陳思肜 趙峰 王淑燕 金珊 周鵬 危賽明 葉乃興

摘要：【目的】開發(fā)一種能快速、準確、可靠地對各茶葉中蛋白質氨基酸和低含量非蛋白質氨基酸進行測定的方法，為分析茶葉氨基酸組分提供新途徑?！痉椒ā抠|控樣品經提取和氨基喹啉-N-羥基丁二酰氨基甲酸酯（AQC）衍生后，通過三重四極桿液質聯(lián)用儀進行測定，優(yōu)化質譜條件，評估35種氨基酸的線性范圍、檢出限、定量限、重現(xiàn)性和回收率，并應用該方法對市售的六大茶類（紅茶、綠茶、白茶、黃茶、烏龍茶和黑茶）共50批次樣本的游離氨基酸含量進行測定。【結果】采用AQC衍生—液相色譜串聯(lián)三重四極桿質譜法可在20 min內完成35種氨基酸的定性定量檢測，線性回歸良好（R >0.9900）;定量限在2.1×10-6～1.8×10-2 mg/L，檢出限在6.3×10-7～5.5×10-3 mg/L;日內重現(xiàn)性≤4.6%，日間重現(xiàn)性≤5.4%;加標回收率81.0%～99.9%，相對標準偏差（RSD）≤9.5%。對六大茶類游離氨基酸的測定結果顯示，除綠茶和黃茶的氨基酸構成相似外，其他茶類的氨基酸構成均呈現(xiàn)出各自的規(guī)律性特征，氨基酸的定量結果可通過3個主成分（累積方差為66.5%）實現(xiàn)茶類區(qū)分。其中，蛋氨酸、苯丙氨酸、肌氨酸、茶氨酸、瓜氨酸、3-甲基-L-組氨酸、精氨酸、色氨酸、組氨酸和1-甲基-L-組氨酸的變量權重值（VIP）大于1.0，對茶類判別貢獻較大。【結論】AQC衍生結合液相色譜質譜聯(lián)用是一種快速、可靠、有效的分析方法，能對茶葉中的蛋白質氨基酸和低含量非蛋白質氨基酸進行高靈敏度定量。

關鍵詞： 茶葉;游離氨基酸;AQC衍生;三重四極桿液質聯(lián)用儀

中圖分類號： S571.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼： A 文章編號：2095-1191（2019）10-2278-08

Analysis of free amino acids in tea based on AQC derivation with liquid chromatography-mass spectrometry

CHEN Si-rong1， ZHAO Feng1，2*， WANG Shu-yan1， JIN Shan1， ZHOU Peng3，

WEI Sai-ming4， YE Nai-xing 1*

（1College of Horticulture， Fujian Agriculture and Forestry University， Key Laboratory of Tea Science at Universities in Fujian， Fuzhou? 350002， China; 2College of Pharmacy， Fujian University of Traditional Chinese Medicine， Fuzhou? 350122， China; 3Fujian Inspection and Research Institute for Product Quality， Fuzhou? 350002，China; 4Fujian Tea Import & Export Company Limited， Fuzhou? 350014， China）

Abstract：【Objective】To develop a rapid， accurate and reliable method for the determination of protein amino acids and low content non protein amino acids in tea. 【Method】The quality control samples（QC） were extracted and derived from 6-aminoquinolyl-n-hydroxysuccinyl carbamate（AQC）， then determined by triple quadrupole liquid chromatography-mass spectrometry， optimized the mass spectrum conditions， evaluated the linear range， detection limit， quantitative li-mit， reproducibility and recovery rate of 35 amino acids. The content of free amino acids in 50 batches of six kinds of tea （black tea， green tea， white tea， yellow tea， oolong tea and black tea） was determined.【Result】Using AQC derivative liquid chromatography tandem triple quadrupole mass spectrometry， 35 kinds of amino acids were detected qualitatively and quantitatively in 20 minutes， with good linear regression（R>0.9900）; quantitative limit was 2.1×10-6-1.8×10-2 mg/L， detection limit was 6.3×10-7-5.5×10-3 mg/L; daily reproducibility was less than or equal to 4.6%， daytime reproducibility was less than or equal to 5.4%; recovery rate was 81.0%-99.9%， relative standard deviation（RSD） was ≤9.5%. The results showed that the amino acid composition of other tea groups showed their own regularity except green tea and yellow tea. The quantitative results of amino acids could be distinguished by three main components（cumulative variance was 66.5%）. Among them， the variable weight value（VIP） of methionine， phenylalanine， sarcosine， theanine， citrulline， 3-methyl-l-histidine， arginine， tryptophan， histidine and 1-methyl-l-histidine is greater than 1.0， which contributes a lot to tea discrimination. 【Conclusion】AQC derivatization combined with liquid chromatography-mass spectrometry is a rapid， reliable and effective method for the quantitative analysis of protein amino acids and low content non protein amino acids in tea.

Key words：tea; free amino acid composition; AQC derivatization; triple quadrupole liquid chromatography mass spectrometry

0 引言

【研究意義】茶葉中的游離氨基酸占其干重的2%～4%，不僅是茶湯鮮味的主要貢獻成分，還參與加工過程中的多種化學反應，并轉化為香氣成分，因而茶葉中的氨基酸對茶葉品質有重要貢獻（Wang et al.，2010;邵濟波等，2012;鄧代信等，2018;王富花，2018）。但由于氨基酸自身具有極性高、難揮發(fā)、無發(fā)色基團等特點，加之茶葉中不同種類氨基酸的含量差異巨大，且基質構成較復雜，給準確定量分析工作造成一定困難。因此，構建一種能同時準確定量分析茶葉中35種游離氨基酸的方法，對進一步探究茶葉游離氨基酸構成規(guī)律具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】間接分析是通過衍生化試劑與提取液中的氨基酸分子反應后，再進行檢測的方法（Jemal and Xia，2006）。根據衍生化反應發(fā)生位置的不同，間接法又可分為柱后衍生和柱前衍生兩種?，F(xiàn)有的自動氨基酸分析儀多采用柱后衍生法，但其缺點在于分離耗時長（約120 min），通常需要使用配套專用的流動相，耗材成本較高，不適于大批量樣品的檢測（陳然等，2017;肖涵等，2018）。常見的衍生試劑包括異硫氰酸苯酯（PITC）、二甲氨基萘磺酰氯（Dansly-CL）、2，4-二硝基氟苯（DNFB）（Ekborg-Ott et al.，1997）、鄰苯二甲醛（OPA）（Alcázar et al.，2007）和茚三酮（Ninhydrin）（杜穎穎等，2018）等，但多數衍生化操作存在過程繁瑣、穩(wěn)定性差、副產物有干擾或毒性，使其在大批量樣品分析工作中難以大面積推廣應用。氨基喹啉-N-羥基丁二酰氨基甲酸酯（AQC）是一種近年來被用于茶葉氨基酸測定的衍生劑（Sharma et al.，2014），其是一種雜環(huán)氨基甲酸酯，能特異性地與一級、二級氨基酸反應，生成具有強紫外吸收的脲。AQC衍生法操作簡單、副反應少、生成物毒性低、化學性質穩(wěn)定，適用于復雜基質樣本的氨基酸檢測（Jemal and Xia，2006;Castellanos et al.，2016;杜穎穎等，2018），已在食品氨基酸的測定分析中廣泛應用。朱旗等（2001）采用AccQ·Tag衍生法經高效液相色譜檢測分析綠茶中16種氨基酸含量，樣品中茶氨酸含量最高，占氨基酸總量的56.03%;李梅等（2007）采用AQC柱前衍生，紫外、熒光雙檢測器串接，通過梯度洗脫，在AccQ·Tag C18氨基酸專用分析柱上同時分離并定量測定了啤酒中21種游離氨基酸，結果表明不同釀造工藝對啤酒中氨基酸組分構成有明顯影響;于榮賢等（2017）采用AQC柱前衍生反相高效液相色譜法測定了洋槐蜜中18種氨基酸含量，樣品氨基酸總量為4.554 mg/g，其中脯氨酸含量最高。【本研究切入點】目前，常見的氨基酸分析方法大多只能測定20種蛋白質氨基酸，非蛋白質氨基酸則鮮有關注，基于AQC衍生和液質聯(lián)用檢測茶葉中游離氨基酸的研究也鮮見報道?！緮M解決的關鍵問題】基于液相色譜串聯(lián)三重四極桿質譜，通過AQC衍生法，對六大類茶葉中的35種游離氨基酸進行定性和定量分析，為快速準確地測定茶葉中蛋白質和非蛋白質氨基酸提供新途徑。

1 材料與方法

1. 1 試驗材料

1. 1. 1 供試樣品 市售茶葉50批次，編號1～50，包括綠茶（編號1～10）、黃茶（編號11～15）、白茶（編號16～25）、烏龍茶（武夷巖茶，編號26～35）、紅茶（編號36～45）和黑茶（普洱熟茶，編號46～50），逐一縮分后粉碎，過100目篩。各茶對應的參試樣中，去等量樣本進行混合制備，用于分析過程的質量控制（Quality control，QC）;然后根據優(yōu)化方法對50批次樣品游離氨基酸進行定量。

1. 1. 2 試劑 色譜級甲醇和乙腈購自美國Sigma公司，AccQ·FluorTM氨基酸衍生試劑盒購自美國Waters公司，試劑級甲酸銨購自J & K Scientific公司。

氨基酸標準儲備液A（Sigma公司，美國）：含5 nmol/mL丙氨酸（Ala，44.5 mg/L）、L-2-氨基己二酸（α-AAA，80.6 mg/L）、α-氨基丁酸（α-ABA，51.6 mg/L）、β-氨基丁酸（β-ABA，51.6 mg/L）、γ-氨基丁酸（GABA，51.6 mg/L）、精氨酸（Arg，87.1 mg/L）、天冬氨酸（Asp，66.6 mg/L）、瓜氨酸（Cit，87.6 mg/L）、羥脯氨酸（Hy-Pro，65.6 mg/L）、胱氨酸[（Cys）2，120.2 mg/L]、谷氨酸（Glu，73.6 mg/L）、甘氨酸（Gly，37.5 mg/L）、組氨酸（His，77.6 mg/L）、同型半胱氨酸（Hcy，134.2 mg/L）、羥賴氨酸（Hy-Lys，81.1 mg/L）、異亮氨酸（Ile，65.6 mg/L）、亮氨酸（Leu，65.6 mg/L）、賴氨酸（Lys，73.1 mg/L）、蛋氨酸（Met，74.6 mg/L）、1-甲基-L-組氨酸（1-M-His，84.6 mg/L）、3-甲基-L-組氨酸（3-M-His，84.6 mg/L）、鳥氨酸（Orn，66.1 mg/L）、苯丙氨酸（Phe，82.6 mg/L）、脯氨酸（Pro，57.6 mg/L）、肌氨酸（Sar，44.5 mg/L）、絲氨酸（Ser，52.6 mg/L）、蘇氨酸（Thr，59.6 mg/L）、色氨酸（Trp，102.1 mg/L）、酪氨酸（Tyr，90.6 mg/L）和纈氨酸（Val，58.6 mg/L）。

氨基酸標準儲備液B（華培貿易公司和索萊寶科技有限公司，中國）：分別稱取豆葉氨酸（Pip）、天冬酰胺（Asn）、半胱氨酸（Cys）、茶氨酸（Thea）和谷氨酰胺（Gln）各20 mg，以0.02 mol/L鹽酸定容至10.00 mL，配制成濃度為2000 mg/L的氨基酸標準儲備液B。

氨基酸混合標準中間液：分別移取2.00 mL氨基酸標準儲備液A和0.50 mL儲備液B，以0.02 mol/L鹽酸定容至10.00 mL。

氨基酸混合標準工作液：使用0.02 mol/L鹽酸溶液，將氨基酸混合標準中間液逐級稀釋，配得氨基酸混合標準工作液。

1. 2 樣品提取及AQC衍生

稱取粉碎的茶樣0.20 g，加40 mL純水并渦旋混合（IKA MS3 basic，上海芃奇科學儀器有限公司），室溫下45 kHz超聲提取（KQ100E，昆山市超聲儀器有限公司）30 min后，在4 ℃下10000 g離心5 min（Heraeus Multifuge X3R，美國Thermo Scientific公司）;取10.0 μL經0.22 μm微孔濾膜（聚四氯乙烯，天津市津騰實驗設備有限公司）過濾的上清液，與70.0 μL AccQ-Fluor硼酸鹽緩沖液（pH 8.8）混合，加AccQ-Fluor試劑（3000 mg/L）20.0 μL并渦旋，置于55 ℃烘箱中加熱10 min后，冷卻至室溫上機測試。

1. 3 三重四極桿液質聯(lián)用儀分析條件

液質聯(lián)用儀：Sciex 4500 QTrap質譜儀（美國Sciex公司）配Nexera X2LC-30A高效液相色譜儀（日本Shimadzu公司）。

色譜條件：色譜柱為Waters HSS T3 C18分析柱（1.8 μm，2.1 mm×150 mm）;柱溫40 ℃;流動相A：甲酸銨—水溶液（10 mmol/L，pH 6.0）;流動相B：乙腈;流速0.3 mL/min。梯度洗脫程序：0～12 min，0% B～20% B;12～16 min，20% B～35% B，16～18 min，35% B～90% B，18～20 min，90% B～5% B。進樣量0.5 μL。

質譜條件：離子源為電噴霧電離（ESI）源;正離子模式為多反應檢測模式;電噴霧電壓4500 V;氣簾氣壓力0.21 MPa;霧化氣壓力0.38 MPa;輔助氣壓力0.38 MPa;輔助氣溫度550 ℃。各氨基酸的保留時間、母離子、子離子、去簇電壓和碰撞能等見表1。

1. 4 方法考察試驗

線性范圍、檢出限和定量限：以各氨基酸質量濃度為X軸、峰面積為Y軸，分別繪制標準曲線并在線性范圍內計算相關系數。按3倍信噪比和10倍信噪比，計算方法檢出限和定量限。

日內重現(xiàn)性：精確稱取5份QC樣品，按1.3方法進行制備，在24 h內進行測定，計算相對標準偏差（RSD）。

日間重現(xiàn)性：精確稱取5份QC樣品，按1.3方法進行制備，平行測定5次，連續(xù)5 d，計算RSD。

加標回收率：在QC樣品中分別添加低、中、高濃度的氨基酸混合標準中間液，每個濃度平行測定5次，計算加標回收率和RSD。

1. 5 數據處理及統(tǒng)計分析

樣品中氨基酸含量以干基計，水分含量測定方法參照GB/T 8304—2013進行。采用在線數據分析平臺Metabo Analysis 4.0（https：//www.metaboanalyst.ca/faces/home.xhtml）對50批次參試樣品的氨基酸定量結果進行數據標準化（log2 Transformation）和歸一化（Pareto scaling）處理，并繪制熱圖，采用偏最小二乘法（PLS-DA）分析氨基酸構成（Chong et al.，2018）。

2 結果與分析

2. 1 方法學考察結果

由圖1可知，采用AQC衍生—液相色譜串聯(lián)三重四極桿質譜法測定氨基酸含量，可在20 min內完成定性、定量檢測35種氨基酸，而參試樣品中未檢測到β-氨基丁酸、同型半胱氨酸、胱氨酸、半胱氨酸和酪氨酸等5種氨基酸;3組同分異構體氨基酸[α-氨基丁酸（10.52 min）、β-氨基丁酸（8.86 min）和γ-氨基丁酸（9.21 min）;1-甲基-L-組氨酸（8.41 min）和3-甲基-L-組氨酸（8.08 min）;亮氨酸（15.16 min）和異亮氨酸（14.95 min）]雖然在質譜上無法進行區(qū)分，但其在色譜上的保留時間不同，因此能準確定量。

各氨基酸的線性范圍、相關系數、標準曲線、檢出限、定量限、日間重現(xiàn)性、日內重現(xiàn)性和加標回收率如表1所示，結果表明，35種氨基酸均顯示出良好的線性關系，各回歸方程的相關系數均大于0.9900，定量限為2.1×10-6～1.8×10-2 mg/L，檢出限為6.3×10-7～5.5×10-3 mg/L;各種氨基酸的日內重現(xiàn)性均≤4.6%，日間重現(xiàn)性≤5.4%;加標回收率81.0%～99.9%，RSD≤9.5%。表明該AQC衍生—液相色譜串聯(lián)三重四極桿質譜法的準確度和精密度能夠滿足定量要求。

2. 2 各茶類游離氨基酸的構成分析

從圖2可看出，綠茶和黃茶的氨基酸構成較接近，表明黃茶的悶黃工藝對茶葉氨基酸組分影響小;白茶、烏龍茶、紅茶和黑茶的氨基酸構成則迥然不同，說明做青、發(fā)酵及渥堆等工藝流程會對茶葉的氨基酸組分產生明顯影響。

對不同茶類的氨基酸構成特征進行標識（紅色方框），從氨基酸種類及滋味貢獻的角度進行剖析（圖2）。1號框為黃茶和綠茶中相對含量較高的13種氨基酸，其中，有7種氨基酸呈甜味或鮮味，2種呈苦味，該結果符合綠茶和黃茶甜鮮品質屬性特征，因此可將其看作是綠茶和黃茶的氨基酸構成特征。2號框為白茶的6種特征氨基酸，其呈味以鮮味和甜味為主，白茶在氨基酸構成種類的豐富程度上雖然不及綠茶和黃茶，但谷氨酰胺和天冬酰胺含量明顯高于其他茶類，而這兩種氨基酸恰好是茶葉中已知的兩種重要呈鮮氨基酸，該結果從另一側面說明白茶不同于綠茶和黃茶的鮮味品質構成物質基礎。3號框是參試烏龍茶（武夷巖茶）的特征氨基酸，包含的6種氨基酸多屬于苦味和甜味氨基酸，未涉及鮮味氨基酸，該氨基酸組合也較好地解釋了武夷巖茶苦澀和厚味為主體的滋味品質構成，即武夷巖茶中的鮮味氨基酸含量較低。4號框為紅茶的11種特征氨基酸，其中6種為鮮味和甜味氨基酸，2種為苦味氨基酸;尤其是谷氨酰胺、天冬酰胺、谷氨酸、苯丙氨酸和茶氨酸等重要的鮮味氨基酸含量均較高;與其他茶類氨基酸特征構成的橫向對比發(fā)現(xiàn)，紅茶與綠茶和黃茶的氨基酸構成相對接近。黑茶（普洱熟茶）的9種特征氨基酸中（5號框），鮮味氨基酸也較少，主要由苦味和甜味氨基酸構成;尤以脯氨酸、組氨酸、亮氨酸和色氨酸的含量高于其他茶類。

為從測定的氨基酸組分中篩選出對茶類判別有決定意義的氨基酸種類，采用PLS-DA對50批次茶樣的氨基酸構成進行分析，如圖3-A所示，氨基酸的定量結果經降維后，除綠茶和黃茶外，其他茶類均可通過3個主成分（累積方差為66.5%）實現(xiàn)茶類區(qū)分;各氨基酸在判別模型中的貢獻程度，依據變量權重值（VIP）由高至低如圖3-B所示，共有10種氨基酸（蛋氨酸、苯丙氨酸、肌氨酸、茶氨酸、瓜氨酸、3-甲基-L-組氨酸、精氨酸、色氨酸、組氨酸和1-甲基-L-組氨酸）的VIP值大于1.0，說明這10種氨基酸對于茶類判定的貢獻大。該分析結果顯示，可通過對茶葉氨基酸構成的PLS-DA判別分析，實現(xiàn)對茶類氨基酸構成的判別分析。

3 討論

游離氨基酸對茶葉滋味品質具有重要貢獻，由于茶葉的水浸出物構成復雜，加之不同種類的游離氨基酸化學性質（極性）差異明顯，從而對茶葉氨基酸組分的準確定性定量造成困難。目前，常見的分析方法多集中于測定茶葉中以蛋白質氨基酸為主的20種游離氨基酸和茶氨酸（陳丹等，2014;張丹丹等，2016;鄧代信等，2018）。采用鋰離子交換柱和生理鹽水體系的自動氨基酸分析是最常見的能實現(xiàn)全面氨基酸組分分析方法，該方法雖然在理論上能對樣品中包括蛋白質和非蛋白質氨基酸在內的35種氨基酸進行色譜分離和定量（陳然等，2017），但受制于其所使用的光學檢測器檢測限制約，仍無法獲得茶葉中的諸多低含量氨基酸及其衍生物定量結果。此外，由于氨基酸在光學檢測器上的光譜特征較相似，因此目前主要通過保留時間進行定性，對于色譜分離困難的同分異構氨基酸的準確定性能力明顯不足（林太鳳等，2015）。張峻松等（2004）采用氨基酸自動分析儀檢測煙草中的17種氨基酸，需耗時135 min，檢出限范圍10×10-3～5.5×10-2 mg/L;Sharma等（2014）基于AQC衍生和裝備光學檢測器的液相色譜對煙草中28種氨基酸進行測定的分析時長為53 min，檢出限≥0.2 mg/L，定量限≥0.4 mg/L。此外，由于茶葉水提物中多酚絡合物的存在，簡單的微孔濾膜過濾難以完全實現(xiàn)樣品凈化，并極易導致自動氨基酸分析儀上的離子交換柱發(fā)生堵塞。

本研究采用AQC衍生—液相色譜串聯(lián)三重四極桿質譜法測定茶葉中的35種氨基酸，可在20 min內完成定性定量檢測，較傳統(tǒng)的AQC衍生—液相色譜法和自動氨基酸分析法極大縮短分析耗時，氨基酸的檢測效率得到明顯提高，且定量限在2.1×10-6～1.8×10-2 mg/L，檢出限在6.3×10-7～5.5×10-3 mg/L;日內重現(xiàn)性≤4.6%，日間重現(xiàn)性≤5.4%;加標回收率81.0%～99.9%，RSD≤9.6%。檢測過程中，茶葉氨基酸經AQC柱前衍生后，極性明顯降低，故能在反相色譜柱上獲得較好的保留;此外，衍生化操作過程使得茶葉樣品的基質效應進一步降低，極大緩解了各種污染問題;再次，質譜檢測器的定性能力，使得對茶葉中各種氨基酸的定性變得簡單和可靠，特別是三重四極桿的高靈敏度使得各種微量氨基酸能夠得以準確定量。該方法極大程度縮短了單個樣品的分析時間，使得茶葉氨基酸構成的大樣本量分析更容易。

游離氨基酸的絕對含量和構成比例對茶葉品質有重要貢獻（Kaneko et al.，2006）。在本研究中，白茶的游離氨基酸總量明顯高于其他茶類;綠茶和紅茶的游離氨基酸總量間未見明顯差異;而烏龍茶（武夷巖茶）和黑茶的游離氨基酸總量相對較低，不同茶類游離氨基酸的構成對其品質的影響也不盡相同，是造成不同品類茶葉風味差別的重要因素（陳丹等，2014;張丹丹等，2016;楊晨，2018）。在本研究涉及的六大類別50批次茶葉樣本中，除了β-氨基丁酸、同型半胱氨酸、半胱氨酸、胱氨酸和酪氨酸等5種氨基酸未檢出外，其余30種氨基酸的含量均高于方法定量限;統(tǒng)計分析結果顯示，綠茶和黃茶的氨基酸構成較接近，其他茶類的氨基酸構成均呈現(xiàn)出各自的特征，具體表現(xiàn)為綠茶、黃茶和紅茶的鮮味、甜味氨基酸較突出，且分布均衡;白茶則以鮮味氨基酸構成最突出;黑茶（普洱熟茶）和烏龍茶（武夷巖茶）中的鮮味氨基酸相對含量較低，而苦味氨基酸含量較高。現(xiàn)有方法的開發(fā)，使得對茶葉氨基酸組分構成的研究從以往圍繞常量組分和蛋白質氨基酸研究為主迅速地拓展至各種微量氨基酸和非蛋白質氨基酸研究，由于該方法簡便、可靠、易行，特別適合用于大量茶葉樣本的分析，通過對更大數量樣本和更全面氨基酸構成的研究，能進一步拓展人們對茶葉氨基酸組分的認識。

4 結論

AQC衍生結合液相色譜質譜聯(lián)用是一種快速、可靠、有效的分析方法，適用于大規(guī)模地對茶葉中的常量和微量游離氨基酸進行準確定量;對不同茶類樣本的氨基酸構成特征分析顯示，除綠茶和黃茶的氨基酸構成較接近外，其余茶類的氨基酸構成各具特征，從呈味貢獻角度對各茶類氨基酸構成進行分析，能較好地支持和解釋其滋味品質的物質基礎。

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（責任編輯 羅 麗）