武珊珊，李 芬，熊昌云，任海濤 ，丁其歡 ，趙建銳，楊雪梅*

1. 滇西應(yīng)用技術(shù)大學(xué) 普洱茶學(xué)院，云南 普洱 665099；2. 云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 熱帶作物學(xué)院，云南 普洱 665099

云南大葉種曬青毛茶是以云南地理區(qū)域范圍內(nèi)大葉種茶樹鮮葉為原料，經(jīng)過殺青、揉捻和日曬干燥后制成的普洱茶原料[1,2]。由于云南地理區(qū)域環(huán)境差異大，不同茶區(qū)曬青毛茶香氣不同，即香氣有地域性差異。此外，曬青毛茶在加工過程中內(nèi)在化學(xué)成分在溫度及氧化酶等的作用下發(fā)生水解與聚合等變化，這些變化很大程度上影響茶葉香氣[3]。研究表明，茶葉香氣是反映茶葉品質(zhì)好壞的一個(gè)重要因素[3]。迄今已分離鑒定茶葉芳香物質(zhì)約有700種，但其主要成分僅為數(shù)十種，如香葉醇、順-3-已烯醇、芳樟醇及其氧化物和苯甲醇等[4]。

隨著分析技術(shù)的進(jìn)步，對茶葉香氣的提取分析方法和特征性成分等的研究有了較大發(fā)展[5-7]。至今，定性分析茶葉香氣的方法有減壓蒸餾法（VDE）、超臨界CO2萃取法（SPE）、固相微萃取法（SPME）、氣相色譜質(zhì)譜法（GC/MS）、同時(shí)蒸餾萃取法（SDE）和項(xiàng)空吸附法（HAS）等[8-10]。茶葉中芳香物質(zhì)具有含量少、種類多、易揮發(fā)、香氣化學(xué)成分復(fù)雜和地域性差異等特點(diǎn)，在提取過程中極易發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，如氧化、基團(tuán)轉(zhuǎn)移及聚合等，進(jìn)而影響提取的香氣成分的種類及含量，不能真實(shí)、全面、系統(tǒng)地反映茶葉的全部香氣組分。電子鼻技術(shù)是模仿人類嗅覺的一個(gè)檢測系統(tǒng)（智能感官儀器），可在短時(shí)間內(nèi)分析、識別和檢測大多數(shù)揮發(fā)性成分。能通過測定干茶樣、茶湯和葉底香氣的特點(diǎn)判斷揮發(fā)性物質(zhì)的主要香氣種類，進(jìn)而綜合測定茶葉本身所固有的香氣組分，且樣品的預(yù)處理過程相對簡單，不產(chǎn)生如審評人員在長時(shí)間感官審評時(shí)出現(xiàn)嗅覺疲勞等問題[11]。電子鼻具有功能各異的化學(xué)傳感器陣列和適當(dāng)?shù)哪Ｊ阶R別系統(tǒng)，不是檢測樣品中某一種或某幾種成分的定性與定量結(jié)果，而是全面、快速地給予樣品中揮發(fā)性成分的整體信息[7]。目前，電子鼻技術(shù)廣泛應(yīng)用于綠茶[12-15]、紅茶[16]、烏龍茶[17-18]及花茶[19-20]等茶葉香氣成分判定分析等研究領(lǐng)域中。但是，目前電子鼻技術(shù)在區(qū)別不同茶區(qū)香氣研究領(lǐng)域的應(yīng)用較少，研究成果鮮見報(bào)道。本試驗(yàn)通過電子鼻技術(shù)探討云南不同茶區(qū)曬青毛茶的香氣，以克服目前對不同茶區(qū)曬青毛茶香氣研究的一些不足。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)茶樣選用2017年春季采制的28份曬青毛茶（表1），由勐海臻味號茶葉股份有限公司提供，茶樣鮮葉采制標(biāo)準(zhǔn)為一芽二葉，毛茶加工工藝基本按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)加工。

表1 供試茶樣一覽表Table 1 Detail information of tea samples

續(xù)表

1.2 儀器設(shè)備

主要儀器和試劑見表2。

表2 試驗(yàn)儀器與設(shè)備Table 2 Experimental instrument

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 香氣檢測

打開電子鼻，預(yù)熱（30 min），設(shè)定參數(shù)：清洗傳感器（120 s）至各傳感器響應(yīng)值趨向于1.0000，檢測樣品（流速300 mL/min，信號采集時(shí)長60 s），記錄相應(yīng)特征響應(yīng)值，保存數(shù)據(jù)[19-20]。電子鼻傳感器的信號響應(yīng)值自40 s開始趨于穩(wěn)定，為保證檢測的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度，研究中的電導(dǎo)率均取50 s處的檢測信號進(jìn)行分析；主成分分析（PCA）、線性判別分析（LDA）和傳感器區(qū)分貢獻(xiàn)率分析（Loadings）均取 55 ～ 60 s六個(gè)時(shí)間點(diǎn)檢測信號進(jìn)行分析。

各取 3 g 供試樣品置于 250 mL 錐形瓶，瓶口保鮮膜密封，靜置45 min，使三角瓶內(nèi)氣體達(dá)到平衡后進(jìn)行干茶香氣檢測；再分別取3 g供試樣品于三角瓶（250 mL）中，加入沸水（純凈水，150 mL），迅速蓋上保鮮膜密封，靜置冷卻至45℃，對茶湯香氣進(jìn)行檢測；濾出茶湯后，再檢測葉底香氣[21]。為減少誤差，干茶、茶湯及葉底樣品均制備2個(gè)平行樣，重復(fù)檢測3次。

電子鼻配制傳感器對不同類型化合物響應(yīng)如表3。

表3 傳感器性能Table 3 The function and property of sensor transducer

1.3.2 數(shù)據(jù)處理

記錄每個(gè)樣品對應(yīng)的不同傳感器響應(yīng)信號的變化曲線、每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的信號值及星型雷達(dá)圖或柱狀指紋圖[22]。通過SPSS 64軟件，用Duncan’s新復(fù)極差測驗(yàn)SSR法對不同地區(qū)曬青毛茶樣品的電導(dǎo)率響應(yīng)值進(jìn)行分析。提取10個(gè)傳感器的特征值，采用主成分分析法（PCA）、線性判別法（LDA）和傳感器區(qū)別貢獻(xiàn)率分析法（Loadings）進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，分析不同感應(yīng)器的響應(yīng)及樣品之間主要組分差異。

2 結(jié)果與討論

2.1 傳感器區(qū)分貢獻(xiàn)率

電子鼻Loadings分析是傳感器對樣品中揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行區(qū)分的一種研究方法，主要考察樣品中哪類氣體物質(zhì)起主要區(qū)分作用，并判別其貢獻(xiàn)率大小。干茶的Loadings分析結(jié)果如圖1所示，傳感器W1W（對硫化物敏感）的位點(diǎn)距離x = 0最遠(yuǎn)，說明W1W對第一主成分的貢獻(xiàn)率最大；而傳感器W1S（對甲烷敏感）的位點(diǎn)距離y = 0最遠(yuǎn)，說明其對第二主成分貢獻(xiàn)率最大[20]。傳感器W2W（對有機(jī)硫化物敏感）的位點(diǎn)居于x和y軸的中間位置，說明其對第一和第二主成分有同等貢獻(xiàn)。茶湯的Loadings分析結(jié)果如圖2所示，由圖可知，傳感器W1W的位點(diǎn)距 x = 0 和 y = 0 都較遠(yuǎn)，說明其對第一和第二主成分的貢獻(xiàn)都較大；而W5S（對氮氧化物敏感）距y = 0最遠(yuǎn)，說明其對第二主成分貢獻(xiàn)率最大；傳感器W2W對第一和第二主成分的貢獻(xiàn)與干茶相似。葉底的Loadings分析結(jié)果如圖3所示，由圖可看出，傳感器對主成分的貢獻(xiàn)率與干茶完全相同，即傳感器W1W對第一主成分的貢獻(xiàn)率最大，傳感器W1S對第二主成分貢獻(xiàn)率最大，傳感器W2W對第一和第二主成分有同等貢獻(xiàn)。

圖1 參試樣品干茶Loading分析結(jié)果Figure 1 Test dry tea leaf Loading analysis

圖2 參試樣品茶湯Loading分析結(jié)果Figure 2 Tea infusion Loading analysis

圖3 參試樣品葉底Loading分析結(jié)果Figure 3 Test infused leaf Loading analysis

綜上可見， W5S、W2S、W1S、W1W和W2W這5個(gè)傳感器對不同茶區(qū)供試樣的識別度最為敏感，起主要區(qū)分作用。這與陳婷等[22]的研究結(jié)果一致。說明供試茶樣香氣物質(zhì)的變化可能主要與甲烷、硫化物、部分芳香型化合物、氮氧化物類和有機(jī)硫化物類等揮發(fā)性物質(zhì)有關(guān)。

2.2 PCA 分析

供試樣干茶、茶湯、葉底的傳感器響應(yīng)值PCA模式判別結(jié)果分別如圖4、圖5和圖6所示。其中6個(gè)紅色點(diǎn)表示代表供試樣被劃分為六個(gè)類群（A ～ F），距離最近的點(diǎn)（藍(lán)色點(diǎn)）表示香氣特征最接近的茶樣，圖形區(qū)域（S1 ～ S4）代表電子鼻傳感器不同的電導(dǎo)率均值，電導(dǎo)率值在范圍內(nèi)的供試茶樣即聚為一類。說明通過電子鼻技術(shù)能夠很好地將不同地區(qū)的曬青毛茶進(jìn)行區(qū)分和歸類。

在CORRELATION相關(guān)性矩陣判別模式下，干茶香氣第一主成分貢獻(xiàn)率是97.31%，第二主成分貢獻(xiàn)率是2.25%，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到99.56%。通過PCA分析可直觀看到，不同地區(qū)毛茶干茶香氣有一定差異，S1和S2圖形區(qū)域內(nèi)的干茶樣品香氣特征區(qū)別較大，S3和S4有一定區(qū)別，總體來看干茶香氣特征可分為四類（圖4）。

圖4 參試樣品干茶PCA分析結(jié)果Figure 4 Dry tea leaf PCA analysis

對毛茶茶湯的PCA分析結(jié)果（圖5）表明：第一主成分貢獻(xiàn)率是66.20%，第二主成分貢獻(xiàn)率是11.42%，累計(jì)貢獻(xiàn)率77.62%，明顯低于干茶和葉底貢獻(xiàn)率，基本上能代表茶湯香氣的信息；從圖示可看到各區(qū)域毛茶茶湯香氣大體上向一個(gè)區(qū)域集中，說明茶湯香氣差異不是太明顯，基本可表現(xiàn)為同一種類型。

圖5 參試樣品茶湯PCA分析結(jié)果Figure 5 Tea infusion PCA analysis

對毛茶葉底的PCA分析結(jié)果（圖6）表明：第一主成分貢獻(xiàn)率為94.01%，第二主成分貢獻(xiàn)率為5.03%，累計(jì)貢獻(xiàn)率為99.04%；通過圖示，顯示供試樣葉底的香氣特征更傾向于向S1聚集，S2、S3和S4有較明顯的區(qū)分，相比干茶香氣，葉底的差異也較大。

圖6 參試樣品葉底PCA分析結(jié)果Figure 6 Infused leaf PCA analysis

2.3 電子鼻傳感器對不同年份普洱生茶電導(dǎo)率G/G0值的變化

表4所示，供試樣干茶、葉底、茶湯在傳感器響應(yīng)值PCA模式判別結(jié)果中不同區(qū)域（S1～ S4）6個(gè)主要傳感器的電導(dǎo)率均值，顯示出電子鼻對干茶香氣特征的區(qū)分效果最好，也可看到傳感器W1S和W1W在6個(gè)傳感器中表現(xiàn)出最好的區(qū)分特性。其中，干茶以S1和S2區(qū)域內(nèi)的香氣特征更明顯，其次是S3和S4。對葉底的分析可知，S2、S3和S4香氣特征區(qū)別不大，三者與S1有較顯著區(qū)別。對茶湯的分析可知，四個(gè)區(qū)域內(nèi)的香氣特征并沒有顯著區(qū)分，說明電子鼻不能對茶湯香氣特征進(jìn)行很好區(qū)分，這與PCA模式判別結(jié)果一致。

表4 主要識別傳感器子集間方差分析結(jié)果Table 4 Major recognition sensors variance analysis on subclass

3 結(jié)論

本試驗(yàn)利用電子鼻檢測技術(shù)結(jié)合 PCA分析與Loadings分析數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)對云南不同茶區(qū)曬青毛茶香氣進(jìn)行分析，判別出不同茶區(qū)的香氣特征并對其歸類。電子鼻技術(shù)對不同茶區(qū)曬青毛茶均有較好的響應(yīng)，可有效區(qū)分不同茶區(qū)曬青毛茶。在10個(gè)傳感器中，W1W、W2W、W1S、W2S和W5S對干茶、茶湯和葉底香氣靈敏度較高，對曬青毛茶香氣測定的貢獻(xiàn)率較大，表明使用電子鼻研究曬青毛茶香氣時(shí)選擇使用上述5個(gè)傳感器較好。與羅美玲等[23-24]的研究結(jié)果一致。

主成分分析方法（PCA）能很好地區(qū)分不同地區(qū)曬青毛茶干茶、茶湯和葉底香氣，且根據(jù)電導(dǎo)率值的范圍值將供試茶樣進(jìn)行類群劃分。另外，通過傳感器區(qū)分貢獻(xiàn)率分析可知，傳感器W1W、W1S、W2W和W2S在判斷曬青毛茶類群劃分中起到較大作用，即萜烯類和硫化物、芳香化合物、氮氧化合物、醇類和烷類對曬青毛茶香氣貢獻(xiàn)較大。說明云南不同茶區(qū)曬青毛茶香氣物質(zhì)的變化可能主要與硫化物、甲烷、部分芳香型化合物、有機(jī)硫化物類和氮氧化物類等揮發(fā)性物質(zhì)有關(guān)[24]。另外，在今后的研究中可加入電子舌感官檢測設(shè)備的應(yīng)用，再結(jié)合GC-MS（氣質(zhì)聯(lián)用儀）對香氣組分的研究，則更能反應(yīng)出參試茶樣的整體品質(zhì)，使各類型客觀數(shù)據(jù)之間相互印證，準(zhǔn)確提煉出對茶葉品質(zhì)的影響因子，建立起關(guān)于茶品質(zhì)的指紋數(shù)據(jù)庫，為建立普洱茶產(chǎn)品品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)體系及普洱茶的拼配技術(shù)提供理論依據(jù)。