范 霞 陳榮順

（1.南京農(nóng)業(yè)大學食品科技學院 江蘇南京 210095；2.南京農(nóng)業(yè)大學理學院）

1 前言

目前，茶作為天然保健品是世界上最受歡迎的飲料之一。由于茶葉中含有多種抗氧化物質(zhì)，對于消除自由基有一定的效果，因此，喝茶有助于延緩衰老，具有養(yǎng)生保健的功能[1]。茶葉中的香氣物質(zhì)十分復雜，主要包括醇類、酯類、醛酮類、酸類、碳氫化合物、胺類物質(zhì)等。中國茶葉品種繁多，不同品種茶葉中所含香氣成分[2-5]的不同會導致其在品質(zhì)上有明顯的差異。固相微萃取與氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（SPME/GC-MS）技術(shù)作為一種高效的萃取、分離檢測方法，由于無需使用有機溶劑、綠色環(huán)保、前處理簡單、分析快速、定性準確等特點，目前廣泛應用于茶葉香氣成分分析領域[6-9]。

氣味在茶葉品質(zhì)鑒定中占有重要地位。對于茶葉品質(zhì)的評價，感官評價法由于受品茶師的個人經(jīng)驗及身體、情緒等多方面因素的影響，存在一定的局限性。于是，電子鼻作為一種模仿生物嗅覺的電子系統(tǒng)應運而生，它主要利用氣體傳感器陣列的響應信號來識別氣味，從而可以快速獲得被測樣品的整體特征信息[10-17]，其工作原理包括以下 4部分：（1）氣體采樣系統(tǒng)。（2）傳感器陣列。傳感器陣列是整個系統(tǒng)的基礎，金屬氧化物氣體傳感器是目前電子鼻系統(tǒng)應用較為廣泛的一種導電型傳感器，其主要功能是把不同的氣味分子在其表面作用下轉(zhuǎn)化為可測的物理信號。（3）主控制系統(tǒng)。包括采樣量、采樣時間、清洗傳感器時間等。（4）軟件分析系統(tǒng)。提取有效數(shù)據(jù)進行建模分析。

本文采用SPME/GCMS 結(jié)合電子鼻技術(shù)[18]，對5種不同種類的茶葉進行香氣成分分析，利用氣質(zhì)聯(lián)用儀檢測出的揮發(fā)性風味物質(zhì)與電子鼻所測得的整體指紋信息作為茶葉品質(zhì)評定提的論依據(jù)。

2 材料與儀器

2.1 實驗材料

雨花茶（南京天觀茶葉有限公司）；鐵觀音（福建安溪天月盛世茶廠）；碧螺春（南京天綠工貿(mào)有限公司）；龍井茶（杭州西湖名茶有限公司）；金寨翠綠（南京天綠工貿(mào)有限公司）；水（蒸餾水）。

2.2 儀器

本研究使用的德國Airsense公司便攜式電子鼻PEN3包含10個金屬傳感器陣列，它們所對應的香氣類型見表1。

表1 電子鼻傳感器所對應的香氣類型

（續(xù)表1）

氣質(zhì)聯(lián)用儀GC 7890A-5975C MSD（美國Agilent公司）；手動SPME進樣器65μm PDMS/DVB 57310-U 固相微萃取頭（美國 Supelco 公司）；DKS22 型電熱恒溫水浴鍋；分析天平（美國梅特勒-托利多公司）。

3 實驗方法

3.1 電子鼻對茶葉香氣成分分析

分別準確稱取3.000 g 不同品種的茶葉樣品，置于100 mL 燒杯中，加入沸水50 mL，用雙層保鮮膜封口，浸泡60 min 后開始用電子鼻檢測，實驗重復 5 次。

電子鼻測定條件：傳感器清洗時間為60 s；傳感器歸零時間為10 s；樣品準備時間為5 s；分析采樣時間為80s，內(nèi)部流量300mL/min，進樣流量200 mL/min。

3.2 電子鼻數(shù)據(jù)分析方法

使用電子鼻設備自帶的Win Muster 軟件對數(shù)據(jù)進行采集、測量和分析。選取78 s 處的數(shù)據(jù)進行主成分分析（PCA）、線性判別分析（LDA）和負荷加載分析（Loading analysis）。

3.3 GC-MS法對茶葉香氣成分分析

準確稱取茶葉樣品0.3000 g，放入20 mL 的頂空瓶中，加入沸水10 mL，室溫下靜置5 min，使茶葉香氣充分揮發(fā)。將頂空瓶置于80℃恒溫水浴鍋中，把250℃下預先老化5 min 的固相微萃取頭插入頂空瓶內(nèi)茶湯的上方，固定好SPME 手柄，推出纖維頭吸附60 min 后取出，立即插入GC-MS 儀器進樣口，在250℃條件下解吸附5 min，實驗重復3 次。

氣相色譜條件：色譜柱：HP-5MS 石英毛細管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；進樣口溫度 250℃；程序升溫：初始溫度40℃，保持3 min，先以4℃/min 升溫至 80℃，保持 2 min，再以 2℃/min 升溫至 160℃，最后以 12℃/min 升溫至 250℃，保持 5 min； 載氣為99.999%的高純氦氣，流量為1.0 mL/min；采用不分流模式進樣。質(zhì)譜檢測條件：電子轟擊（EI）電離源，電子能量70 eV；質(zhì)量掃描范圍50～550 aum，離子源溫度230℃； 四級桿溫度150℃； 輔助加熱溫度為250℃。

3.4 GC-MS數(shù)據(jù)分析

利用Agilent 7890/5975 型氣質(zhì)聯(lián)用儀NIST08.L譜庫對所得到的質(zhì)譜圖進行檢索和人工解析，從而確定茶葉中的香氣成分，以各色譜峰的峰面積與總峰面積之比為各香氣成分的相對含量。

4 結(jié)果與分析

4.1 茶葉的主要香氣成分

采用SPME/GC-MS 對茶葉進行香氣成分檢測，圖1是5種茶葉的香氣成分總離子流色譜圖，其中，主要香氣化合物的保留時間及其相對含量如表2所示。碧螺春相對含量最高的香氣成分為（E,E）-3,5 辛二烯-2-酮、肉豆蔻酸異丙酯和β-紫羅蘭酮，這3種化合物的相對含量占其所有香氣成分的32.31%。相關(guān)研究[19]表明，酮類化合物常帶有花果香味，其中帶有紫羅蘭香氣的β-紫羅蘭酮是由茶葉中的胡蘿卜素降解產(chǎn)生的；龍井相對含量最高的香氣成分為（E,E）-3,5 辛二烯-2-酮、3,4-二甲基環(huán)己醇和芳樟醇，這3種化合物的相對含量占其所有香氣成分的31.35%，醇類化合物通常帶有特殊的花香和果香[20]，芳樟醇呈玉蘭花香型； 鐵觀音相對含量最高的香氣成分為肉豆蔻酸異丙酯、（E,E）-3,5 辛二烯-2-酮、反-2,4-庚二烯醛，占總含量的29.83%；雨花茶相對含量最高的香氣成分為肉豆蔻酸異丙酯、苯甲醛、2-甲基-1-庚烯-6-酮，占總含量的37.18%，苯甲醛具有苦杏仁氣味[21]；金寨翠綠相對含量較高的香氣成分為肉豆蔻酸異丙酯、反-2,4-庚二烯醛、蘑菇醇、香葉基丙酮，占總含量的35.99%，香葉基丙酮呈清香型。茶葉中的主要香氣成分構(gòu)成不同的茶葉品質(zhì)，從而賦予茶葉不同的香氣。相對含量較少的物質(zhì)未必對香氣的貢獻低，任何一種茶葉的香氣都是其所含不同芳香物質(zhì)以不同濃度組合的綜合體現(xiàn)。

表2 茶葉香氣成分及相對含量

（續(xù)表2）

5種茶葉共檢測出香氣成分42種，根據(jù)官能團分類分為醛類、酮類、酯類、酸類、醇類、酚類、碳氫化合物、含氮化合物8類。不同茶葉各香氣成分的種類及其相對含量有一定區(qū)別，其中，碧螺春、龍井茶、鐵觀音、雨花茶、金寨翠綠分別檢測出香氣物質(zhì)25、40、24、20、23種，各類香氣物質(zhì)的數(shù)量與相對含量如表3所示。碧螺春、鐵觀音和金寨翠綠所含的醛類和酮類化合物最多，龍井含有的醇類和酮類化合物最多，雨花茶所含的醇類和酯類化合物最多。5種茶葉共同含有的香氣物質(zhì)有15種，其中醛類4種，包括苯甲醛、苯乙醛、反-2,4-庚二烯醛、β-環(huán)檸檬醛，苯乙醛呈風信子型香氣；酮類5種，分別是2-甲基-1-庚烯-6-酮、β-紫羅蘭酮、2,2,6-三甲基環(huán)己酮、4-乙基-3,4-二甲基-2,5-環(huán)己二烯-1-酮、（E,E）-3,5 辛二烯-2-酮；醇類 2種，分別是芳樟醇、3,7-二甲基-1,5,7-辛三烯-3-醇；酯類1種，肉豆蔻酸異丙酯；芳香類化合物1種，2,2-雙對羥苯基丙烷；含氮化合物1種，3-甲基吡唑。由于受產(chǎn)地、環(huán)境、茶樹種植遺傳特性、加工工藝等因素的影響，不同品種的茶葉所含的香氣組分差別較大，這些成分對構(gòu)成茶葉的特征風味具有重要作用。

表3 茶葉中所含香氣物質(zhì)分類

4.2 主成分分析

主成分分析（Principal Component Analysis，PCA）也稱主分量分析，旨在利用降維的思想[22]，把多指標轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個綜合指標，這個轉(zhuǎn)化把數(shù)據(jù)變換到一個新的坐標系統(tǒng)中，使得任何數(shù)據(jù)投影的第一大方差在第一個坐標(稱為第一主成分)上，第二大方差在第二個坐標(第二主成分)上，依次類推。主成分分析用減少數(shù)據(jù)集的維數(shù)，同時保持數(shù)據(jù)集對方差貢獻最大的特征。

使用電子鼻自帶的Win Muster 軟件對數(shù)據(jù)進行分析，茶葉的主成分分析見圖2，2 個主成分的總貢獻率高達97.99%，所提取的信息能有效反映原始數(shù)據(jù)的絕大部分信息。一般情況下，總貢獻率只要達到70%～85%，該方法就可以使用。5 個品種的茶葉存在一定的差異，其中，雨花茶與其他4種茶葉相距較遠，區(qū)分明顯。線性判別分析結(jié)果見圖3，其總貢獻率達97.69%，只有碧螺春與金寨翠綠有小部分重疊，說明運用LDA 方法能很好地對5種茶葉進行區(qū)分。利用Loading 分析法可以確定當前模式下傳感器的相對重要性。如果某一傳感器橫、縱坐標的對應值接近0，則該傳感器的識別作用可以忽略，若單個傳感器的響應值越偏離于0，則說明該傳感器的識別作用就越大。負荷加載分析的總貢獻率為97.99%，其中，1號、3號和 6號傳感器對茶葉香氣的響應明顯，對區(qū)分貢獻率最大，具體見圖4。

圖2 不同品種茶葉的PCA分析圖

圖3 不同品種茶葉的LDA分析圖

圖4 茶葉的Loading分析圖

5 結(jié)論

本文采用SPME/GC-MS 結(jié)合電子鼻技術(shù)對5種茶葉的香氣成分進行研究，根據(jù)其特征香氣成分含量差異及主成分分析法可以很好地實現(xiàn)對不同茶葉種類的區(qū)別，這對于茶葉品質(zhì)真?zhèn)舞b別有重要的意義。SPME/GC-MS 共檢測出42種香氣物質(zhì)，其中碧螺春、龍井茶、鐵觀音、雨花茶、金寨翠綠分別測出 25、40、24、20、23種。利用電子鼻技術(shù)，通過主成分分析，提取茶葉中的整體指紋信息，5種茶葉香氣成分有很好的區(qū)分度。由于前處理操作簡單、檢測靈敏度高、分析速度快，SPME/GC-MS 結(jié)合電子鼻技術(shù)將廣泛用于食品中香氣成分分析。