趙 熙， 余鵬輝， 黃 浩， 鐘 妮， 鄭紅發(fā)

（湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 茶葉研究所，湖南 長(zhǎng)沙 410125）

黑茶是我國(guó)六大茶類之一，也是重要的特色茶類，2020年全國(guó)黑茶產(chǎn)量達(dá)37.3萬(wàn)t，占全國(guó)茶葉總產(chǎn)量的12.50%。黑毛茶是指沒(méi)有經(jīng)過(guò)壓制的黑茶，也是用來(lái)加工茯磚茶、黑磚茶、青磚茶等緊壓黑茶的原料，其品質(zhì)的好壞直接影響到緊壓黑茶產(chǎn)品的質(zhì)量。香氣和滋味是構(gòu)成黑毛茶特征風(fēng)味品質(zhì)的兩個(gè)重要因素，黑毛茶的特殊香氣是適度渥堆的茶坯在干燥過(guò)程中形成的，目前生產(chǎn)上通常采用曬干和烘干兩種方式進(jìn)行干燥，不同干燥方式生產(chǎn)出的黑毛茶風(fēng)味品質(zhì)具有一定的差異。黑毛茶的特征揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)不僅是重要的感官指標(biāo)之一，而且是影響黑毛茶品質(zhì)和加工特性的重要因素。因此，明確黑毛茶風(fēng)味品質(zhì)并開(kāi)展不同干燥方式下黑毛茶特征揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)差異研究，不僅可為探明黑毛茶風(fēng)味品質(zhì)形成機(jī)理奠定基礎(chǔ)，而且對(duì)黑毛茶加工工藝優(yōu)化和產(chǎn)品品質(zhì)提升具有積極意義。

HS-GC-IMS是近年來(lái)出現(xiàn)的一種新興氣相分離檢測(cè)技術(shù)，該技術(shù)采取頂空進(jìn)樣方式，根據(jù)氣相離子遷移率對(duì)化合物進(jìn)行表征，具有高靈敏度、高分辨率、分析速度快等優(yōu)點(diǎn)[1]，目前在食品特征風(fēng)味、快速鑒別和產(chǎn)地溯源等方面得到了廣泛應(yīng)用[2-10]，而將HS-GC-IMS用于黑毛茶揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的分析研究尚未見(jiàn)報(bào)道。

采用HS-GC-IMS技術(shù)對(duì)烘干和曬干處理的黑毛茶進(jìn)行揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的組成鑒定，分析不同干燥方式對(duì)黑毛茶揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的影響，并運(yùn)用主成分分析（principal component analysis，PCA）和相似度分析探究不同干燥方式處理的黑毛茶樣品間的相關(guān)性與差異性，以期為黑毛茶風(fēng)味品質(zhì)的調(diào)控提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

選用湖南省安化縣云臺(tái)山八角茶廠2020年夏季櫧葉齊茶樹(shù)品種，采摘1芽3、4葉或同等嫩度對(duì)夾葉進(jìn)行黑毛茶加工。

2-丁酮、2-戊酮、2-己酮、2-庚酮、2-辛酮、2-壬酮（均為分析純）：北京國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司產(chǎn)品。

1.2 主要儀器與設(shè)備

6CST-80型茶葉殺青機(jī)、6CR-50型茶葉揉捻機(jī)：浙江上洋機(jī)械有限公司產(chǎn)品；JY-6CHZ-7B型茶葉烘焙提香機(jī)：福建佳友機(jī)械有限公司產(chǎn)品；FW80-50 g萬(wàn)能粉碎機(jī)：天津泰斯特儀器有限公司產(chǎn)品；HS-GC-IMS FlavourSpec?風(fēng)味分析儀：德國(guó)Gesellschaft für analytische Sensorsy-steme mbH公司產(chǎn)品。

1.3 方法

1.3.1 樣品制備根據(jù)加工工藝流程制成黑毛茶樣品，鮮葉（1芽3、4葉或同等嫩度對(duì)夾葉）→攤青（時(shí)間12 h）→殺青（溫度260～280℃）→揉捻（輕壓5 min，中壓5 min，松壓5 min）→渥堆（堆高1 m，時(shí)間12 h），然后分別進(jìn)行烘焙提香機(jī)烘干和自然日曬處理至水分含量達(dá)10%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）以下。烘干黑毛茶樣品為Z1，曬干黑毛茶樣品為Z2。將制成的黑毛茶粉碎后過(guò)40目篩，保存于-20℃冰箱中備用。

1.3.2 干燥工藝參數(shù)烘干：溫度為90℃，烘盤托架回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速5 r/min，時(shí)間90 min；曬干：在陽(yáng)光棚中進(jìn)行，溫度20～35℃。

1.3.3 HS-GC-IMS分析進(jìn)樣方式：自動(dòng)頂空進(jìn)樣；孵化溫度：60℃；孵化時(shí)間：10 min；孵化轉(zhuǎn)速：500 r/min；進(jìn)樣針溫度：85℃；進(jìn)樣量：500 μL。

GC-IMS條件：FS-SE-54-CB-1毛細(xì)管柱（15 m×0.53 mm）；分析時(shí)間：45 min；色譜柱溫度：60℃；IMS探測(cè)器溫度：45℃；載氣和漂移氣為N2，純度≥99.999%。氣相色譜條件見(jiàn)表1。

表1 氣相色譜條件Table 1 Gas chromatographic conditions

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用儀器配置的VOCal軟件，將化合物的氣相保留指數(shù)和相對(duì)遷移時(shí)間與GC-IMS Library Search軟件內(nèi)置的NIST數(shù)據(jù)庫(kù)和IMS數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行匹配對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定性分析?；衔锉Ａ糁笖?shù)計(jì)算方法：采用和樣品相同的氣相條件測(cè)試正構(gòu)酮類（C4～C9）校準(zhǔn)液，建立保留指數(shù)（已知）和保留時(shí)間的校準(zhǔn)曲線，對(duì)于未知物質(zhì)，通過(guò)其保留時(shí)間（t）計(jì)算相應(yīng)的保留指數(shù)（RI）。公式為RI=RI（z）+[RI（z+1）-RI（z）]×[lg t（x）-lg t（z）]/[lg t（z+1）-lg t（z）]，其中z和z+1分別為目標(biāo)化合物（x）流出前后的正構(gòu)烷烴（正構(gòu)酮）所含碳原子的數(shù)目。Reporter插件：通過(guò)二維俯視圖、三維譜圖直觀對(duì)比不同干燥處理黑毛茶樣品之間的譜圖差異；Gallery Plot插件：對(duì)不同干燥處理黑毛茶樣品之間的揮發(fā)性成分差異進(jìn)行定量分析；Dynamic PCA插件：進(jìn)行不同干燥處理黑毛茶樣品動(dòng)態(tài)主成分分析和相似度分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同干燥方式黑毛茶中揮發(fā)性化合物譜圖分析

不同干燥方式處理的黑毛茶GC-IMS譜圖見(jiàn)圖1和圖2。其中，圖1為不同干燥方式黑毛茶揮發(fā)性成分三維對(duì)比圖譜，圖2為不同干燥方式黑毛茶二維對(duì)比圖譜。圖2的紅色垂直線為反應(yīng)離子峰（reaction ion peak，RIP）[11-13]。結(jié)果表明，GC-IMS技術(shù)可使不同干燥方式黑毛茶樣品的揮發(fā)性成分得到較好的分離檢測(cè)，RIP右側(cè)紅色點(diǎn)的數(shù)量對(duì)應(yīng)揮發(fā)性成分的種類，顏色深淺與揮發(fā)性物質(zhì)的含量呈正相關(guān)的關(guān)系，顏色越深，表明含量越高，反之顏色越淺，表明含量越低[14-15]。從圖中可以看出，不同干燥方式處理的黑毛茶揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的相對(duì)遷移時(shí)間大都集中在1.0～1.8 ms區(qū)間內(nèi)，保留時(shí)間基本為100～800 s。不同處理之間揮發(fā)性物質(zhì)的組成差別不大，而同一化合物在不同干燥方式黑毛茶中的含量存在較大差異，具有各自的特征譜信息。

圖1 不同干燥方式黑毛茶中揮發(fā)性化合物氣相-離子遷移三維譜圖Fig.1 GC-IMS 3D topographic of volatile compounds in raw dark tea dried by different methods

圖2 不同干燥方式黑毛茶中揮發(fā)性化合物氣相-離子遷移二維譜圖Fig.2 GC-IMS 2D topographic of volatile compounds in raw dark tea dried by different methods

2.2 不同干燥方式黑毛茶中揮發(fā)性化合物定性分析

通過(guò)比較不同干燥方式黑毛茶揮發(fā)性風(fēng)味成分的保留時(shí)間和遷移時(shí)間，計(jì)算揮發(fā)性物質(zhì)的保留指數(shù)，在NIST 2014數(shù)據(jù)庫(kù)和IMS遷移時(shí)間數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行匹配，從而對(duì)揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行定性分析。2種黑毛茶樣品共檢出揮發(fā)性物質(zhì)65種，包括23種醛類化合物、13種酯類化合物、11種醇類化合物、10種酮類化合物、3種雜氧化合物、2種碳?xì)浠衔铩?種吡嗪類化合物、1種酸類化合物（見(jiàn)表2）。其中有些化合物同時(shí)檢測(cè)出單體和二聚體，保留時(shí)間相近，但遷移時(shí)間不同[16]。

表2 黑毛茶中揮發(fā)性化合物的定性Table 2 Qualitative identification of volatile compounds in raw dark tea

續(xù)表2

兩個(gè)不同干燥方式黑毛茶中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)略有區(qū)別。如圖3所示，烘干黑毛茶中醛類為41.57%，醇類為21.19%，酯類為19.48%，酮類為13.10%，雜氧化合物為3.54%，碳?xì)浠衔餅?.70%，酸類為0.22%，吡嗪類為0.20%；曬干黑毛茶中醛類為40.75%，酯類為22.55%，酮類為15.63%，醇類為11.75%，雜氧化合物為7.66%，碳?xì)浠衔餅?.68%，酸類為0.34%，吡嗪類為0.64%（均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。從鑒定出的香氣組分來(lái)看，不同干燥方式的黑毛茶化合物種類具有一定差異，烘干黑毛茶以醛類和醇類化合物為主，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別達(dá)到41.57%和21.19%；曬干黑毛茶以醛類和酯類化合物為主，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別達(dá)到40.75%和22.55%，醇類僅為11.75%。

圖3 不同干燥方式黑毛茶主要揮發(fā)性成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)比Fig.3 Comparison of the mass fraction of main volatile components in raw dark tea dried by different methods

2.3 不同干燥方式黑毛茶中揮發(fā)性成分的指紋圖譜分析

指紋圖譜的優(yōu)點(diǎn)在于能夠直觀比較不同樣品之間揮發(fā)性化合物的差異。圖4中每一列代表一種揮發(fā)性化合物，前3行代表烘干黑毛茶樣品中含有的揮發(fā)性化合物，后3行代表曬干黑毛茶中含有的揮發(fā)性化合物。圖譜中點(diǎn)的顏色深淺與揮發(fā)性化合物含量正相關(guān)，顏色越紅亮，說(shuō)明揮發(fā)性化合物含量越高，反之含量越低。結(jié)果表明，烘干黑毛茶與曬干黑毛茶樣品間差異顯著，紅色框中2-丁酮、2-甲基丁醛、3-羥基-2-甲基-4-吡喃酮、戊醛等13種風(fēng)味化合物含量較高，為烘干黑毛茶中特征風(fēng)味物質(zhì)；綠色框中壬醛、正己醛、庚二烯醛、乙酸乙酯等48種風(fēng)味化合物含量較高，為曬干黑毛茶中特征風(fēng)味物質(zhì)；紅框和綠框之間為烘干黑毛茶和曬干黑毛茶共同含有的2-庚酮、3-羥基-2-丁酮、2-甲基丁醛等物質(zhì)。

圖4 不同干燥方式黑毛茶揮發(fā)性物質(zhì)指紋圖譜Fig.4 Fingerprint of volatile components in raw dark tea dried by different methods

2.4 不同干燥方式黑毛茶揮發(fā)性化合物的主成分分析和樣品相似度分析

使用Dynamic PCA插件針對(duì)不同干燥方式處理的黑毛茶樣品揮發(fā)性化合物數(shù)據(jù)進(jìn)行了可視化處理，并對(duì)兩種樣品中的揮發(fā)性物質(zhì)組成進(jìn)行主成分分析和樣品相似度分析（見(jiàn)圖5、圖6）。PCA圖中距離越近的點(diǎn)代表樣品越相近，代表樣品間相似度的歐氏距離越小，樣品間相似度越高。結(jié)果表明，第一主成分PC1貢獻(xiàn)率為91%，第二主成分PC2貢獻(xiàn)率為4%，第一主成分和第二主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率為95%，表明PC1、PC2的總貢獻(xiàn)率包含了黑毛茶樣品的大部分信息，能代表黑毛茶樣品揮發(fā)性風(fēng)味的主要特征，且從圖5和表3中可以看出，烘干黑毛茶和曬干黑毛茶樣品間歐氏距離較大，相似度較低，可以實(shí)現(xiàn)較好的區(qū)分，證明樣本的特征風(fēng)味物質(zhì)具有明顯差異。主成分分析圖中紅色圓點(diǎn)為烘干黑毛茶樣品，樣本間聚集度較好；黃色圓點(diǎn)為曬干黑毛茶樣品，樣本間聚集度較均勻?？梢?jiàn)，GC-IMS技術(shù)可對(duì)不同干燥方式的黑毛茶進(jìn)行區(qū)分，探索不同干燥方式樣品的特性。

表3 樣品間歐氏距離Table 3 Euclidean distance between samples

圖5 不同干燥方式黑毛茶相似度圖Fig.5 Similarity map of raw dark tea dried by different methods

圖6 不同干燥方式黑毛茶PCA分析圖Fig.6 PCA analysis diagram of raw dark tea dried by different methods

3 結(jié)語(yǔ)

采用HS-GC-IMS分析技術(shù)檢測(cè)了烘干黑毛茶和曬干黑毛茶的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，共鑒定出65種化合物，主要包括醛類、醇類、酯類、酮類、雜氧類、碳?xì)浠衔镱?、酸類、吡嗪類等成分。通過(guò)構(gòu)建黑毛茶HS-GC-IMS風(fēng)味指紋圖譜，明確了不同干燥方式黑毛茶的特征風(fēng)味物質(zhì)。進(jìn)行相似度和主成分分析，烘干黑毛茶和曬干黑毛茶樣品得到了較好區(qū)分。HS-GC-IMS分析技術(shù)具有簡(jiǎn)單、快速、無(wú)損等特點(diǎn)，可為黑毛茶揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)分析及不同干燥方式的黑毛茶風(fēng)味品質(zhì)評(píng)價(jià)和工藝優(yōu)化提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。