王麗麗,張應(yīng)根,楊軍國,宋振碩,陳 鍵,陳 林
(福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所,福建 福安 355015)
頂空固相微萃取/氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法分析綠茶和白茶香氣物質(zhì)
王麗麗,張應(yīng)根,楊軍國,宋振碩,陳 鍵,陳 林*
(福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所,福建 福安 355015)
以福云6號鮮葉及所制綠茶和白茶為試驗茶樣,采用頂空固相微萃取/氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法考察不同萃取頭(PDMS/DVB、CAR/PDMS、PDMS)對茶葉香氣富集的影響,并選用PDMS/DVB萃取頭分析福云6號、福安大白茶和福鼎大毫茶的鮮葉及所制綠茶和白茶中香氣物質(zhì)的組成與含量。結(jié)果表明,與CAR/PDMS和PDMS 2種萃取頭相比,PDMS/DVB萃取頭富集的香氣物質(zhì)數(shù)量更多、含量更高、種類更豐富。從9個試驗茶樣中分離鑒定出共有香氣物質(zhì)11個,其中白茶苯甲醛、芳樟醇、苯乙醇、水楊酸甲酯、反式-β-紫羅酮、二氫獼猴桃內(nèi)酯、苯甲醇等7個香氣物質(zhì)含量高于其鮮葉和綠茶,而鮮葉和綠茶之間共有香氣差異不明顯;差異香氣物質(zhì)共有80個,品種間香氣數(shù)量未有明顯差異,而所屬化合物種類不盡相同,福云6號茶樣以醛類和酮類為主,福安大白茶和福鼎大毫茶以醛類和醇類居多。由此可見,醛類、酮類、醇類和酯類是所制茶樣中香氣的主體部分,白茶中含量相對較高。
香氣物質(zhì);頂空固相微萃取法;氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用;綠茶;白茶
茶葉香氣是決定茶葉品質(zhì)的重要因素之一,系由多種物質(zhì)組成的混合物,各物質(zhì)性質(zhì)不同、含量不同,從而形成了不同茶葉特有的香氣特征[1]。綠茶香氣以毫香、嫩香、板栗香、烘炒香為主,白茶則呈現(xiàn)甜香、清香、略帶花香的香氣特征[2,3]。氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法(GC/MS)分析表明綠茶和白茶在香氣組成上存在明顯差異,白茶香氣成分以醇類化合物為主,含量達(dá)到60%以上,酯類含量高于綠茶,而酮類、醛類和碳?xì)漕惖群康陀诰G茶[3]。采用景谷大白茶品種制成的景谷綠茶比月光白茶多檢測出13種香氣成分,且在含量上也存在差異,揭示可能與其加工工藝相關(guān)[4],該方面仍需進(jìn)一步研究。
頂空固相微萃取法(headspace solid phase micro-extraction,HS-SPME)是一種簡單、可靠、靈敏度高、重現(xiàn)性好的樣品前處理技術(shù),目前已逐步應(yīng)用于綠茶[5,6]、白茶[3,7]、烏龍茶[8,9]、紅茶[1,10]和黑茶[11,12]香氣物質(zhì)的捕集,且整個提取過程中不需要任何有機(jī)溶劑,能較真實地反映樣品中所含的化學(xué)信息。基于上述考慮,本試驗以福云6號、福安大白茶和福鼎大毫茶3個茶樹品種的鮮葉及所制綠茶和白茶為研究材料,利用HS-SPME與GC-MS相結(jié)合的方法,分析PDMS/DVB、CAR/PDMS和PDMS 3種萃取頭對茶樣香氣物質(zhì)富集數(shù)量、含量(峰面積)及所屬化合物種類的影響,并進(jìn)一步比較PDMS/DVB萃取頭萃取的9個茶樣中共有香氣物質(zhì)與差異香氣物質(zhì)的組成及含量情況,旨在探討加工工藝對茶葉香氣組成的影響,為茶類特征香氣組成研究提供理論依據(jù)。
1.1 主要儀器與材料
A11 basic分析用研磨機(jī)(德國IKA)、PL602-L電子天平(上海梅特勒-托利多)、DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器(鞏義予華)、自制固相微萃取裝置、手動SPME進(jìn)樣器和3種萃取頭[PDMS/DVB(Polydimethylsiloxane/Divinylbenzene,聚二甲基硅氧烷共聚物/二乙烯基苯,涂層厚度65 μm,中等極性)、CAR/PDMS(Carboxen/Polydimethylsiloxane,碳分子篩/聚二甲基硅氧烷共聚物,涂層厚度75 μm,中等極性)、PDMS(Polydimethylsiloxane,聚二甲基硅氧烷共聚物,涂層厚度100 μm,非極性和弱極性)](美國Supelco)、60 mL螺旋口棕色樣品瓶和白色開口蓋(含本色PTFE/本色硅膠墊,購自福州瑞協(xié))、7890A-5975C氣質(zhì)聯(lián)用儀(美國Agilent)。
試驗茶樣為福云6號、福安大白茶和福鼎大毫茶茶樹品種一芽二、三葉鮮葉及制成的綠茶和白茶樣(共9個茶樣),制作工藝參照文獻(xiàn)[13]。
1.2 頂空固相微萃取方法
準(zhǔn)確稱取磨碎的試驗茶樣5.00 g,置于棕色樣品瓶中,旋緊開口蓋,于60℃水浴(由恒溫加熱磁力攪拌器控制)條件下平衡10 min,同時將裝有萃取頭的手動進(jìn)樣器插入GC進(jìn)樣口老化10 min,然后將其迅速轉(zhuǎn)移至樣品瓶上方頂空萃取30 min,拔出后立即插入GC-MS進(jìn)樣口中熱解吸5.0 min,同時啟動儀器收集數(shù)據(jù)。萃取頭首次使用前均在GC進(jìn)樣口250℃預(yù)老化30 min。
采用PDMS/DVB、CAR/PDMS和PDMS 3種萃取頭均按上述方法萃取9個茶樣香氣,每個樣品重復(fù)檢測3次。
1.3 氣相色譜-質(zhì)譜條件
GC條件:采用HP-5MS彈性石英毛細(xì)管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm);進(jìn)樣口溫度為250℃;載氣為高純氦氣,純度>99.999%;流速1 mL·min-1;柱溫起始為50℃,保持1 min,以2℃·min-1升至80℃,保持1 min,再以5℃·min-1升至160℃,保持1 min,再以10℃·min-1升至220℃,保持10 min,運(yùn)行時間共計50 min;不分流進(jìn)樣。
MS條件:離子源為電子電離源(electron ionization,EI),離子源溫度230℃,四級桿溫度150℃,轉(zhuǎn)接口溫度250℃,電子倍增器電壓350 V,質(zhì)量掃描范圍為40~400 aum,溶劑延遲時間:0.50 min。
1.4 香氣物質(zhì)組成分析
選用RTE積分器積分,其參數(shù)欄“輸出”選項作如下設(shè)置:最小峰面積(U)為最大峰面積的0.5%,且最大峰數(shù)(M)為70。GC-MS結(jié)果經(jīng)NIST11.L標(biāo)準(zhǔn)譜庫對照進(jìn)行定性分析,篩選出定性(匹配度)≥80的組分,以總離子流圖中的峰面積代表含量,用于比較不同茶樣中同一香氣物質(zhì)的含量差異情況。
2.1 不同萃取頭對茶樣香氣物質(zhì)的富集效果
考察了3種萃取頭對福云6號鮮葉、綠茶和白茶3個樣品香氣物質(zhì)的富集情況,結(jié)果顯示不同萃取頭萃取到的香氣物質(zhì)數(shù)量、含量及種類均有明顯差異。由表1看出,不同萃取頭萃取香氣物質(zhì)數(shù)量總體PDMS/DVB萃取頭富集量最多、CAR/PDMS萃取頭次之、PDMS萃取頭最少,這與曾茜等[14]研究結(jié)果一致。對萃取出的香氣物質(zhì)按烴、醛、酮等化合物種類進(jìn)行分類表明,PDMS/DVB萃取頭對烴類化合物富集較多,PDMS/DVB和CAR/PDMS萃取頭對醛、酮、醇3種化合物的富集數(shù)量無明顯差異,PDMS萃取頭對酯類化合物富集量最高。通過對其總離子流圖比較發(fā)現(xiàn),PDMS/DVB和CAR/PDMS萃取頭均比PDMS萃取頭富集的香氣物質(zhì)峰面積大,且16~38 min范圍內(nèi)PDMS/DVB萃取頭富集峰面積最大(圖1)。萃取頭富集化合物種類差異主要是其涂層材料性質(zhì)和厚度等不同所致,涂層的極性不同,對不同極性香氣的富集差異很大[14]。綜合以上結(jié)果看出,PDMS/DVB萃取頭較CAR/PDMS和PDMS萃取頭富集的香氣物質(zhì)數(shù)量多、含量高、種類豐富。
2.2 PDMS/DVB萃取頭對試驗茶樣香氣物質(zhì)組成分析
2.2.1 試驗茶樣共有香氣物質(zhì) 采用PDMS/DVB萃取頭萃取福云6號、福安大白茶、福鼎大毫茶3個品種鮮葉及制成的綠茶和白茶的茶樣香氣,經(jīng)GC-MS分離鑒定后,篩選出它們共有的香氣物質(zhì)(圖2)。結(jié)果表明,試驗茶樣中共有香氣物質(zhì)為11個,推測它們首先是茶樹鮮葉本身存在的香氣物質(zhì),按不同加工工藝分別制成綠茶和白茶后,含量上發(fā)生一定變化。制成綠茶后,福云6號和福鼎大毫茶2個品種中除苯甲醛(a)外其余大部分香氣含量變化較小,變幅在80%~120%內(nèi),而福安大白茶品種中變幅較大的物質(zhì)有芳樟醇(b)、4-甲基十三烷(i)、十五烷(j)和十六烷(k),降幅達(dá)30%以上。綠茶和鮮葉共有香氣成分除烴類物質(zhì)外含量基本一致,可能的原因是鮮葉樣品由熱風(fēng)固樣制成,等同于綠茶加工工藝中“殺青”這一關(guān)鍵環(huán)節(jié),導(dǎo)致二者共有香氣差異不明顯。制成白茶后,7個香氣物質(zhì)(a~f、h)在3個品種中含量均高于鮮葉和綠茶,3個烴類(i~k)含量呈下降趨勢。白茶中部分香氣物質(zhì)a~e含量比鮮葉和綠茶中增加明顯,其中水楊酸甲酯(d)在福安大白茶白茶中的含量是其鮮葉和綠茶的10倍以上,福鼎大毫茶白茶中芳樟醇(b)含量是其鮮葉和綠茶的16倍以上,推測其含量增加系由不同的加工工藝導(dǎo)致。白茶無高溫殺青過程,僅需長時間的自然萎凋,在此過程中,由于失水作用,青葉醇、芳樟醇、香葉醇等香氣物質(zhì)從糖苷中游離出來,蛋白質(zhì)、多糖也開始水解,水解產(chǎn)物提供了香氣形成的先質(zhì),由此形成了白茶的部分香氣。
圖1 3種萃取頭萃取的福云6號白茶香氣總離子流圖Fig.1 Total ion chromatography of aroma components of Fuyun 6 white tea extracted by 3 different fibers
表1 3種萃取頭萃取的福云6號茶樣香氣物質(zhì)種類
注:FY代表福云6號品種,F(xiàn)L、GT、WT分別指鮮葉、綠茶和白茶,下同。
圖2 9個試驗茶樣共有香氣物質(zhì)峰面積Fig.2 Peak area of common aroma components in 9 tea samples注:香氣物質(zhì)編號a~k依次為:a、苯甲醛;b、芳樟醇;c、苯乙醇;d、水楊酸甲酯;e、反式-β-紫羅酮;f、二氫獼猴桃內(nèi)酯;g、苯甲醇;h、十二烷;i、4-甲基十三烷;j、十五烷;k、十六烷。FA、FD分別代表福安大白茶和福鼎大毫茶品種,下同。
從香氣物質(zhì)所呈現(xiàn)的香型來看,烷烴類無芳香氣味,推測它們對茶葉香氣品質(zhì)的貢獻(xiàn)率較低,或是通過與其他香氣物質(zhì)的互作效應(yīng)從而間接促進(jìn)香氣的形成[15]。研究發(fā)現(xiàn),二氫獼猴桃內(nèi)酯存在于云南景谷大白茶品種制成的綠茶和白茶[4]、紅茶[1]以及龍井茶[16,17]中,帶有香豆素樣香氣,并有麝香樣氣息,以及具苦杏仁味及堅果香的苯甲醛在黃茶[18]、龍井茶和鐵觀音[17]等中被發(fā)現(xiàn),本試驗也表明,二者同時存在于鮮葉、綠茶和白茶中,含量均較高。苯乙醇具有柔和玫瑰花香,水楊酸甲酯和芳樟醇分別具有濃的冬青油香和鮮爽的玫瑰、鈴蘭、蘋果花香,在白茶中含量均明顯高于綠茶,推測可作為花香型白茶的主要特征香氣成分,對白茶香氣品質(zhì)起重要作用。此外,苯甲醇具甜花香、果香,在3個品種鮮葉、綠茶和白茶中含量均較高,也是茶葉香氣的重要組成物質(zhì)??傮w來看,除4個烴類(h~k)外,其他7個共有香氣分別屬于醇、醛、酮和酯類,它們通常具有清香或花果香,是茶葉香氣的主體部分,對茶香貢獻(xiàn)很大,并且由于在白茶中含量普遍最高,推測對白茶香氣起積極作用。
2.2.2 試驗茶樣差異香氣物質(zhì) 本試驗差異香氣物質(zhì)是指所測9個茶樣中不全部具有的香氣物質(zhì)。GC-MS分析鑒定出差異香氣物質(zhì)共80個,其中烴類(45個)數(shù)量最多,醛類(11個)、醇類(7個)、酮類(6個)和酯類(6個)次之,其他類(5個)最少。從表2可知,不同品種茶樣的差異香氣數(shù)量約為20~30個,不同茶類中則以白茶中數(shù)量最多。醛類、酮類、醇類和酯類化合物均對茶葉香氣的呈現(xiàn)有一定貢獻(xiàn)度,從它們在鮮葉、綠茶和白茶中的分布情況可以看出,不同品種間差異香氣所屬化合物種類(除烴類外)上有一定差異,其中福云6號以醛類和酮類為主,福安大白茶和福鼎大毫茶以醛類和醇類居多??傮w來看,不同品種間差異香氣數(shù)量差別較小,但在組成上存在差異,且同一品種制成的白茶比綠茶香氣數(shù)量多。從香氣物質(zhì)數(shù)量、種類和峰面積來看(表2和表3),9個茶樣中差異烴類峰面積達(dá)107以上,含量最高;醛類、酮類和醇類峰面積在105~107內(nèi),含量較高;酯類和其他類化合物峰面積在105以下,含量較少。差異醛類主要包括(反式,反式)-2,4-庚二烯醛、乙醛、β-環(huán)檸檬醛、癸醛等,其中(反式,反式)-2,4-庚二烯醛在福云6號和福安大白茶鮮葉與綠茶中占醛類峰面積的50%以上,在3個品種白茶中占13%~30%;具辛辣味的乙醛存在于3個品種綠茶和白茶中,且白茶中含量高于綠茶,尤其在福云6號和福鼎大毫茶白茶中含量是綠茶的2倍;β-環(huán)檸檬醛具涼香、果香和清香,在福云6號和福安大白茶鮮葉、福鼎大毫茶綠茶和3個品種白茶中均有發(fā)現(xiàn),分別占其醛類峰面積的33%、32%、21%、4%、3%和13%,在白茶中峰面積高于其綠茶和白茶。還有部分醛類如庚醛、苯甲醛二甲縮醛、檸檬醛等均僅存在于白茶中。差異酮類物質(zhì)主要包括3,5-辛二烯-2-酮和α-紫羅酮,二者占酮類峰面積的70%以上。4,5-二甲基-環(huán)己烯-1-酮、(R,S)-6-甲基-5-乙基-3E-庚烯-2-酮、反式-6,10-二甲基-5,9-十一碳雙烯-2-酮僅在3個品種白茶中出現(xiàn),推測是由白茶獨特的加工工藝所致。α-紫羅酮具有紫羅蘭型香氣,并持有香脂的花香香韻,是β-胡蘿卜素的降解產(chǎn)物,在福鼎大毫茶鮮葉和綠茶中未發(fā)現(xiàn),而在其他茶樣中峰面積達(dá)到105以上。差異醇類主要有青葉醇、2,6,6-三甲基-6-乙烯基四氫吡喃-3-醇和香葉醇,在茶樣中存在較為廣泛,此外還有辛烯醇、α-松油醇、橙花醇、橙花叔醇等。其中青葉醇屬于低沸點芳香物質(zhì),具有強(qiáng)烈的青草氣,在福云6號和福鼎大毫茶綠茶中占差異醇類的50%以上。福安大白茶和福鼎大毫茶茶樣均含有2,6,6-三甲基-6-乙烯基四氫吡喃-3-醇,在鮮葉和綠茶中占差異醇類的40%~60%,白茶中約占20%。香葉醇具有溫和、甜的玫瑰花氣息,僅在福鼎大毫茶綠茶中未檢出,在其他茶樣中占其差異醇類的20%以上。具有令人愉快的玫瑰和橙花香氣的橙花醇在3個品種白茶中均檢測到,占差異醇類的2%~4%。α-松油醛僅存在于福安大白茶白茶中。由以上結(jié)果推測,加工工藝不同導(dǎo)致茶類間上述物質(zhì)含量的差異,這種差異程度可能大于品種造成的影響。檢測到的差異酯類主要是3,7-二甲基-2,6-辛二烯酸甲酯等脂肪族酯類,在綠茶和白茶中的分布情況未呈現(xiàn)明顯規(guī)律。
表2 9個試驗茶樣的香氣物質(zhì)
注:峰面積指同類香氣物質(zhì)的加和峰面積,單位:×105Ab*s?!啊北硎疚醋鲇嬎?。
表3 9個試驗茶樣部分差異香氣物質(zhì)峰面積
注:“0”表示未檢測到該香氣物質(zhì)。
本試驗考察了PDMS/DVB、CAR/PDMS和PDMS 3種萃取頭對福云6號品種鮮葉及制成的綠茶和白茶樣香氣富集情況的影響,結(jié)果顯示,不同萃取頭對香氣萃取情況存在差異,PDMS/DVB萃取頭較CAR/PDMS和PDMS萃取頭富集的香氣物質(zhì)數(shù)量多、含量高、種類豐富。造成萃取差異的原因是萃取頭涂層種類及其厚度、吸附性能等的不同,PDMS/DVB和CAR/PDMS屬于多相的多孔聚合物涂層,為中等極性混合型涂層,萃取機(jī)理是將待萃取物吸附在涂層表面;PDMS涂層屬于非極性的均相聚合物涂層,通過吸收來萃取香氣物質(zhì),適于非極性和弱極性化合物[19,20]。KOSTER等[21]研究發(fā)現(xiàn),盡管PDMS/DVB萃取頭比PDMS萃取頭需要更長的平衡時間,使用壽命也短,但是它的萃取量是PDMS的6倍。曾茜等[1]認(rèn)為CAR/DVB/PDMS萃取頭比CAR/PDMS和PDMS萃取頭捕集的香氣組分?jǐn)?shù)多??紤]到茶葉香氣組成復(fù)雜,各組分之間極性差異很大,因此可采用不同極性萃取頭富集茶葉香氣,將其組合歸類后可獲得較為全面、豐富的香氣物質(zhì)數(shù)量及所屬化合物種類。
本試驗選用的福云6號、福安大白茶和福鼎大毫茶均為適制綠茶和白茶品種,通過對3個品種鮮葉及制成的綠茶和白茶進(jìn)行GC-MS香氣鑒定表明,它們中存在11個共有香氣物質(zhì),其中芳樟醇、水楊酸甲酯、反式-β-紫羅酮等7個香氣物質(zhì)在白茶中含量高于其鮮葉和綠茶,推測白茶經(jīng)過長時間的自然萎凋,鮮葉在失水條件下,以糖苷形式存在的結(jié)合型香氣物質(zhì)與其水解酶接觸,使糖苷類化合物如芳樟醇等含量增加,此外一些大分子物質(zhì)如脂肪、蛋白質(zhì)和多糖在萎凋過程中趨于水解,其水解產(chǎn)物為形成各種香氣物質(zhì)提供了先質(zhì),從而使水楊酸甲酯、反式-β-紫羅酮、二氫獼猴桃內(nèi)酯等不斷生成。綠茶和鮮葉的共有香氣組成差異較小,推測是由于本試驗所用鮮葉樣采用熱風(fēng)固樣時經(jīng)歷了短時高溫處理,導(dǎo)致二者差異不明顯,因此認(rèn)為若鮮葉采摘后立即采取冷凍處理可保證其香氣物質(zhì)的真實性,從而便于發(fā)現(xiàn)鮮葉與所制綠茶香氣上的差異。此外本試驗所用綠茶為烘青類,含氮類、糠醛類化合物未檢出,而炒青類綠茶在干燥過程中形成了較多的吡嗪、吡咯、糠醛類化合物如2,5-二甲基吡嗪、5-甲基糠醛等,使茶葉有栗香、熟香、烘烤香味[22],這也可能是造成本試驗鮮葉和綠茶香氣差異不明顯的原因之一。對差異香氣物質(zhì)分析表明,不同品種間差異香氣數(shù)量差別較小,但在所屬化合物種類上存在差異,且同一品種制成的白茶比綠茶差異香氣數(shù)量多。由于含量最高的烴類物質(zhì)對香氣貢獻(xiàn)不大,因此含量較高的差異醛、酮和醇類是影響香氣差異的主要來源,并且加工工藝對差異香氣物質(zhì)組成的影響可能大于品種造成的影響。
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Analysis of Aroma Components in Green and White Teas Using Headspace Solid Phase Microextraction Coupled with Gas Chromatography-Mass Spectrometry
WANG Li-li, ZHANG Ying-gen, YANG Jun-guo, SONG Zhen-shuo, CHEN Jian, CHEN Lin*
(TeaResearchInstitute,FujianAcademyofAgriculturalSciences,Fu’an,Fujian355015,China)
Different fibers (PDMS/DVB, CAR/PDMS, PDMS) on the aromatic enrichment of the fresh tea leaves of Fuyun 6 and the processed green and white teas were compared by using headspace solid phase microextraction (HS-SPME) coupled with gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). And employing PDMS/DVB fiber, the aroma components in the fresh tea leaves of Fuyun 6, Fu’an Dabaicha and Fuding Dahaocha, as well as the processed green and white teas from them were measured by HS-SPME/GC-MS. The results showed that PDMS/DVB fiber extracted more of the components in quantity, type, as well as, content than CAR/PDMS fiber or PDMS fiber did. Using PDMS/DVB fiber, 11 common tea aroma components were identified. Among them, benzaldehyde, (Z)-3,7-dimethyl-2,6-octadien-1-ol, phenylethyl alcohol, methyl salicylate, trans-beta-ionone, 5,6,7,7a-tetrahydro-4,4,7a-trimethyl-2(4H)-benzofuranone, and benzyl alcohol in the processed white tea were higher than the fresh leaves or the green tea, while no significant differences between the fresh leaves and the green tea. There were 80 distinctively diverse aroma components in the samples detected. However, no significant variances in their quantities among the tea samples were found. Aldehydes and ketones existed mainly in Fuyun 6, while aldehydes and alcohols in Fu’an Dabaicha and Fuding Dahaocha. Over all, aldehydes, ketones, alcohols and esters were the major chemicals associated with the aroma of the teas, and the white tea seemed to have relatively higher contents of them.
aroma components; HS-SPME; GC-MS; green tea; white tea
2017-01-06初稿;2017-02-24修改稿
福建省屬公益類科研院所專項(2015R1012-3);福建省自然科學(xué)基金項目(2017J01042);福建省科技重大專項專題(2017NZ0002-1)。
王麗麗(1985-),女,碩士,助理研究員,主要從事茶葉生物化學(xué)及天然產(chǎn)物分析研究。E-mail:875720551@qq.com
*通訊作者:陳林(1975-),男,博士,副研究員,主要從事茶葉加工、茶葉生物化學(xué)與綜合利用。E-mail:82785676@qq.com
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2096-0220(2017)01-0001-07
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文章編號:
2096-0220(2017)01-0001-07