持不變,從0.063 μL·L-1(Group_1)略降為0.062 μL·L-1(Group_2),但最后依然還有0.054 μL·L-1(Group_3). 這說明烴類物質較難浸出. 但烴類物質的香味閾值比較高,對香氣的貢獻較小.

3 結語

茶的揮發(fā)性成分是形成茶香氣的基礎,也是決定茶葉品質的關鍵影響因子之一. 經過連續(xù)12次沸水浸提,從正山小種茶湯中共鑒定出100種揮發(fā)性成分,主要為酚類、醇類、醛類. 隨著浸提次數的增加,揮發(fā)性香氣成分的數量與總體積分數呈先增后減的趨勢,其總體積分數和峰數量分別在第2次和第3次浸提下達到最高. 具體而言,香葉醇、4-甲基愈創(chuàng)木酚、正己醛、4-甲基苯酚、苯甲醛的體積分數隨著浸提次數的增加而逐漸減少； 而4-乙基愈創(chuàng)木酚、反式-2-己烯醛的體積分數則呈先增后減的趨勢. 在經12次浸提后茶湯中正己醛還保留約37.4%(體積分數),反式-2-己烯醛還保留約24.9%(體積分數),香葉醇還保留約10.7%(體積分數). 基于主成分分析可知,前3次浸提茶湯獲得的揮發(fā)性香氣成分較為接近； 第4～7次浸提茶湯獲得的揮發(fā)性香氣成分較為接近； 第8～12次浸提茶湯獲得的揮發(fā)性香氣成分較為接近.

研究結果能夠讓飲茶者更加深入了解正山小種紅茶在傳統沖泡過程中香氣的釋放規(guī)律,同時也為正山小種工藝制作以及香精的開發(fā)提供基礎數據. 而關于正山小種在多次沸水浸提下釋放規(guī)律的具體原因及相關的機理尚不明確,有待后續(xù)進一步研究.