吳偉華，張丹丹，陳榮平

（1.閩江師范高等?？茖W(xué)校 化學(xué)與生物工程系，福建福州 350018；2.福建商學(xué)院，福建福州 350016；3.武夷山香江茶業(yè)有限公司，福建南平 354306）

福建水仙茶是我國傳統(tǒng)的優(yōu)良茶種，屬烏龍茶類中的當(dāng)家品種，原產(chǎn)于福建省南平市建陽區(qū)，茶樹已有千年歷史[1]。福建水仙茶素有“水仙茶質(zhì)美而味厚”“果奇香為諸茶冠”的美名[2]，其中閩北水仙代表——武夷水仙，閩南水仙代表——永春水仙，閩西水仙代表——漳平水仙，以及因品質(zhì)優(yōu)良接連獲中國地理標(biāo)志保護(hù)產(chǎn)品的建陽水仙、建甌水仙[3]，受到眾多消費(fèi)者的喜愛。

質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)飛行時間質(zhì)譜（PTR-TOF-MS）作為一種痕量揮發(fā)性有機(jī)物在線檢測技術(shù)已被運(yùn)用到很多領(lǐng)域[4]，其中在揮發(fā)性氣體研究方面越來越受到重視。PTR-TOF-MS是一種軟電離技術(shù)，碎片率較低，得到的質(zhì)譜圖非常清楚，易于識別，可進(jìn)行絕對量測定，并在秒量級的時間內(nèi)獲得ng/L量級的檢測靈敏度。

本研究采用HS-PTR-TOF-MS技術(shù)對來自不同產(chǎn)地（閩北、閩南、閩西）的福建水仙進(jìn)行分析，并結(jié)合主成分分析和正交偏最小二乘判別分析建立不同產(chǎn)地的福建水仙識別模型,為福建水仙產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

福建水仙的采集：依照國家標(biāo)準(zhǔn)《烏龍茶 第4部分：水仙》（GB/T 30357.4—2015），采集2020年春茶，分別為閩北水仙（武夷山縣）9個、閩南水仙（永春縣）9個、閩西水仙（漳平市）9個。

PTR-TOF-MS1000型質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)飛行時間質(zhì)譜,奧地利Ionicon Analytik公司；G1888型頂空自動進(jìn)樣器，安捷倫公司；XB124型精密電子天平，上海精密公司；5182-0837型20ml帶蓋螺紋玻璃瓶，安捷倫公司。

1.2 試驗方法

（1）樣品制備。稱取1.0 g待檢樣品于20 mL頂空瓶中，用硅橡膠隔墊密封壓緊，鋁蓋封口，當(dāng)孵化器溫度為80 ℃時，頂空瓶放在孵化器中預(yù)熱30 min。

（2）測試條件。進(jìn)樣量1.0 mL，漂移管電壓640 V，漂移管溫度80 ℃，漂移管壓力225 Pa，電場強(qiáng)度160 Td，漂移管中氣體流量45 Pa·m3/s，掃描范圍15 ～ 500m/z。

每個樣品以每秒一張全譜圖的采集速率測量60 s，測量順序隨機(jī)。每個樣品連續(xù)掃描7次，取中間3次掃描質(zhì)譜數(shù)據(jù)的平均值。取一空瓶，在相同的條件下進(jìn)行檢測，連續(xù)掃描空氣7次，取后3次掃描質(zhì)譜數(shù)據(jù)進(jìn)行平均，得空白平均值。樣品平均值減去空白平均值即得到進(jìn)行統(tǒng)計分析的HS-PTR-TOF-MS質(zhì)譜數(shù)據(jù)，每個樣品獨(dú)立進(jìn)行3次試驗，取平均值，以提高數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度。

1.3 數(shù)據(jù)處理和分析

PTR-TOF-MS的數(shù)據(jù)處理包括固定時間校正、內(nèi)部校準(zhǔn)、提取質(zhì)荷比。茶葉樣品提取整數(shù)質(zhì)荷比的范圍在15～500，消除干擾離子（O2+、NO+和水簇離子）及其同位素的質(zhì)譜峰。

采用SIMCA-p 14.1軟件（Umetrics AB, Umea，瑞典）進(jìn)行主成分分析（PCA）和正交偏最小二乘判別分析（OPLS-DA）。將所有質(zhì)譜峰的響應(yīng)值作為變量，所有的變量均以均值為中心，以Pareto為尺度，初步進(jìn)行主成分分析（PCA）。在PCA模型能識別3個產(chǎn)地福建水仙的前提下，進(jìn)行正交偏最小二乘判別分析（OPLS-DA），最終通過方差分析（Cross-Validate Residuals）和排列檢驗（Permutation Test）來評估OPLS-DA模型的穩(wěn)定性和有效性，利用VIP（變量對投影的影響）值和P值選出關(guān)鍵變量。

2 結(jié)果與分析

2.1 利用主成分分析（PCA）對茶葉產(chǎn)地進(jìn)行分類

PCA作為無監(jiān)督主成分分析，雖然無法用于找出特征變量，但可以作為初步區(qū)分識別模型用以提供不同產(chǎn)地茶葉的初步分類結(jié)果，同時也是后續(xù)建立OPLS-DA模型的前提條件。

采用PCA模型識別不同產(chǎn)地福建水仙，PCA模型如圖1所示。從圖中可以看出，閩南水仙、閩北水仙和閩西水仙明顯分為3個區(qū)域，說明不同產(chǎn)地的福建水仙可以通過PCA模型進(jìn)行初步區(qū)分識別。模型參數(shù)[R2X（cum）=0.7784，Q2（cum）=0.7106]表明，前3種主成分總值（PCs）分別可以解釋和預(yù)測總變量的77.84%和71.06%。因此，PCA模型具有良好的擬合性和較高的樣本識別精度。

圖1 PCA模型識別不同產(chǎn)地福建水仙情況

2.2 利用OPLS-DA判別茶葉產(chǎn)地

利用OPLS-DA模型識別不同產(chǎn)地的福建水仙中揮發(fā)性物質(zhì)的差異，OPLS-DA模型見圖2。模型參數(shù)[R2Y（cum）=0.8658，Q2（cum）=0.8229]表明，總變量的86.58%和82.29%可以分別解釋和預(yù)測不同產(chǎn)地福建水仙。模型P值經(jīng)CV-ANOVA顯著性檢驗為1×10-6，說明模型組間有顯著性差異（PCV-ANOVA＜0.05）。200次排列檢驗結(jié)果為R2=-0.152和Q2=-0.369，表明模型穩(wěn)定有效，是一種很好的鑒別和預(yù)測茶葉原產(chǎn)地的工具。

圖2 OPLS-DA模型識別不同產(chǎn)地福建水仙情況

利用OPLS-DA模型選出VIP＞1且P＜0.05的質(zhì)譜峰作為模型識別的關(guān)鍵變量，共計有11個質(zhì)譜峰：m/z47.0495（乙醇）、m/z55.0471（丁二烯）、m/z67.0547（環(huán)戊二烯）、m/z71.0487（丁烯醇）、m/z75.0386（丙酸）、m/z83.0856（環(huán)己烯）、m/z84.1162（3-戊烯-2-酮）、m/z89.0463（乙酸乙酯）、m/z105.0369（甲硫基丙醛）、m/z116.2013（庚醇）以及m/z131.1068（庚酸）。

3 結(jié)論

本研究建立了不同產(chǎn)地的福建水仙的PCA和OPLS-DA模型。在PCA模型能初步區(qū)分不同產(chǎn)地福建水仙的前提下，運(yùn)用CV-ANOVA檢驗和Permutation Test對OPLS-DA模型的可信度進(jìn)行評估。結(jié)合VIP值＞1且P值＜0.05，選取11個質(zhì)譜峰作為影響不同產(chǎn)地判別的關(guān)鍵變量。這兩個模型通過相互驗證，增強(qiáng)了分析結(jié)論的有效性和可信性，PCA和OPLS-DA模型為福建水仙的產(chǎn)地區(qū)分提供了參考，可為福建水仙產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供技術(shù)支持。