敬思群，吳飛虎，程金生，張俊艷，唐輝，李海霞

（1.韶關(guān)學(xué)院英東食品學(xué)院，廣東 韶關(guān) 512005；2.新疆大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830046；3.珠海雅富興源食品工業(yè)有限公司，廣東 珠海 519000）

非洲盛產(chǎn)茶葉，南非的如意寶花草茶和蜜樹茶以及白茶、綠茶、紅茶、烏龍茶乃至發(fā)酵茶等都是非洲的特色茶葉[1-2]。盧旺達位于非洲赤道附近，其中72%的茶樹生長在高地，肥沃的火山土壤和溫帶的氣候為茶葉的完美生長提供了條件，使得盧旺達茶具有美味、新鮮、營養(yǎng)和成分復(fù)雜的特點。Nkubana[3]將盧旺達紅茶與中國綠茶和烏龍茶進行抗氧化活性比較發(fā)現(xiàn)，盧旺達紅茶清除自由基的能力強于中國綠茶和烏龍茶。Nshimiyimana[4]研究發(fā)現(xiàn)，相對于盧旺達紅茶及其提取物，盧旺達綠茶及其提取物中的兒茶素含量非常豐富，這是由于盧旺達紅茶在加工過程中，將表沒食子兒茶素沒食子酸酯（epigallocatechin gallate，EGCG）氧化成了茶紅素和茶黃素，咖啡因在盧旺達綠茶中含量較高，在盧旺達紅茶中含量較低。盧旺達紅茶和盧旺達綠茶都屬于高地茶，但因其茶樹品種和加工方式不同，導(dǎo)致其揮發(fā)性化合物在成分和含量上都具有較大差異，但目前還未見有關(guān)盧旺達紅茶與盧旺達綠茶風(fēng)味成分分析的對比研究。

氣相離子遷移譜（gas chromatography-ion mobility spectroscopy，GC-IMS）是一種將氣相色譜技術(shù)和離子遷移譜技術(shù)相結(jié)合的新技術(shù)[5]。該技術(shù)根據(jù)氣相離子在電場中遷移速率的不同而進行識別，使得氣相色譜分離后得到的化學(xué)信息更加豐富[6-8]，其樣品無需復(fù)雜的預(yù)處理，具有簡單、高效和廉價的特點[9-12]，已在食品風(fēng)味分析[13-15]、食用油摻假鑒別[16-18]、環(huán)境毒害氣體檢測[19-20]等方面被應(yīng)用。頂空固相微萃取/氣質(zhì)聯(lián)用（headspace solid-phase microextraction/gas chromatography-mass spectrometry，HS-SPME/GC-MS）是一種成熟的常規(guī)分析技術(shù)，該技術(shù)聯(lián)合了氣相色譜的分離能力和質(zhì)譜檢測器的結(jié)構(gòu)優(yōu)點，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、食品等方面有廣泛應(yīng)用[21-23]，但未見GC-IMS與HS-SPME/GCMS技術(shù)聯(lián)用分析盧旺達茶葉風(fēng)味這方面的研究。

本文以盧旺達紅茶和盧旺達綠茶為研究對象，采用GC-IMS技術(shù)聯(lián)用HS-SPME/GC-MS技術(shù)分析茶葉風(fēng)味。選取了同一類型不同等級的兩種紅茶進行研究，再將兩種等級的紅茶與綠茶進行對比，測定3種茶樣的風(fēng)味成分并分析其差異性。旨在揭示等級與品種對盧旺達茶風(fēng)味成分的影響，為盧旺達紅茶與綠茶的開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

盧旺達紅茶FBOP、盧旺達紅茶FOBP1（紅茶FBOP中最優(yōu)等級）、盧旺達綠茶：珠海雅富興源食品工業(yè)有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

FlavourSpec氣相離子遷移譜聯(lián)用儀：德國G.A.S公司；GC-MS-QP 2010 Plus氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀：日本島津公司；手動SPME進樣器、50/30 μm DVB/CAR/PDMS固相微萃取頭：美國Supeclo公司；HH-8型水浴鍋：國華電器有限公司；Rtx-5MS石英毛細管柱（30.0 m×0.32 mm，0.25 μm）：美國 Agilent公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 GC-IMS技術(shù)分析風(fēng)味成分

樣品處理：取1 g樣品置于20 mL頂空瓶中，80℃孵育15 min后進樣。

GC-IMS測定條件：頂空孵化溫度80℃；孵化時間15 min；孵化轉(zhuǎn)速：500 r/min；頂空進樣針溫度 85℃；進樣量500 μL，不分流模式；清洗時間0.50 min；載氣為高純氮氣（≥99.999%）；色譜柱溫度60℃；IMS溫度45℃；色譜運行時間20 min，設(shè)置程序流速2.00 mL/min并保持1min，在10min內(nèi)線性增至20.00mL/min，在5min內(nèi)線性增至100.00 mL/min，以100.00 mL/min保持5 min。

數(shù)據(jù)分析與處理：采用設(shè)備自帶的Laboratory Analytical Viewer（LAV）分析軟件，采用 GC-IMS Library Search軟件內(nèi)置的2014NIST數(shù)據(jù)庫和IMS數(shù)據(jù)庫對風(fēng)味成分進行定性分析、LAV中Reporter和Gallery插件程序構(gòu)建揮發(fā)性有機物的差異圖譜和指紋圖譜；dynamic PCA plug-ins插件程序進行PCA處理，采用LAV軟件中插件Matching matrix進行相似度分析。使用Excel 2010作圖。

1.3.2 GC-MS技術(shù)分析風(fēng)味成分

1.3.2.1 樣品采集預(yù)處理

頂空固相微萃?。簩⑤腿☆^在氣相色譜儀的進樣口經(jīng)250℃老化30 min備用；稱取樣品10 g，放入100 mL的三角瓶內(nèi)，用錫箔紙封口。首先將其置于80℃的恒溫水浴鍋內(nèi)10 min，使茶葉風(fēng)味充分揮發(fā)和平衡；然后將固相微萃取裝置的針頭穿透錫箔紙插入三角瓶內(nèi)茶葉上方，固定好固相微萃取的手柄，小心推出纖維頭并開始計時；吸附60 min后取出，隨即插入GC-MS儀器的進樣口，在230℃下熱脫附1 min。

1.3.2.2 GC-MS測定條件

GC條件：Rtx-5MS石英毛細管柱（30.0m×0.32mm，0.25 μm），載氣 He（99.999%），柱前壓 4.07×104Pa，分流比5∶1，進樣口溫度230℃，柱溫為起始溫度30℃保持3 min、以2℃/min升至160℃、再以10℃/min升至230℃、保持3 min。

MS 條件：電子轟擊離子源（electron impact，EI）、溫度200℃、電子能量70 eV、質(zhì)量掃描范圍35 u～450 u、掃描速度909 u/s、光電倍增管電壓800 V。

1.3.2.3 數(shù)據(jù)分析與處理

根據(jù)得到的總離子流圖中各色譜峰的質(zhì)譜信息，經(jīng)NIST05標準質(zhì)譜庫對照及與已發(fā)表的茶葉風(fēng)味質(zhì)譜資料比較，確定各色譜峰對應(yīng)的物質(zhì)結(jié)構(gòu)。各色譜峰的峰面積與總峰面積之比為各風(fēng)味組分的相對含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 HS-SPME/GC-MS結(jié)果分析

圖1～圖3分別為3種茶葉氣相色譜-質(zhì)譜總離子流圖譜（total ion chromatogram，TIC）。盧旺達茶葉主要風(fēng)味成分見表1。

表1 盧旺達茶葉主要風(fēng)味成分（HS-SPME/GC-MS分析）Table 1 Main flavor components of Rwandan tea（HS-SPME/GC-MS analysis）

續(xù)表1 盧旺達茶葉主要風(fēng)味成分（HS-SPME/GC-MS分析）Continue table 1 Main flavor components of Rwandan tea（HS-SPME/GC-MS analysis）

圖1 FBOP1盧旺達紅茶總離子流圖譜Fig.1 TIC pattern of FBOP1 Rwandan black tea

圖2 FBOP盧旺達紅茶總離子流圖譜Fig.2 TIC pattern of FBOP Rwandan black tea

圖3 盧旺達綠茶總離子流圖譜Fig.3 TIC pattern of Rwandan green tea

從圖1～圖3可以直觀看出，3種茶葉具有較多共同風(fēng)味成分，利用HS-SPME/GC-MS共檢測出71種主要風(fēng)味成分（表1），其中共有風(fēng)味成分16種，分別為芳樟醇、水楊酸、咖啡因、十二烷、β-紫羅蘭酮、十六烷、酞酸二乙酯、二氫獼猴桃內(nèi)酯、香葉基丙酮、十二甲基環(huán)六硅氧烷、苯甲醛、十八甲基環(huán)壬硅氧烷、大馬士酮、葉綠醇、甲位紫羅蘭酮、3-甲基-十三烷。盧旺達紅茶FBOP1含有2，6，10-三甲基十三烷、六甲基環(huán)三硅氧烷、己醛等13種獨有的風(fēng)味成分，盧旺達紅茶FBOP含有苯乙醇、卡達林、右旋萜二烯等17種獨有的風(fēng)味成分，盧旺達綠茶含有反式-橙花叔醇、二十七烷酸、茉莉酮等8種獨有的風(fēng)味成分。

2.2 GC-IMS三維圖譜分析

通過LAV軟件得到樣品揮發(fā)性有機物的遷移譜圖，見圖4。圖5為盧旺達紅茶FBOP1、盧旺達紅茶FBOP和盧旺達綠茶的GC-IMS遷移譜圖俯視圖。

圖5 3種茶葉GC-IMS譜圖（俯視圖）Fig.5 GC-IMS spectra of three kinds of tea（top view）

圖4可以直觀看出不同茶葉中的揮發(fā)性有機物差異，但是由于分析不便，因此取俯視圖圖5進行差異對比。以紅色豎線為反應(yīng)離子峰（RIP峰），RIP峰右側(cè)的每個點代表1種揮發(fā)性有機物，白色表示濃度較少，紅色表示濃度較大，顏色越深表示濃度越大。根據(jù)圖5中信號峰的數(shù)量及峰強度可以直觀看出，盧旺達紅茶FBOP1與盧旺達紅茶FBOP兩個茶葉的風(fēng)味成分較為相似，與盧旺達綠茶差異較大。

利用GC-IMS技術(shù)對3種茶葉風(fēng)味成分的定量分析見表2。

表2 3種茶葉主要風(fēng)味成分（GC-IMS分析）Table 2 Main flavor components of three kinds of tea（GC-IMS analysis）

由表2可知，3種茶葉含有異戊酸己酯、水楊酸、芳樟醇、壬醛、檸檬烯等45種共同風(fēng)味成分，其中水楊酸、芳樟醇等物質(zhì)與GC-MS分析的結(jié)果相似。

2.3 3種茶葉風(fēng)味成分GC-IMS指紋圖譜分析

為了更加深入分析3種茶葉風(fēng)味成分的差異性，利用GalleryPlot插件制出其風(fēng)味成分指紋圖譜，見圖6。

圖6 茶葉指紋圖譜Fig.6 Fingerprint of tea

由圖6可知，盧旺達紅茶FBOP1與盧旺達紅茶FBOP兩個茶葉的風(fēng)味成分較為相似，與盧旺達綠茶差異較大；綠框區(qū)域的物質(zhì)在盧旺達紅茶FBOP中含量較高，其中包含糠醛、氧化芳樟醇、E-2-辛烯醛、（E，E）-2，4-庚二烯醛、E-2-己烯醛、乙偶姻、2-乙基呋喃、2，5-二甲基呋喃、苯乙醛、水楊酸等；紅框區(qū)域的物質(zhì)在盧旺達綠茶中含量較高，其中包含3-戊酮、6-甲基-5-庚烯-2-酮、苯甲醛、E-2-庚烯醛、2-甲基丁酸乙酯、β-羅勒烯、檸檬烯、月桂烯、β-蒎烯、α-蒎烯、丁酸己酯、丁酸丁酯、丙酸丁酯、丁酸丙酯、乙酸-2-甲基丁酯、乙酸丁酯、壬醛、戊醛、1-戊醇、3-甲基丁醇、2-己酮、2-丁酮、丙酮、丙酸等。

2.4 3種茶葉風(fēng)味成分GC-IMS指紋圖譜主成分分析（PCA）

根據(jù)圖6構(gòu)建的3種茶葉風(fēng)味成分指紋圖譜，采用Dynamic PCA插件進行PCA處理，比較3種茶葉風(fēng)味成分之間的差異性，結(jié)果見圖7。

圖7 樣品的PCA圖Fig.7 PCA diagram of the sample

從圖7可以看出，主成分1和主成分2的貢獻率之和達到了97%，3種茶葉的風(fēng)味具有一定的差異，盧旺達紅茶FBOP1與盧旺達紅茶FBOP兩個茶葉的風(fēng)味成分較為相似，與盧旺達綠茶差異較大。

2.5 3種茶葉風(fēng)味成分GC-IMS指紋圖譜相似度分析

通過最近鄰算法，評估樣品的相似度并進行分類，結(jié)果見圖8。

圖8 指紋譜圖相似度分析Fig.8 Similarity analysis of fingerprint spectral

樣品間距離越遠，相似度越小。從圖8可以看出，盧旺達紅茶FBOP1與盧旺達紅茶FBOP兩個茶葉的風(fēng)味成分較為相似，與盧旺達綠茶差異較大。

3 結(jié)論

GC-IMS和HS-SPME/GC-MS兩種技術(shù)的分析結(jié)果表現(xiàn)出一定的差異性，HS-SPME/GC-MS技術(shù)檢測出的多為10個碳原子以上且含量較高的大分子成分，而GC-IMS檢測出的大部分為10個碳原子以下且含量較低的小分子成分，兩種技術(shù)的聯(lián)用分析能夠彌補各自的局限，更加全面地反映茶葉的風(fēng)味成分；主成分分析、最近鄰算法相似性分析結(jié)果都表明盧旺達紅茶FBOP1與盧旺達紅茶FBOP的風(fēng)味成分較為相似，而兩者與盧旺達綠茶的差異較大。