王夢琪，朱 蔭*，張 悅，施 江，林 智，呂海鵬*

（1.農業(yè)部茶樹生物學與資源利用重點實驗室，中國農業(yè)科學院茶葉研究所，浙江 杭州 310008；2.中國農業(yè)科學院研究生院，北京 100081）

香氣是評價茶葉品質最重要的因子之一。所謂茶香，實質是不同芳香物質以不同的濃度組合，并對嗅覺神經綜合作用所形成的茶葉特有香型[1]。實踐表明，“清香”是綠茶香氣中典型的香型之一，也是綠茶香氣品質優(yōu)異的重要感官評價特征[2-3]。例如，龍井茶（GB/T 18650—2008《地理標志產品 龍井茶》）、廬山云霧（GB/T 21003—2007《地理標志產品 廬山云霧茶》）、黃山毛峰（GB/T 19460—2008《地理標志產品黃山毛峰茶》）及信陽毛尖（GB/T 22737—2008《地理標志產品 信陽毛尖茶》）等名優(yōu)綠茶，其國家標準感官審評方法中均以“清香”作為重要的等級評價標準之一?？梢?，“清香”是我國名優(yōu)綠茶的香氣評語中最為常見的品質特征之一，其化學本質具有重要的研究價值和研究意義，然而目前關于綠茶“清香”化學物質基礎的研究比較薄弱，尚未揭示其關鍵呈香成分。

目前，從茶葉揮發(fā)性成分中鑒定出的香氣成分已多達700余種，隨著分析技術水平的不斷提升，鑒定出的揮發(fā)性化合物將越來越多，例如，全二維氣相色譜-飛行時間質譜（two-dimensional gas chromatography-timeof-flight-mass spectrometry，GC×GC-TOFMS）技術在茶葉香氣的分析和鑒定上具有強大的優(yōu)勢[4]。然而，并非所有香氣物質都對茶葉香氣品質具有貢獻作用，而是存在少量對呈香起到重要作用的關鍵香氣成分，它們對茶葉的香氣品質具有重要影響[5]。目前，食品中關鍵香氣成分的分析鑒定方法主要包括氣相色譜-嗅聞（gas chromatography-olfactometry，GC-O）法和香氣活性值（odor activity value，OAV）法等。其中，GC-O直接強度法是通過嗅聞人員使用可變電阻器的移動記錄氣味隨時間變化的強度，是一種判別關鍵香氣成分的有效方法；而OAV是指氣味化合物濃度與其對應介質中氣味閾值的比值，能確切的評價單一香氣成分對整體香氣的貢獻作用，一般認為OAV不小于1的物質對整體香氣的呈現有貢獻作用，OAV越大，說明該化合物對呈香越重要。

隨著研究的不斷深入，不同類別茶葉中的關鍵香氣成分陸續(xù)被揭示，例如陳合興[6]研究發(fā)現2,3-丁二酮、2-戊基呋喃等29 種物質是洞庭碧螺春茶的主要特征性香氣成分；葛曉杰等[7]研究發(fā)現芳樟醇、苯甲醛等6 種成分是“花香”和“甜香”這2 種香型紅茶的關鍵呈香成分；苗愛清等[8]研究發(fā)現鐵觀音的關鍵呈香成分為芳樟醇、己酸-(Z)-3-己烯酯和α-法尼烯等；Lv Haipeng等[9]研究發(fā)現1,2,3-三甲氧基苯等化合物是決定普洱茶獨特“陳香”的關鍵化合物成分；Zhu Yin等[10]研究發(fā)現乙基苯、庚醛等8 種關鍵呈香成分影響綠茶“栗香”品質。上述結果為茶葉風味品質化學的研究提供了重要的科學理論依據。

茶葉香氣主要來源于鮮葉及后期加工，茶樹品種作為茶葉香型形成物質基礎，是決定茶葉香型的最主要因素之一[11]，而綠茶類型及加工工藝的差異都會對茶葉香氣品質的形成產生重大影響。因此，為了揭示茶葉“清香”品質的化學物質基礎及其關鍵香氣成分，本研究根據生產實踐并參考文獻[11]，擬選用一批適宜制作“清香”綠茶的茶樹品種，并將其鮮葉原料按照相同的工藝加工成綠茶樣品；進而選擇“清香”品質具有代表性綠茶樣品為研究對象，采用GC×GC-TOFMS技術分析其揮發(fā)性成分組成，并結合GC-O-MS實驗和OAV分析等研究綠茶“清香”的關鍵香氣成分，旨在為綠茶“清香”香氣品質的科學評價和提高綠茶香型定向加工技術提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 綠茶樣品的篩選

選用15 個不同的茶樹品種，在2016年春季采摘一芽二葉茶鮮葉，并按照相同的工藝加工成烘青綠茶。具體加工工藝為：一芽二葉鮮葉→攤放（4 h）→殺青（260 ℃）→揉捻（3 min）→烘干（120 ℃）→烘青綠茶樣品。委托農業(yè)部茶葉質量監(jiān)督檢驗測試中心，對樣品進行感官審評，發(fā)現其中7 個樣品具有明顯的“清香”香氣品質，分析結果如表1所示。

表1 7 個不同茶樹品種綠茶的香氣感官審評結果Table 1 Sensory evaluation results of green tea samples processed from various tea cultivars

1.1.2 試劑

無水乙醚（分析純） 上海阿拉丁生化科技股份有限公司；無水硫酸鈉（分析純） 上海試四赫維化工有限公司；正構烷烴（C3～C9，C8～C40）、標準品：癸酸乙酯、正己醛、乙苯、苯甲醛、2-正戊基呋喃 北京百靈威科技有限公司；標準品：芳樟醇、β-大馬士酮、(E)-β-紫羅蘭酮、(E)-橙花叔醇、雪松醇、二甲基硫醚、β-環(huán)檸檬烯 美國Sigma-Aldrich公司。

1.2 儀器與設備

同時蒸餾萃取裝置 自制；HH-1數顯恒溫水浴鍋 常州澳華儀器有限公司；TC-15恒溫電熱套海寧市華星儀器廠；AB104-S電子分析天平 瑞士梅特勒-托利多集團；Pegasus 4D GC×GC-TOFMS儀 美國Leco公司；GC-O儀 德國Gerstel GmbH & Co公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品的制備

采用同時蒸餾萃取法提取茶樣的香氣成分。具體步驟如下：稱取待測茶葉樣品10.00 g，置于500 mL圓底燒瓶中并加入300 mL沸蒸餾水，并加入0.2 μg/mL的癸酸乙酯作為內標，用電熱套加熱至微沸。將30 mL重蒸無水乙醚加入萃取瓶中，50 ℃水浴蒸餾萃取1 h，并將獲得的物質用無水硫酸鈉去除水分，氮氣濃縮后放入進樣瓶內-20 ℃密封保存、待測。

1.3.2 GC×GC-TOFMS分析條件

一維柱色譜柱：DB-5MS（30 m×250 μm，0.25 μm）；二維柱色譜柱：DB-17HT（1.9 m×100 μm，0.10 μm）；進樣口溫度280 ℃；傳輸線溫度270 ℃；載氣：氦氣（99.999%）；不分流進樣；調制解調時間間隔4.0 s；樣品進樣量1.0 μL。一維柱升溫程序：60 ℃保持3.0 min，以4.0 ℃/min速率升至280 ℃，保持2.5 min；二維柱升溫程序：65 ℃保持3.0 min，以4.0 ℃/min速率升至280 ℃，保持2.5 min；總分析時間60.5 min。

MS條件：電子電離源；電離能量-70 eV；質量掃描范圍33～600 u；離子源溫度220 ℃。

1.3.3 香氣成分的定性定量分析

在儀器工作站標準譜庫上檢索匹配，根據正相似度、反相似度及可能性篩選出可能的化合物，并結合相關文獻報道、各香氣成分的相對保留時間、保留指數、標準品驗證等進行定性；香氣成分含量用各待測物含量以其峰面積與內標（癸酸乙酯）峰面積之比表示。

1.3.4 GC-O測定

GC-O條件：升溫程序同1.3.1.1節(jié)；1∶1分流進樣；進樣口溫度230 ℃；傳輸線溫度260 ℃；載氣為高純氮氣（99.99%）。嗅聞分析組由5 名具有豐富審評經驗的審評員組成，所有嗅聞人員對GC-O有一定的實驗基礎，并經過了至少30 h的聞香培訓；在實驗過程中至少有3 名評價員在同一嗅聞時間處得到相同的感官描述，則將該記錄記入最終結果。感官評價員不僅要描述化合物的氣味性質，還要確定化合物的氣味強度。香氣強度用數值“1～4”表示，“1”表示香氣強度弱，“2”表示香氣強度中等，“3”表示香氣強度強，“4”表示香氣強度非常強。

1.3.5 OAV分析

在各種揮發(fā)性成分定量的基礎上，根據參考文獻中各揮發(fā)性物質在水中的風味閾值，按下式計算各成分的OAV：

式中：Ci為茶葉組分的含量/（ng/g）；OTi為組分i在水中的香氣閾值/（μg/kg）。OAV不小于1的化合物被確定為茶葉中的活性香氣化合物。

1.4 數據處理

采用ChromaTOF軟件系統(tǒng)進行數據處理。

2 結果與分析

2.1 “清香”綠茶香氣成分的同時蒸餾萃取-GC×GCTOFMS分析

圖1 “清香”綠茶香氣成分的3D色譜圖（A）及總離子流圖（B）Fig. 1 3D chromatograms (A) and total ion current chromatograms (B)of aroma components in green tea samples with fresh scent flavor

同時蒸餾萃取法具有成本低、操作方便、對微量成分提取效率高的特點，具有良好的重復性和較高的萃取量，便于定量分析[12]。本研究采用同時蒸餾萃取-GC×GC-TOFMS分析方法，對皖農9號、悅茗香、鳧早2號、鄂茶1號、毛蟹、淩州2號及龍井43這7 個茶樹品種“清香”綠茶的香氣成分進行分析。通過Pegasus 4D工作站質譜庫的自動檢索，在樣品的香氣成分中共分離出上千個樣品峰，如圖1所示。

經ChromaTOF軟件匹配、質譜鑒定、保留指數測定及標準品驗證等多種手段結合，綜合篩選后確定出在7 個“清香”綠茶中含有270 個共有香氣組分（表2）。根據它們化學結構的差異，可將其分為19 類（表3），分別為烯醇類、烯類、胺類、烷烴類、醛類、烯醛類、醚類、醇類、酯類、內酯類、烯酯類、烯酮類、酮類、酚類、有機酸類、含硫化合物、氮雜環(huán)化合物、氧雜環(huán)化合物以及芳香烴化合物等。其中，烷烴類化合物的數量最多（37 種），芳香烴化合物次之（33 種），其次為醛類和酮類化合物（均為23 種），酚類化合物最少（只有

表2 GC×GC-TOFMS分析鑒定出的7 個“清香”綠茶中的香氣化合物Table 2 List of aroma compounds in 7 green tea samples with fresh scent flavor identi fied by GC ×GC-TOFMS analysis ng/g

續(xù)表2 ng/g

續(xù)表2 ng/g

續(xù)表2 ng/g

續(xù)表2 ng/g

續(xù)表2 ng/g

表3 “清香”綠茶的揮發(fā)性成分組成及其含量Table 3 Volatile composition and contents of green tea sample with fresh scent flavor ng/g

3 種）。此外，在不同種類香氣成分的含量上，醛類化合物含量最高（平均為1 028.46 ng/g），醚類化合物和醇類化合物次之（平均分別為877.67 ng/g和711.36 ng/g），其次為烷烴類化合物（667.95 ng/g）、芳香烴化合物（277.56 ng/g）、酯類化合物（224.12 ng/g）；上述6 類化合物的總量占揮發(fā)物總量的79.44%。可見，“清香”綠茶揮發(fā)性成分組成的一個重要特點是其含有豐富的醛類化合物、醚類化合物、醇類化合物、烷烴類化合物、芳香烴化合物以及酯類化合物等。此外，該批“清香”綠茶揮發(fā)性成分中，含量較高的成分（≥100 ng/g）主要有芳樟醇、香葉醇、葉綠醇、乙醛、吲哚、乙苯、2-乙氧基丁烷、乙丙醚等（表2）。研究表明，在食品中鑒定出的眾多揮發(fā)性化合物中，絕大部分的揮發(fā)性組分并不是香氣呈現中有效貢獻的成分，僅有很少一部分化合物賦予食品特殊的香氣屬性，并在特征香氣的呈現中起到主要貢獻作用，具有這樣性質的揮發(fā)性組分稱為關鍵香氣組分或活性香氣組分[13]。因此，揮發(fā)性成分含量的高低并不能說明對風味的貢獻度大小，綠茶“清香”的關鍵香氣成分還需要結合GC-O-MS結果與OAV分析做進一步判斷。

2.2 “清香”綠茶中香氣成分的OAV分析

表4 “清香”綠茶中OAV分析確定的關鍵嗅感化合物的OAV及香氣特征Table 4 Key aroma compounds in green tea sample with fresh scent flavor identified by OAV

續(xù)表4

香氣化合物單體在整體香氣中的貢獻主要取決于閾值及其含量，可以通過計算OAV進行表征。隨著食品風味學的發(fā)展，通過現代分析技術、食品加工技術和感官分析技術緊密結合，OAV相關技術在食品關鍵香氣成分表征和食品調香中的推廣應用將愈加廣泛[14]。通過OAV計算，從本研究鑒定出的眾多揮發(fā)性成分中篩選出20 個OAV不小于1（7 個樣品的平均值）的關鍵香氣成分（表4），說明這些成分可能對綠茶的“清香”香氣品質具有重要貢獻；其中，包含9 個醛類化合物、4 個醇類化合物、3 個碳氫化合物、2 個酮類化合物、1 個酯類化合物和1 個雜氧化合物。

在20 個香氣活性物質中，OAV不小于200的物質有3 種，其中具有紫羅蘭香氣的(E)-β-紫羅蘭酮由于其極低的閾值（0.007 μg/kg）在所有化合物中的OAV最高（1 243.36）；其次為具有刺激辛辣味的1-甲基萘（278.14）和具有強烈玫瑰香的β-大馬士酮（204.27）；推斷這3 個物質對綠茶“清香”香氣品質具有關鍵性貢獻作用；此外，10≤OAV≤100的物質有9 種，分別為3-甲基丁醛（86.18）、壬醛（83.67）、乙醛（64.46）、癸醛（39.60）、萘（25.55）、雪松醇（18.37）、芳樟醇（16.92）、香葉醇（14.92）和苯乙醛（13.39）；OAV小于10的物質有8 種，分別為正辛醛（9.90）、苯甲醛（8.88）、正己醛（6.51）、(E)-2-壬烯醛（4.82）、(Z)-己酸-3-己烯酯（4.75）、乙苯（3.82）、(E)-橙花叔醇（2.59）和2-正戊基呋喃（1.57）。這些化合物可能共同決定了綠茶“清香”的香氣品質特征。

(E)-β-紫羅蘭酮帶有特征性的紫羅蘭花香氣，韓卓瀟[15]采用OAV法檢測發(fā)現以其為代表的一些花香化合物為茶樹新品種白桑茶的關鍵呈香成分；β-大馬士酮具有濃郁強烈的玫瑰香，且氣味閾值較低，曾亮等[16]認為以其為代表的一些化合物為工夫紅茶的主要呈香物質；芳香烴類化合物如萘、1-甲基萘表現為特殊的焦油、樟腦以及刺激辛辣、陳腐等氣味特征，被認為是青磚茶的關鍵香氣成分[17]。研究表明，具有青草類氣味的化合物如正己醛、苯乙醛和癸醛，為清香型鐵觀音的清香味主要來源[18]；壬醛除了帶有花香特征外，還具有蠟燭、甜橙及油脂的氣味，大多作為柑橘類香精油的組成成分被檢測到[19]；此外，有報道指出，癸醛和(Z)-3-己烯醇增強了蒸青綠茶的清香[20]。芳樟醇為茶中普遍存在的重要的呈香成分，具有R-型芳樟醇和S-型芳樟醇2 種旋光異構體，前者具有甜香、花香和類似橙葉的香氣，而后者帶有類似木香和薰衣草的香氣特征[21]。(E)-橙花叔醇略帶橙花、玫瑰氣味、甜味，是福建烏龍茶品種最主要的香氣成分[22]；雪松醇為帶有雪松木氣味的萜烯類物質，對龍井茶香氣具有重要貢獻[23]；香葉醇帶有濃郁玫瑰香、薔薇香，被認為是祁門紅茶的特征香氣成分[24]。綠茶中常見的順-己酸-3-己烯酯呈現強烈彌散性梨香，是綠茶清香的重要關聯成分[25]，對西湖龍井茶香氣的形成具有顯著貢獻[26]；2-正戊基呋喃帶有豆類、水果、青味及蔬菜等的氣味，多生成于美拉德反應[27]；乙苯同樣帶有芳香氣味，并在祁門紅茶[28]等多種茶類中均有檢出。

2.3 “清香”綠茶中關鍵嗅感物質的GC-O-MS分析

將7 個綠茶樣品按相同比例混合均勻后進行GCO-MS分析，發(fā)現可嗅聞到28 種香氣化合物，如表5所示。在所嗅聞出的28 個化合物中，包含12 個碳氫化合物、5 個酯類化合物、4 個酮類化合物、2 個醛類化合物、1 個醇類化合物、1 個雜氧化合物、1 個含硫化合物和2 個未知化合物。此外，二甲基硫醚（3.0）、松油烯（3.0）、芳樟醇（2.6）、萘（2.6）、(Z)-己酸-3-己烯酯（2.6）、(E)-β-紫羅蘭酮（2.5）、2-正戊基呋喃（2.4）、(E,E)-3,5-辛二烯-2-酮（2.4）和(Z)-2-甲基丁酸-順-3己烯酯（2.4）等化合物的香氣強度較高，這些化合物的香氣特征普遍為草本清香或花香等，推斷它們是決定綠茶“清香”特性的一些關鍵香氣化合物。

表5 “清香”綠茶中GC-O-MS確定的香氣活性物質的香氣特征及強度Table 5 Key aroma compounds in green tea sample with fresh scent flavor identi fied by GC-O-MS

續(xù)表5

上述化合物中，二甲基硫醚曾被鑒定為西湖龍井茶具有“新茶香”的關鍵香氣物質，是由茶葉炒制過程中甲基蛋氨酸锍鹽受熱分解產生的，可與殘留的青葉醇共存形成綠茶的“新茶香”，這種特殊的茶香會隨著茶葉貯藏期的延長而揮發(fā)散失，使綠茶喪失了新茶的香味[29]；茶螺烷具有典型的紅茶香氣、果香，主要存在于桂花精油、野櫻桃、紅茶中[30]；蓽澄茄油烯具有蠟燭氣味，在蒸青綠茶中具有較高含量[31]；2,4-二甲基庚烷嗅聞具有不愉悅的硫磺味，庚醛嗅聞表現出烘烤咖啡氣味。

2.4 “清香”綠茶關鍵香氣物質分析鑒定中OAV和GCO-MS方法的比較

結合表4、5可知，OAV法和GC-O-MS法2 種方法共同檢測到7 種物質，包括芳樟醇、壬醛、(E)-β-紫羅蘭酮、(Z)-己酸-3-己烯酯、乙苯、萘和2-正戊基呋喃等，說明這些物質對綠茶的“清香”香氣品質具有極其重要的貢獻。此外，采用這2 種方法鑒定出的化合物也有很大的差異，究其原因，可能主要在于GC-O法與OAV方法各有其優(yōu)缺點：前者由于實驗中存在嗅覺疲勞等原因，評價結果存在一定的主觀性與不穩(wěn)定性，評價結果易受評價員個人因素影響[32]；而后者與前者相比，雖然分析結果相對客觀，但該方法中閾值的測定方式與結果一直存在較大爭議。研究發(fā)現，實際香氣組分之間在整體香氣貢獻中具有協(xié)同或拮抗效應[33]。某些OAV小于1的物質因與其他物質間存在協(xié)同效應而使其香氣被人們感知；某些OAV大于1的物質可能由于與其他物質之間的拮抗作用而使其香氣屬性不被人們覺察[32]。例如，Zhu Jiancai等[34]在有關烏龍茶中揮發(fā)性化合物協(xié)同作用研究中發(fā)現，具有相似物質結構或氣味特征化合物之間，會產生協(xié)同及相加效應，從而導致某種氣味強度的增加；而結構不同化合物之間則可能產生掩蔽效應，從而導致某類氣味強度的降低甚至消失。此外，消減實驗表明一些亞閾值化合物同樣也會對烏龍茶的整體呈香產生影響。由此推測，具有“清香”氣味特征的(Z)-己酸-3-己烯酯、2-正戊基呋喃之間可能表現為協(xié)同或加成作用，呈現“芳香”氣味特征的芳樟醇、壬醛、(E)-β-紫羅蘭酮、乙苯之間可能表現為協(xié)同或加成作用，但具體這些香氣成分如何構建了綠茶的“清香”品質，其中又有何種香氣成分的香氣被掩蓋、抑制，則還需要進一步綜合香氣成分濃度、結構以及嗅覺神經受體神經元的響應特性等手段進一步分析[35-36]。可見，OAV方法對樣品中的特征風味化合物的分析也存在一定局限性，需將OAV與GC-O方法結合起來確定樣品的特征風味組分[37]。此外，香氣化合物重組與消減實驗是將不同香氣化合物添加到一定介質中，利用人的嗅覺判斷特定香氣化合物對物質整體呈香貢獻，該方法已成為國際上應用普遍的關鍵呈香成分驗證方法。本研究后續(xù)還需要進一步開展驗證分析等，也需要采集大量“清香”顯著的茶葉成品進行分析檢測，并與本研究結果進行對比分析。

3 結 論

本研究采用同時蒸餾萃取-GC×GC-TOFMS技術分析“清香”綠茶的香氣成分，在7 個代表性茶葉樣品中鑒定出19 類物質共計270 種共有香氣化合物；研究表明，“清香”綠茶揮發(fā)性成分中含有豐富的醛類、醚類、醇類、烷烴類、芳香烴化合物以及酯類等化合物，其中芳樟醇、香葉醇、葉綠醇、乙醛、吲哚、乙苯、2-乙氧基丁烷和乙丙醚等是含量較高的香氣成分。

OAV法分析了“清香”綠茶中20 個OAV不小于1的關鍵香氣成分，其中OAV較大的化合物包括(E)-β-紫羅蘭酮、1-甲基萘、β-大馬士酮、3-甲基丁醛、壬醛、乙醛、癸醛、萘、雪松醇、芳樟醇、香葉醇和苯乙醛等；GCO-MS分析了“清香”綠茶中28 種香氣化合物，其中，二甲基硫醚、松油烯、芳樟醇、萘、(Z)-己酸-3-己烯酯、(E)-β-紫羅蘭酮、2-正戊基呋喃、(E,E)-3,5-辛二烯-2-酮、2-甲基丁酸-順-3己烯酯等化合物的香氣強度較高。

OAV法和GC-O-MS法2 種方法共同檢測到“清香”綠茶中7 種物質，包括芳樟醇、壬醛、(E)-β-紫羅蘭酮、(Z)-己酸-3-己烯酯、乙苯、萘和2-正戊基呋喃等，表明這些物質對綠茶的“清香”香氣品質具有極其重要貢獻，它們是綠茶“清香”特性的關鍵香氣化合物，共同構成了綠茶“清香”香氣品質特征。研究結果可為綠茶“清香”香氣品質的科學評價和研究綠茶香型定向加工技術等提供重要科學依據。