潘婉舒,胡先強(qiáng),張正義,呂 陳,王 松,3,
(1.宜賓學(xué)院農(nóng)林與食品工程學(xué)部,四川宜賓 644000;2.中國(guó)人民大學(xué)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶研究院,四川宜賓 644000;3.宜賓學(xué)院固態(tài)發(fā)酵資源利用四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川宜賓 644000)
筠連早白尖紅茶是四川工夫紅茶的優(yōu)質(zhì)代表,為國(guó)家地理標(biāo)識(shí)產(chǎn)品。早白尖品種是由四川筠連本地川小葉群體種經(jīng)多年選育出的國(guó)家級(jí)良種,種植區(qū)海拔760~1200 m,土壤為黃或棕壤且偏酸性,腐殖質(zhì)含量較高,茶樹(shù)成活率高,生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)強(qiáng),全年采摘期長(zhǎng)達(dá)7個(gè)月,鮮葉具有“早、嫩、快、好”的優(yōu)良品質(zhì)[1]。筠連早白尖紅茶條索顯金毫,湯色濃亮,滋味醇厚鮮爽,帶桔糖香,深受消費(fèi)者喜愛(ài)。
茶的香氣是其最重要的感官屬性之一,對(duì)茶葉的品質(zhì)和市場(chǎng)價(jià)格具有重要影響,而紅茶是揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)濃度最高,香氣感知度最強(qiáng)烈的茶型[2-4],因此有關(guān)各地紅茶香氣物質(zhì)方面的研究越來(lái)越受到關(guān)注。紅茶香氣的形成主要受茶樹(shù)品種和加工工藝的影響[5-7],另外采摘季節(jié)、土壤條件、栽培海拔高度等也顯著影響紅茶中香氣物質(zhì)的組成和含量,進(jìn)而產(chǎn)生不同紅茶類型的香氣品質(zhì)[8-11]。目前對(duì)早白尖紅茶香氣的研究?jī)H有少量感官香型描述[12],對(duì)不同季節(jié)筠連早白尖紅茶香氣成分的研究鮮見(jiàn)報(bào)道。
在分析茶中揮發(fā)性化合物方面,頂空-固相微萃?。℉S-SPME)已被證明是一種無(wú)溶劑、快速、簡(jiǎn)單且方便的方法[13],其通常與氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GCMS)結(jié)合進(jìn)行分析,通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜庫(kù)和保留指數(shù)來(lái)鑒定和定量單個(gè)揮發(fā)性化合物[14-16]。同時(shí),為了最大程度地從揮發(fā)性成分分析的大數(shù)據(jù)中提取有用信息,應(yīng)用化學(xué)計(jì)量學(xué)方法如主成分分析(PCA)、偏最小二乘-判別分析(PLS-DA)、層次聚類分析(HCA)等對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析是非常必要的[17-18]。目前,HSSPME-GC-MS與這些化學(xué)計(jì)量學(xué)方法相結(jié)合的模式已在分析不同類型茶樣品中獲得了越來(lái)越多的成功[19-20]。然而,相關(guān)研究模式尚未用于筠連早白尖紅茶揮發(fā)性成分研究。
為了解筠連早白尖紅茶的主要香氣成分,解析不同季節(jié)早白尖紅茶關(guān)鍵香氣物質(zhì)及差異,本研究采用HS-SPME-GC-MS定性定量分析春、夏、秋茶中各香氣成分,采用PLS-DA以茶樣中香氣成分的相對(duì)含量建立不同季節(jié)判別模型,確定對(duì)分類起關(guān)鍵作用的香氣成分,最后通過(guò)聚類分析的樹(shù)狀熱圖來(lái)確定各關(guān)鍵香氣成分在不同季節(jié)筠連早白尖紅茶中的分布規(guī)律,為更加科學(xué)和客觀地評(píng)價(jià)筠連早白尖紅茶的香氣品質(zhì)和地方優(yōu)質(zhì)紅茶品牌塑造提供一些參考。
供試早白尖紅茶 由四川筠連縣農(nóng)產(chǎn)品品牌辦公室提供,于2019年采自筠連縣茶園,春、夏、秋茶分別于3、6、9月份采集,采摘標(biāo)準(zhǔn)為一芽二葉,當(dāng)季從不同的茶園(位于北緯27°,東經(jīng)104°,其中,H和L茶園海拔1100~1200 m,W、S和Y茶園海拔600~700 m)共采集5個(gè)茶樣,鮮葉收集到同一加工廠,按照“萎凋-揉捻-發(fā)酵-干燥”[21]的傳統(tǒng)川紅工藝制得紅茶成品,每個(gè)茶樣3個(gè)重復(fù),所有工藝參數(shù)一致。當(dāng)季紅茶成品研磨過(guò)60目篩,自封袋封裝后常溫保存,隨后送至實(shí)驗(yàn)室3 d內(nèi)完成測(cè)試分析。每季均從相同的茶園獲得同樣數(shù)量的鮮葉用于成品制作,三季共測(cè)試分析15個(gè)茶樣。
FA1104分析天平 上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司;氣相色譜(7890A)-質(zhì)譜(5975C)聯(lián)用儀 美國(guó)安捷倫科技有限公司;65 μm PDMS/DVB固相微萃取頭 美國(guó)Supelco公司。
1.2.1 樣品前處理 稱取0.4 g磨碎茶樣于樣品瓶中,添加10 μL內(nèi)標(biāo)溶液(1-辛醇 10 μg/mL),加入0.6 g NaCl和2 mL 100 ℃蒸餾水,加蓋密封,60 ℃水浴中平衡15 min[22]。使用65 μm PDMS/DVB固相微萃取頭60 ℃頂空吸附60 min,進(jìn)樣口240 ℃,解析5 min。
1.2.2 色譜條件 采用HP-5MS石英毛細(xì)管色譜柱(30 m×0.32 mm,0.25 μm);進(jìn)樣口溫度240 ℃,載氣為高純度氦氣,流速0.8 mL/min,不分流進(jìn)樣;梯度升溫程序:柱溫為0 ℃,保持3 min,以 2 ℃/min升至 90 ℃,保持 5 min,再以 3 ℃/min 升至 160 ℃,以10 ℃/min升至250 ℃,保持5 min。
1.2.3 質(zhì)譜條件 離子源為EI源,溫度230 ℃,電子能量70 eV,四極桿溫度150 ℃,接口溫度280 ℃,電子倍增器電壓1680 V,掃描范圍44~350 m/z。
1.2.4 揮發(fā)性成分的定性和定量 根據(jù)樣品總離子流圖,結(jié)合NIST 98.L譜庫(kù)和前人的相關(guān)研究,對(duì)不同季節(jié)茶葉中揮發(fā)性成分進(jìn)行鑒定,篩選匹配度達(dá)到90%以上的化合物,同時(shí)排除柱流失等干擾性化合物。以1-辛醇為內(nèi)標(biāo)作為峰面積對(duì)照,參照汪鵬等[23]的研究方法采用歸一法計(jì)算相對(duì)含量和內(nèi)標(biāo)法半定量計(jì)算其余組分含量,計(jì)算公式如下:
原始數(shù)據(jù)用Microsoft Excel 2019進(jìn)行預(yù)處理;采用SPSS 22.0進(jìn)行單因素方差分析;采用SIMCAP14.1進(jìn)行偏最小二乘(PLS-DA)分析;采用Origin 2019進(jìn)行圖表繪制。
早白尖紅茶樣品色譜圖見(jiàn)圖1。如表1所示,對(duì)不同季節(jié)共15個(gè)早白尖紅茶樣品中揮發(fā)性成分分析表明,總共鑒定出44種化合物,包括醛類、醇類、酮類、酯類、碳?xì)浠衔?、雜環(huán)類及其他類化合物。其中醇類物質(zhì)相對(duì)含量最豐富,共檢出11種,各樣品相對(duì)含量35.34%~64.42%之間,樣品平均相對(duì)含量為53.65%;其次是醛類物質(zhì),共檢測(cè)出12種,各樣品相對(duì)含量在10.57%~36.88%之間,樣品平均相對(duì)含量為20.29%;酯類物質(zhì)為第三大類揮發(fā)性成分,共檢測(cè)出2種,各樣品相對(duì)含量在5.09%~20.92%之間,樣品平均相對(duì)含量為12.28%;酮類、碳?xì)浠衔锖碗s環(huán)類及其他類物質(zhì)相對(duì)含量均非常低,分別檢測(cè)出8種、6種、5種,樣品平均相對(duì)含量分別只有0.55%、0.19%和3.93%。馬玉青等[24]研究云南滇紅香氣組成包含醇類、酯類、醛類、萜烯類、酮類,其中醇類接近香氣總量的43%,遠(yuǎn)高于其它種類化合物占比。章港等[25]利用SPME-GC-MS技術(shù)研究祁門紅茶,發(fā)現(xiàn)醇類、醛類與酯類成分是主要揮發(fā)性香氣物質(zhì),分別占總含量的67.54%、16.93%和11.36%。筠連早白尖紅茶香氣組成與前人研究基本一致,即紅茶香氣物質(zhì)主要是醇類、醛類和酯類,由鮮葉中的糖苷類、氨基酸、脂肪酸、β-胡蘿卜素等香氣前體物質(zhì)在萎凋、揉捻、發(fā)酵、干燥的加工過(guò)程中通過(guò)一系列生物化學(xué)反應(yīng)逐漸形成[26]。
圖 1 早白尖紅茶樣品(春季CH)GC-MS色譜圖Fig.1 Sample chromatogram (Spring CH) of Zaobaijian black tea
表 1 各季節(jié)樣品揮發(fā)性成分(μg/g)Table 1 Volatile components of each tea sample collected from different seasons (μg/g)
根據(jù)各樣品揮發(fā)性成分(表1),春季樣品平均揮發(fā)性成分最高(179.43 μg/g),夏季樣品次之(175.56 μg/g),秋季樣品最低(137.62 μg/g),但三季樣品之間差異不顯著(P>0.05)。從季節(jié)來(lái)看(圖2),春季樣品酯類物質(zhì)含量顯著高于(P<0.05)夏季和秋季樣品,醇類物質(zhì)顯著高于(P<0.05)秋季,醇類物質(zhì)主要差異來(lái)自香葉醇,春季5個(gè)樣品中均檢出了含量豐富的香葉醇,平均含量達(dá)到了44.38 μg/g,而夏季和秋季樣品檢出的是橙花醇(順-香葉醇),平均含量分別為11.78和18.59 μg/g。香葉醇主要由鮮葉中萜烯醇類糖苷在加工過(guò)程中水解形成,具有典型的玫瑰花香和甜香,是“祁門香”的主要香氣物質(zhì)之一[25]。王夢(mèng)琪等[26]研究發(fā)現(xiàn)不同季節(jié)鮮葉中各類糖苷含量的是不同的,春季以萜烯醇類糖苷為主,其含量可以達(dá)到70%以上,而夏季和秋季萜烯醇類糖苷大幅減少,芳香族醇和脂肪族醇糖苷含量明顯增多。酯類物質(zhì)的主要差異來(lái)自于水楊酸甲酯,具有典型的冬青香氣,春季樣品平均含量高達(dá)34.72 μg/g,而夏季和秋季樣品分別為18.14 μg/g和13.64 μg/g。秋季樣品的醛類物質(zhì)最豐富,且顯著高于(P<0.05)春季樣品;本實(shí)驗(yàn)檢出的醛類物質(zhì)除了β-檸檬醛以外,其余醛類在秋季樣品中的平均含量均高于春季樣品,尤其是苯乙醛,夏季和秋季樣品平均含量分別為21.38 μg/g和15.42 μg/g,而春季樣品只有6.81 μg/g。另外,春季樣品酮類物質(zhì)相對(duì)含量最高,秋季樣品碳?xì)漕惡碗s環(huán)類物質(zhì)相對(duì)含量最高,但其含量在樣品中均極低,且三季節(jié)樣品之間無(wú)顯著性差異(P>0.05),而夏季樣品各類物質(zhì)相對(duì)含量大多處于春季和秋季樣品之間,只有酮類物質(zhì)含量最低。
圖 2 不同季節(jié)早白尖紅茶中各類香氣化合物相對(duì)含量Fig.2 Relative content of various aroma compounds in Zaobaijian black tea collected in different seasons
從所有樣品的平均化合物含量來(lái)看,苯乙醇(26.69 μg/g)、水楊酸甲酯(22.17 μg/g)、苯甲醛(15.61 μg/g)、苯乙醛(14.54 μg/g)、芳樟醇氧化物Ⅰ(14.56 μg/g)、苯甲醇(12.00 μg/g)、2,4-二叔丁基苯酚(6.25 μg/g)在所有樣品中均可發(fā)現(xiàn),另外香葉醇(或橙花醇)、芳樟醇(8.23 μg/g)、芳樟醇氧化物Ⅱ(7.38 μg/g)、順-己烯-1-醇(2.30 μg/g)、己烯醛(1.89 μg/g)等化合物也在超過(guò)80%的樣品中發(fā)現(xiàn)且大部分含量較高,表明這些揮發(fā)性成分是構(gòu)成筠連早白尖紅茶香氣的重要成分。Chen等[27]發(fā)現(xiàn)芳樟醇氧化物I、II和III、E,E-2,4-壬二烯醛、4,5-二甲基-3-羥基-2,5-二氫呋喃-2-酮、1-辛烯-3-酮、E,E-2,6-壬二烯醛和雙(2-甲基-3-呋喃基)二硫化物是陜西漢中紅茶的主要香氣化合物;Kang等[28]發(fā)現(xiàn)己烯醇、1-辛烯-3-醇、苯甲醇、芳樟醇、脫氫芳樟醇、苯乙醇、己醛、苯乙醛、2-壬酮、β-月桂烯、檸檬烯、2-戊基呋喃、庚酸和甲基吡嗪是祁門紅茶的主要香氣化合物,這與筠連早白尖紅茶存在一定差異;而Wang等[29]對(duì)云南滇紅的研究發(fā)現(xiàn)芳樟醇、香葉醇、芳樟醇氧化物II、反-橙花叔醇、氧化芳樟醇III和氧化芳樟醇I、苯甲醛、苯乙醛、β-環(huán)檸檬醛、水楊酸甲酯、β-紫羅蘭酮是主要香氣化合物,這與本研究結(jié)果高度相似。推測(cè)可能是由于筠連早白尖紅茶在加工工藝上與云南滇紅有更好的一致性,其差異則可能來(lái)自原料及生態(tài)環(huán)境的不同。
本實(shí)驗(yàn)在春季樣品中均檢測(cè)到茉莉酮(0.95 μg/g),而夏秋季樣品均未檢出。茉莉酮是由鮮葉中不飽和脂肪酸如亞麻酸經(jīng)脂質(zhì)氧化形成的環(huán)狀揮發(fā)性芳香化合物,具有濃郁的茉莉花香[30],雖然其在樣品中含量不高,但其香氣閾值低,推測(cè)其對(duì)紅茶整體香氣仍有一定影響。以上結(jié)果表明,筠連早白尖紅茶香氣化合物組成與云南滇紅比較一致,表現(xiàn)出明顯的花香和果香,但不同季節(jié)樣品之間存在差異,尤其是春季樣品具有極高含量的醇類和酯類,整體香氣組成與夏秋樣品明顯不同。
為了更好地進(jìn)行三個(gè)季節(jié)紅茶風(fēng)味識(shí)別,以筠連早白尖紅茶揮發(fā)性化合物為X變量,季節(jié)屬性為Y變量,利用SMICA14.1軟件進(jìn)行PLS-DA分析,所建立的PLSR模型提取3個(gè)主成分可以解釋82%的原始變量,說(shuō)明該模型能夠成功地反映樣品的整體信息。以第一主成分和第二主成分為橫縱坐標(biāo)建立樣品和揮發(fā)性化合物的相關(guān)性得分圖和載荷圖(圖3),15個(gè)茶樣的相似度在95%的置信區(qū)間內(nèi),各茶樣表現(xiàn)出明顯的聚類趨勢(shì),未發(fā)現(xiàn)離群樣本點(diǎn),說(shuō)明建立的PLS-DA模型可對(duì)15個(gè)茶樣進(jìn)行分類。由圖3A可以看出,春季茶和夏秋兩季茶可以在主成分1上明顯區(qū)分,夏季和秋季茶在主成分2上具有一定的區(qū)分度,但不能完全進(jìn)行區(qū)分。各主成分的載荷值代表該主成分對(duì)該類物質(zhì)反映程度的大小,由圖3B可知,香葉醇、水楊酸甲酯、橙花醇、苯乙醛等物質(zhì)在第一主成分的載荷值較大,芳樟醇氧化物Ⅰ和Ⅱ、2,4-庚二烯醛在第二成分上的載荷值較大。
圖 3 PLS-DA模型樣品得分圖(A)和因子載荷圖(B)Fig.3 PLS-DA model samples score plot (A) and factor loading plots (B)
通過(guò)PLS-DA 的變量投影重要度(variable importance for the projection,VIP)分析可知(表2),香葉醇、芳樟氧化物Ⅰ、苯乙醛、橙花醇、水楊酸甲酯、芳樟醇氧化物Ⅱ、2,4-庚二烯醛、芳樟醇、苯乙醇、苯甲醛的VIP值均>1,是不同季節(jié)筠連早白尖紅茶相互判別的主要特征標(biāo)志物。付靜[31]發(fā)現(xiàn)香葉醇、水楊酸甲酯、β-芳樟醇、苯乙醇、苯甲醛和苯乙醛是不同季節(jié)陜西工夫紅茶的主要呈香物質(zhì)組分,其中春季茶香葉醇含量能達(dá)到40%以上,夏秋季茶則呈明顯降低趨勢(shì),而水楊酸甲酯和芳樟醇類在春季茶中含量較低,從夏季開(kāi)始則有增加趨勢(shì),說(shuō)明通過(guò)檢測(cè)紅茶中香葉醇、水楊酸甲酯、β-芳樟醇、苯乙醇、苯甲醛和苯乙醛的含量可以區(qū)分不同季節(jié)樣品,這與本文的研究結(jié)果相似;黃浩等[32]研究發(fā)現(xiàn)保靖黃金1號(hào)工夫紅茶的秋季茶香氣指數(shù)最高,夏、春季茶次之,不同季節(jié)的標(biāo)志差異性化合物為水楊酸甲酯、苯甲醛、月桂烯、2,6-二甲基-3,7-辛二烯-2,6-二醇、1-乙基-2-甲酰吡咯、藏紅花醛、反-橙叔醇、苯乙烯、2-辛烯-1-醛、反-2-癸烯醛、苯乙醇、反-芳樟醇氧化物(吡喃型)、反-2-壬烯醛,則與本文研究結(jié)果存在一定差異,這可能是由于茶葉品種以及工藝不同導(dǎo)致的。
表 2 PLS-DA分析中關(guān)鍵香氣成分的VIP值、P值和香氣特征Table 2 VIP value, P value and aroma characteristics of key aroma components in PLS-DA analysis
為更好地了解10種關(guān)鍵香氣成分分別在不同季節(jié)筠連早白尖紅茶中的分布情況,將10種香氣成分在樣品中的含量進(jìn)行單因素方差分析,發(fā)現(xiàn)不同季節(jié)茶樣中香葉醇、水楊酸甲酯、苯乙醛具有極顯著差異(P<0.01),芳樟醇氧化物Ⅰ和Ⅱ、橙花醇、芳樟醇具有顯著差異(P<0.05),而苯乙醇、2,4-庚二烯醛和苯甲醛無(wú)顯著差異(P>0.05)。
本實(shí)驗(yàn)將VIP>1且差異顯著的7種關(guān)鍵特征標(biāo)志物在不同季節(jié)樣品中的相對(duì)含量分布情況進(jìn)行分層聚類并繪制熱圖,如圖4所示,顏色由黃色到紅色,代表相對(duì)含量由低到高。苯乙醛和橙花醇聚為第一種香氣類型,主要表現(xiàn)為玫瑰花香和水果甜香,平均相對(duì)含量在秋季樣品中最高,夏季次之,春季樣品中含量最低,但苯乙醛在夏季樣品中平均相對(duì)含量也較高,與秋季樣品無(wú)顯著性差異(P>0.05);香葉醇單獨(dú)聚為第二種香氣類型,前文已討論到其只在春季樣品中出現(xiàn)且相對(duì)含量較高,主要表現(xiàn)為玫瑰花香;水楊酸甲酯和芳樟醇聚為第三種香氣類型,主要表現(xiàn)為花果香、檸檬香、冬青味、薄荷味,在春季樣品中平均相對(duì)含量最高,秋季最低,但芳樟醇在夏季樣品中平均相對(duì)含量也較高,與春季樣品無(wú)顯著性差異(P>0.05);最后是芳樟醇氧化物Ⅰ和芳樟醇氧化物Ⅱ聚為第四種香氣類型,主要表現(xiàn)為花果香和檸檬香,在夏季樣品中相對(duì)含量最高,秋季最低。
圖 4 7種關(guān)鍵香氣成分在不同季節(jié)早白尖紅茶中相對(duì)含量熱圖Fig.4 Heat maps of seven key aroma components in Zaobaijian black tea samples harvested in different seasons
綜上所述,苯乙醛、橙花醇和香葉醇可以作為區(qū)分春季和夏秋兩季茶樣的特征標(biāo)志物,特別是橙花醇可以進(jìn)一步區(qū)分秋季和夏季茶樣,表明筠連早白尖秋季紅茶更突出玫瑰花香和水果甜香;在此基礎(chǔ)上,芳樟醇氧化物Ⅰ和Ⅱ可以作為進(jìn)一步區(qū)別夏、秋兩季茶樣的特征標(biāo)志物,表明筠連早白尖夏季紅茶更突出花果香和檸檬香。值得注意的是,本實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)部分關(guān)鍵特征標(biāo)志物即使在同一季節(jié)的不同早白尖紅茶樣品中分布也存在較大差異,比如芳樟醇,在春季和夏季樣品中均是低海拔茶園含量顯著高于高海拔茶園含量,推測(cè)可能是由于海拔差異(海拔高度相差超過(guò)500 m),海拔差異會(huì)帶來(lái)氣候條件的差異,進(jìn)而影響茶葉初級(jí)、次級(jí)代謝物,研究發(fā)現(xiàn)[9]與高海拔茶葉相比,低海拔茶葉含有更多的丙氨酸、異亮氨酸和蘋果酸等,這也成為影響茶葉香氣成分的重要因素[34],具體影響規(guī)律還有待進(jìn)一步研究。
本研究對(duì)不同季節(jié)筠連早白尖紅茶香氣成分進(jìn)行研究,共鑒定出44種香氣化合物,筠連紅茶香氣成分與云南滇紅香氣成分具有一定的相似性,表現(xiàn)出明顯的花香和果香特征。但不同季節(jié)筠連早白尖紅茶揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)具有顯著差異,通過(guò)PLS-DA 的變量投影重要度分析明確了10種主要特征香氣成分,可以明顯區(qū)分春季與夏秋兩季茶樣。其中,苯乙醛、橙花醇和香葉醇可以區(qū)別春季與其它兩季茶樣;在此基礎(chǔ)上可通過(guò)芳樟醇、芳樟醇氧化物Ⅰ和Ⅱ?qū)ο?、秋兩季樣品進(jìn)行進(jìn)一步區(qū)分,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)以筠連早白尖紅茶樣品的香氣成分來(lái)對(duì)原料采收期進(jìn)行溯源,并為筠連早白尖紅茶的開(kāi)發(fā)提供了理論依據(jù),為地方優(yōu)質(zhì)紅茶品牌塑造提供參考;也為今后進(jìn)一步探索筠連早白尖紅茶關(guān)鍵香氣成分形成機(jī)制,以及繼續(xù)研究茶園海拔、加工工藝、采收年份等因素對(duì)筠連早白尖紅茶香氣成分的影響奠定基礎(chǔ)。