Differences in Aroma of Chuanhong Congou Black Tea of Different Tea Plant Varieties Based on HS-SPME-GC-MS Analysis
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摘要: 选取宜宾境内种植的‘四川中小叶群体’‘福鼎大白’‘福云6号’‘名山131’‘青心乌龙’‘天府5号’和‘天府6号’共7个茶树品种加工制成川红工夫红茶,通过感官审评、电子鼻(E-nose)、顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用(Headspace solid-phase microextraction gas chromatography-mass spectrometry,HS-SPME-GC-MS)、香气活度值(Odor activity value,OAV)和偏最小二乘判别分析(Partial least squares discrimination analysis,PLS-DA)分析不同茶树品种鲜叶所制川红工夫红茶的关键差异香气化合物。结果表明,7个茶树品种鲜叶制成的红茶均表现为甜香,‘四川中小叶群体’稍带果香,评分最高;共检出84种挥发性香气化合物,醇类29种、醛类12种、酯类15种、烯类12种、酸类7种、酮类5种和4种其它碳氢化合物;7个样品中共有的香气化合物有14种,且不同样品间香气成分含量具有显著性差异(P<0.05);共筛选出28种川红工夫红茶的主要呈香化合物(OAV>1);不同茶树品种红茶样本中鉴定出8个关键差异香气化合物,分别是香叶醇、芳樟醇、水杨酸甲酯、苯乙醇、苯乙烯、2-己烯醛、(E)-芳樟醇氧化物(呋喃型)和柠檬醛。综上所述,由不同茶树品种鲜叶加工制成的川红工夫红茶香气物质种类和含量相差较大,研究结果可为筛选川红工夫红茶适制茶树品种提供参考。Abstract: Chuanhong congou black tea was made from seven tea plant species that were grown in Yibin, including 'Sichuan Medium and Small Leaf Group Species' 'Fuding Dabai' 'Fuyun 6' 'Mingshan 131' 'Qingxin Oolong' 'Tianfu 5' and 'Tianfu 6'. The main differentiating ingredients in Chuanhong congou black tea, which was produced from the fresh leaves of several tea plant species, were examined using sensory evaluation, electronic nose (E-nose), headspace solid-phase microextraction gas chromatography-mass spectrometry (HS-SPME-GC-MS), odor activity value (OAV), and partial least squares discriminant analysis (PLS-DA). The findings indicated that the black tea derived from the fresh leaves of the seven different tea kinds was sweet, with the 'Sichuan Medium and Small Leaf Group Species' scoring the highest and having a little fruity flavor. A total of 84 volatile aroma compounds, including 29 alcohols, 12 aldehydes, 15 esters, 12 alkenes, 7 acids, 5 ketones and 4 other hydrocarbons were found. There were 14 kinds of common aroma compounds in the 7 samples, and the contents of aroma compounds were significantly different among different samples (P<0.05). A total of 28 kinds of main aromatic compounds of Chuanhong cougou black tea were screened (OAV>1). Eight key differential aroma compounds were identified in the black tea samples of different tea plant varieties, including geraniol, linalool, methyl salicylate, phenylethanol, styrene, 2-hexenal, (E)-linalool oxide (furan-type) and citral. In summary, the types and contents of aroma substances of Chuanhong cougou black tea made from fresh leaves of different tea plant varieties differ greatly. The study results can provide reference for selecting suitable tea plant varieties for Chuanhong cougou black tea.
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红茶属于全发酵茶,是由茶树鲜叶经过萎凋、揉捻、发酵和烘干等加工工艺制成[1],因其具有“红汤红叶”、香气高昂、滋味甜醇的特点而受到消费者的喜爱。香气是决定工夫红茶品质的重要因子,由茶叶中的关键香气成分决定,许多因素会影响红茶香气物质的生成。而红茶在加工过程中香气物质前体会发生复杂的酶促反应,直接或间接生成香气化合物,如糖苷类物质水解[2]、氨基酸Strecker降解[3]和脂肪酸氧化[4]等,因此香气化合物前体种类和含量会对加工后的红茶香气产生较大影响。有研究表明,茶树品种会对茶叶香气产生影响,周闯等[5]对‘铁观音’和‘水仙’两个茶树品种鲜叶制成的红茶、乌龙茶和绿茶进行分析,发现茶氨酸、黄酮类和脂类等成分在含量上存在差异;贾慧艳等[6]对安徽黄山地区当地的8种茶树制成的祁门红茶香气物质进行分析表明,‘祁门槠叶种’具有高甜花香的特点,‘浙农139’具有甜花香和花蜜香的特点;董蕊等[7]将‘云南大叶种’和‘黑龙潭群体种’两个茶树品种加工制成六堡茶,分析之间的香气组分差异,共得到19种主要香气成分,结合感官审评和香气成分含量,从‘云南大叶种’中筛选出3种关键香气化合物,从‘黑龙潭群体种’中筛选出5种关键香气化合物,目前不同茶树品种对川红工夫红茶香气影响的研究较少。
川红工夫红茶具有“外形秀丽、色泽乌润、毫峰显露、香高味醇、汤色红艳、叶底红匀”的独特品质[8]。本研究以宜宾市内栽种的7个茶树品种鲜叶为原料,在川红集团生产车间按照川红工夫红茶加工工艺制作红茶,通过感官审评、电子鼻(Electronic nose,E-nose)结合顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用(HS-SPME-GC-MS)解析不同茶树品种红茶的香气特征、香气化合物的组成及其含量,并通过查询香气化合物阈值及其在茶样中的含量计算气味活度值(OAV),筛选出不同样品的特征香气化合物,此外利用偏最小二乘判别(PLS-DA)模型分析红茶样品的关键差异香气化合物,以期探明不同茶树品种鲜叶加工制成工夫红茶香气的差异,进而为提高川红工夫红茶香气提供一定的参考价值。
1. 材料与方法
1.1 材料与仪器
工夫红茶样品 分别于2023年3月24日、4月19日取自宜宾川红茶业集团有限公司生产车间,鲜叶原料以一芽一叶为主,茶树品种分别为‘四川中小叶群体’‘青心乌龙’‘福云6号’‘名山131’‘天府5号’‘福鼎大白’和‘天府6号’;癸酸乙酯、氯化钠 分析纯,成都科隆化学试剂公司。
TSQ8000赛默飞气相色谱质谱联用仪 赛默飞世尔科技公司;57330-U手动固相微萃取进样器 美国Agilent公司;50/30 μm DVB/CAR/PDMS固相微萃取头 美国Supeclo公司;SY18-HH.S21-6恒温水浴锅 常州丹瑞实验仪器设备有限公司; 2809010 E-Nose 上海昂申智能科技有限公司。
1.2 实验方法
1.2.1 茶样制备
茶样加工工序为:萎凋→揉捻→发酵→烘干,红茶加工完成后立刻进行采样,将所有样品粉碎后,密封保存在−4 ℃冰箱中备用。
1.2.2 感官审评方法
红茶感官审评依据GB/T23776-2018《茶叶感官审评方法》中红茶审评方法进行,邀请3位接受过专业培训并在茶学相关领域学习或工作两年以上的感官审评员,对7个不同茶树品种制成的川红工夫红茶香气进行描述和评分,评分标准为百分制,最终得分为3位感官审评员评分的平均分。
1.2.3 电子鼻检测方法
样品前处理:称取1.00 g(精确至0.01 g)研磨后的不同茶树品种红茶样品于20 mL顶空瓶中,在65 ℃恒温水浴锅中平衡50 min后开始检测。
电子鼻检测参照Wang等[9]的检测参数并做修改:气体流量为0.4 L/min;采样时间为70 s;进样准备时间为10 s;样品清洗时间为120 s;操作环境温度26 ℃。
1.2.4 HS-SPME-GC-MS条件
HS-SPME条件:参考文献[10]的方法,利用50/30 μm DVB/CAR/PDMS纤维头萃取茶叶样品中的挥发性香气物质,先将纤维头在气相色谱进样口250 ℃老化5 min,去除纤维头残留香气物质,并提高其吸附能力。称取1.00 g研磨后的川红工夫红茶样品,于20 mL顶空萃取瓶中,加入0.50 g NaCl促进香气物质析出,充分混匀后加入5 mL煮沸的去离子水和10 μL 10 mg/L的癸酸乙酯内标物,迅速加盖密封置于60 ℃ 水浴锅中,平衡5 min后,将纤维头插入顶空瓶中吸附40 min;吸附结束后取出纤维头,迅速插入气相色谱进样口,在250 ℃ 条件下解析5 min,进行GC-MS分离鉴定。
GC条件:参照文献[11]的方法并做修改,气相色谱柱选用TG-wax(30 m×0.25 mm,0.25 μm)。升温程序:40 ℃ 保持2 min,以5 ℃/min 升至85 ℃,保持2 min,以8 ℃/min升至110 ℃,保持0 min,以4 ℃/min 升至120 ℃,保持1 min,以5 ℃/min 升至220 ℃,保持7 min。选用不分流进样,载气为高纯氦气,气体流量1.2 mL/min,设置溶剂延迟2 min,进样口温度250 ℃。
MS条件:电子离子源;电子能量70 eV;离子源温度230 ℃ ;接口温度230 ℃ ;质量扫描范围为40~400 m/z;扫描方式为全扫描。
1.2.5 香气物质定性定量分析
基于NIST香气物质谱库对GC-MS质谱图对比,结合出峰时间、基峰、质荷比进行分析,对样本中含有的香气化合物进行定性。采用内标癸酸乙酯对香气成分进行半定量分析,通过香气化合物与内标物峰面积比较,计算得出香气化合物的含量,单位为μg/kg,计算公式(1)如下:
Cx=Sx×CiSi (1) 式中:Cx表示挥发性香气化合物x的浓度(μg/kg);Sx表示挥发性香气化合物x的峰面积;Ci表示内标物的浓度(μg/kg);Si表示内标物的峰面积。
采用香气活度值(OAV)来评价各个香气成分对川红工夫红茶整体香气的贡献度,计算公式(2)如下:
OAV=CxOTx (2) 式中:Cx表示挥发性香气化合物x的浓度(μg/kg);OTx表示挥发性香气化合物x在水介质中的阈值(μg/kg)。
1.3 数据处理
HS-SPME-GC-MS进行3次重复,香气化合物含量以平均值±标准差(Mean±SD)表示;Excel对数据进行初步整理;Origin2018绘制不同茶树品种红茶聚类热图;SPSS27.0进行单因素分析和多重比较;SIMCA14.1软件进行PLS-DA分析差异香气化合物。
2. 结果与分析
2.1 感官审评与电子鼻分析
不同茶树品种鲜叶中香气物质前体的种类和含量不同,经过加工后生成的香气物质存在较大的差异[12]。通过对7个工夫红茶样品进行感官审评,如表1所示,7个样品主体香气均表现为甜香,但强度有所不同,其中‘四川中小叶群体’蜜香最明显,稍带果味,是川红工夫红茶的典型香气,得分最高,6个茶树品种红茶甜香强度均低于‘四川中小叶群体’;‘青心乌龙’作为乌龙茶的适制品种,加工制成红茶后,具有甜香、花香的特点;‘天府5号’‘福云6号’‘名山131’和‘天府6号’香气类型相同,香气强度相似,因此评分相近;‘福鼎大白’香气鲜爽度较高,评分稍高。
表 1 红茶香气感官审评Table 1. Sensory evaluation of black tea aroma样品 香气 评语 评分 四川中小叶群体 蜜香、稍带果香 94.02±0.17a 天府5号 甜香、较纯正 91.10±0.31f 天府6号 甜香 91.53±0.22e 名山131 清甜香、花香 92.00±0.16d 福鼎大白 清甜香、花香、鲜爽 93.06±0.29c 福云6号 甜香鲜爽 92.05±0.27d 青心乌龙 花香、甜香 93.50±0.25b 注:同列不同小写字母表示差异显著,P<0.05。 借助电子鼻对不同茶树品种红茶样品香气特征进行分析,电子鼻的14个香气传感器能捕捉不同类别化合物并反馈一个响应值,根据传感器的响应值,绘制红茶香气雷达图,如图1所示。从图1中可以看出7个红茶样品在S4和S8传感器的响应值较高,S4传感器和S8传感器分别对醇类物质和氢氧化合物敏感,红茶中香气物质主要有醇类、醛类和酯类等,均能很好地被S4和S8传感器所捕捉到,并具有较强的响应值。由图1可知,‘福云6号’和‘四川中小叶群体’在S4传感器和S8传感器的感应值较强,‘天府5号’和‘天府6号’的感应值较低,结合感官审评结果表明由不同茶树品种鲜叶加工制成的川红工夫红茶香气强度存在差异。
2.2 不同红茶香气成分分析
为分析由不同茶树品种鲜叶加工制成川红工夫红茶含有的香气物质,对7个样品进行HS-SPME-GC-MS分析,结果如表2和图2所示,共检测出84种香气化合物。其中,检出的共有成分有14种,包括:苄醇、(E)-芳樟醇氧化物(吡喃型)、反-2-甲基环戊醇、反-橙花叔醇、叶醇、(Z)-芳樟醇氧化物(呋喃型)、苯乙醇、芳樟醇、苯甲醛、2-己烯醛、水杨酸甲酯、苯乙烯、蒎烯、香叶酸。其中醇类化合物29种占香气化合物总量的60%左右,以带有花香的芳樟醇[13]和甜香的苯乙醇为主,芳樟醇在所有样品中均有检出,含量在504.46~3551.30 μg/kg之间,芳樟醇会为茶样带来独特的花香味,在‘福鼎大白’样品中的含量最高,感官结果显示‘福鼎大白’带有淡淡的花香味,可能与较高含量的芳樟醇有关。苯乙醇广泛存在于天然植物中[14],在茶叶中常表现出甜香,在‘名山131’中含量最高为3133.12 μg/kg,感官结果显示‘名山131’具有较高的甜香,可能与苯乙醇的含量相关。醛类化合物检出12种,占香气化合物总量的15%左右,以苯甲醛(坚果香[15])、戊醛(花果香[16])、2-己烯醛(清香、果香[17])为主,‘天府5号’和‘天府6号’中的醛类化合物含量较高。酯类化合物共15种占香气化合物总量的15%左右,以水杨酸甲酯为主,水杨酸甲酯具有典型的冬青油味和薄荷味[18],在7个样品中检出的含量均较高,其含量在‘天府5号’和‘天府6号’中差异不显著(P>0.05)。烯类化合物共12种占香气化合物总量的5%左右。酸类化合物有7种占香气化合物总量的3%左右。酮类化合物和其它碳氢化合物在样品中分别检测出5种和4种,在7个茶样中含量均较低,且检测出的酮类化合物和其它碳氢化合物在不同茶样间均存在显著差异(P<0.05)。
表 2 不同红茶样品中香气成分及含量(μg/kg,n=3)Table 2. Aroma composition and content of different black tea samples (μg/kg, n=3)编号 香气成分 四川中小叶群体 福鼎大白 福云6号 名山131 青心乌龙 天府5号 天府6号 醇类 1 苄醇 649.33±24.63c 851.96±42.52a 482.57±19.40d 833.44±17.93a 764.93±23.79b 184.83±35.43e 177.05±7.90e 2 香叶醇 6989.27±77.25 − − − − − − 3 橙花醇 230.62±3.40b − 184.58±10.25c − 582.93±20.87a − − 4 α-松油醇 − 34.49±1.62b − 39.12±4.63b 158.27±11.11a − − 5 (E)-芳樟醇氧化物
(吡喃型)308.99±22.39c 555.83±31.10a 93.54±2.73f 91.62±3.29f 339.83±13.64b 171.7±12.24d 126.61±3.68e 6 4-庚烯-1-醇 − 18.62±0.16a − − − − 7.39±2.15b 7 顺-2-戊烯醇 51.5±8.96b 60.99±4.75b − − − 101.8±19.50a 47.95±4.37b 8 反-2-甲基环戊醇 129.87±17.91d 155.91±9.19c 71.45±2.68e 310.78±20.36a 271.5±11.84b 162.65±14.34c 111.47±4.23d 9 脱氢芳樟醇 − − − 68.36±7.02a − − 63.43±7.63a 10 二氢芳樟醇 320.19±15.67 − − − − − − 11 (E)-芳樟醇氧化物
(呋喃型)968.4±19.03b 1029.7±29.11a − 1025.19±36.42a 282.93±12.11d 447.5±43.72c 408±15.66c 12 十二碳烯-3-醇 − − − − − 17.03±2.39 − 13 反-橙花叔醇 57.66±5.04b 62.39±1.35b 36.58±2.34c 36.38±2.88c 233.39±9.52a 28.05±3.30d 36.08±0.54c 14 脱氢芳樟醇 − − 52.45±13.76a − − 60.18±4.45a − 15 顺-5-辛烯-1-醇 39.18±7.84c − 52.42±16.33b − 106.82±2.71a 17.29±2.37d 22.29±0.49d 16 马鞭烯醇 172.41±8.96a 122.94±9.20b − − 109.41±5.10c 13.36±4.80d 12.42±2.40d 17 2-环己烯醇 − − − − − − 16.46±0.97 18 反-2-己烯醇 158.97±4.48 − − − − − − 19 叶醇 308.99±5.69a 200.86±20.08cd 134.77±5.05e 237.44±8.23b 188.06±9.74d 217.44±33.12bc 100.41±6.19f 20 异香叶醇 − − − − − 9.19±0.90 − 21 (Z)-芳樟醇氧化物
(呋喃型)321.31±1.12a 265.98±11.05b 238.4±16.02c 233.44±15.07c 112.93±8.52de 127.75±7.70d 104.74±1.86e 22 苯乙醇 1219.18±21.27c 2138.57±77.66b 1179.62±46.66c 3133.12±81.00a 519.05±14.17d 260.54±5.93e 207.55±17.49e 23 1-戊烯-3-醇 − − − − − − 20.01±1.79 24 3,7-二甲基-2,6-辛二烯醇 − 6137.01±178.33d 8876.22±100.46b 6794.84±94.65c 16302.13±127.47a 1738.2±153.94e 1762.79±33.87e 25 3,5-辛二烯-2-醇 − − − 35.25±3.35 − − − 26 (±)-1-苯基-2-丙醇 − 191.06±15.53b 94.33±11.31c 229.89±6.56a 87.71±4.95c 54.38±11.63d − 27 1-甲基-4-环己醇 − 22.73±3.10 − − − − − 28 cis-2-甲基环己醇 − − 29.38±1.58b 62.07±0.66a − − − 29 芳樟醇 2091.30±51.50b 3551.30±141.65a 504.46±27.31f 3470.38±28.09a 1381.84±61.73c 1200.13±80.52d 1046.12±41.72e 醛类 30 苯甲醛 542.98±5.60a 273.55±12.87c 217.37±12.42de 416.49±19.01b 199.66±5.07e 236.03±10.56d 200.34±13.76e 31 顺-3,7-二甲基-2,6-辛
二烯醛− − 323.78±17.74b − 352.51±8.38a − − 32 戊醛 214.95±2.24d 320.37±5.96c 371.81±17.85a 339.51±13.79b − 176.96±14.94e 150.44±6.49f 33 庚醛 − 27.68±4.19d 43.57±2.76bc 38.93±0.33c 59.03±3.43a 46.7±8.98b 22.27±3.64d 34 异-3,7-二甲基-2,6-辛
二烯醛− − − − 697.09±24.7 − − 35 壬醛 77.25±3.36e 128.23±11.98d 205.47±12.28b 157.19±7.52c 226.34±8.36a − 60.86±5.40f 36 反-2,6-壬二醛 − − 60.64±3.54 − − − − 37 (Z)-6-壬烯醛 − − − − 59.05±3.53 − − 38 2-己烯醛 658.29±15.67e 1322.79±24.79b 1306.69±47.95b 1123.78±39.26c 1803.66±84.09a 874.32±131.91d 880.49±14.05d 39 柠檬醛 378.40±6.72b 254.69±8.26c 416.35±17.30a 101.94±1.35d 0 96.56±10.83d 79.91±7.55e 40 己醛 − − 174.82±2.47b − 234.56±9.00a 106.26±5.10c 106.18±6.79c 41 青叶醛 − − − − 103.82±4.72a − 55.66±8.53b 酯类 42 甲酸香叶酯 − 31.3±1.56e − 120.39±5.07a 49.19±2.87d 77.41±7.11b 69.56±2.42c 43 甲酸辛酯 − − − 31.65±2.70c 117.3±7.87a − 42.43±4.94b 44 水杨酸甲酯 3935.17±267.57a 1966.61±75.90e 2962.75±133.88c 2271.75±68.91d 3616.28±55.38b 965.23±20.65f 784.92±15.93f 45 3,7-二甲基-1,6-辛二烯-3-醇甲酸酯 − − − − 80.44±6.31a 36.94±0.79b − 46 烯丙基丙酯 − − − − 124.17±12.98 − − 47 乙酸香叶酯 − − − − 54.15±3.05 − − 48 3,7,11-三甲基-1,6,10-十二烷三烯-3-醇乙酸酯 − − − − 95.14±6.54 − − 49 顺-3-甲基丁酸-3-己烯酯 − − − 56.87±1.04a − 11.43±1.37b − 50 肼基甲酸苄酯 40.30±6.72 − − − − − − 51 顺-2-己烯酸丁酯 − − − − 179.61±7.78 − − 52 2-甲基丁酸叶醇酯 31.35±2.24b 29.80±6.31b 21.31±1.61c − 39.17±2.47a 19.44±1.44c 18.32±2.63c 53 己酸-3-己烯-1-酯 88.44±10.08d 59.78±6.08e 54.1±3.21e − 401.88±10.54a 118.14±10.12c 251.35±43.84b 54 乳酸叶醇酯 − − − 70.56±0.59a − − − 55 2-乙基丁酸烯丙酯 − 20.79±2.68b 73.03±2.61a − − 22.96±4.23b 14.14±2.67c 56 己酸己酯 − − − − 372.55±8.19 − − 烯类 57 苯乙烯 66.05±5.60e 769.56±56.83b 410.38±21.41c 848.61±22.39a 344.64±15.40d 98.15±1.28e 379.78±21.10cd 58 月桂烯 142.18±10.08 − − − − − − 59 6-甲氧基-2-己烯 71.65±6.72b − 62.45±0.56c − 247.64±13.14a − − 60 金合欢烯 − − − − 65.03±4.37 − − 61 6,6-二甲基富烯 − 32.1±1.89c 98.47±4.68a 43.86±5.01b − − 11.09±1.67d 62 罗勒烯 − − − 55.96±0.47 − − − 63 右旋萜二烯 27.99±5.60b − − − 38.75±2.89a − − 64 α-法尼烯 101.88±3.36a 12.25±0.50d − 24.63±0.50b − 15.24±0.67c 12.04±0.71d 65 6-十二烯 − − − − 187.65±6.99 − − 66 顺-3-十二烯 − 86.87±2.35 − − − − − 67 蒎烯 24.63±4.48e 45.56±3.30d 89.48±4.50b 62.03±0.70c 119.41±6.26a 9.89±2.63f 15.78±6.06f 68 4-亚甲基-1-甲基乙
基环己烯− − − − 111.12±0.07 − − 酸类 69 2-己烯酸 − 125.43±6.28c 208.95±8.80a 186.29±3.74b − − − 70 顺-2-辛烯酸 − − − − − 14.25±0.33 − 71 (E)-2-辛烯酸 − − − − 94.65±5.98a 35.97±0.82b 31.22±1.58c 72 反-2-己烯酸 114.19±15.67 − − − − − − 73 4-己烯酸 43.10±3.92b 60.17±1.43a 30.05±3.31c 23.04±3.50d − − − 74 香叶酸 322.99±21.83a 41.75±2.47e 256.18±9.70b 60.77±4.68cd 312.61±17.05a 70.67±3.06c 46.46±5.48de 75 反-2-己烯基己酸 − − − − 259.34±11.33a 45.98±6.54c 101.76±12.13b 酮类 − 76 6-甲基-7-辛烯-2-酮 − 29.97±0.23c − 45.06±3.19a − 34.31±3.95b − 77 1-(2,2-二甲基环戊基)乙酮 − − − − 164.04±6.00 − − 78 茉莉酮 49.26±2.24c 55.69±5.35c − 102.81±6.19b 289.64±12.26a − − 79 2-茚酮 − − − − − − 33.81±3.65 80 β-紫罗兰酮 − − − − − 11.72±1.37 − 其它 81 庚基环己烷 − − 121.63±6.73 − − − − 82 二乙二醇丁醚 − − 29.12±2.38 − − − − 83 蒎烷 − − 44.45±3.68 − − − − 84 萘酚 − − − 52.45±3.38 − − − 注:同行不同小写字母表示化合物含量差异显著(P<0.05);−表示未检出。 2.3 不同红茶香气成分OAV分析
香气化合物在样品中含量的高低不能直接作为判断该物质对整体香气贡献程度的依据, OAV是香气化合物的含量和阈值的比值,可以代表单一香气化合物对样品整体香气的贡献程度,已经广泛应用于食品风味方面研究[19]。当化合物的OAV≥1时,可以认为该物质对样品整体香气具有重要作用,为主要香气化合物[20]。查询书籍和文献中报道过香气化合物在水中的阈值[21-25],根据GC-MS定量结果,计算不同茶树品种工夫红茶香气化合物的OAV。
由表3可知,不同茶树品种红茶中共筛选出28种关键香气化合物,有多种化合物的OAV在100以上,分别是具有花香属性的香叶醇、芳樟醇及其氧化物、苯乙烯、β-紫罗兰酮和具有果香属性的柠檬醛、壬醛、庚醛、戊醛,这些挥发性香气化合物是构成川红工夫红茶整体香气的重要物质基础[25]。芳樟醇及其氧化物带有花香,在7个茶树样品中检测到的含量均较高,且阈值较低,表现出较高的OAV,对红茶整体香气的形成有较大贡献。芳樟醇在‘福鼎大白’和‘名山131’中的含量显著高于其他几个茶树品种(P<0.05),感官审评中所表现出来的花香强度也高于其他几个茶树品种。β-紫罗兰酮带有紫罗兰花香味[26],仅在‘天府5号’中有检出,OAV高达1674.23,‘天府5号’和‘天府6号’属于同一母系茶树[27],在感官审评中香气类型和香气强度存在差异,可能与β-紫罗兰酮含量存在较大差异有关。川红工夫红茶因橘糖香而闻名[28],但橘糖香的特征香气物质并不清楚。庚醛在部分样品中的OAV>100,对不同茶树品种红茶香气构成均有较大贡献,其具有柑橘香味,在柑橘皮精油中大量存在[29],有研究推测庚醛可能是构成橘糖香的化合物之一[29]。
表 3 不同红茶香气化合物OAV分析Table 3. OAV analysis of aroma compounds of different black tea化合物 香气描述 阈值(μg/kg) 四川中小叶群体 福鼎大白 福云6号 名山131 青心乌龙 天府5号 天府6号 香叶醇 玫瑰花香[22] 7.50 931.90 − − − − − − 橙花醇 柠檬香[11] 22 1.05 − 0.84 − 2.65 − − 顺-2-戊烯醇 − 72.00 0.72 0.85 − − − 1.41 0.67 (E)-芳樟醇氧化物(呋喃型) − 6.00 161.40 171.62 − 170.86 47.15 74.58 68.00 反-橙花叔醇 木香、果香[11] 25.00 2.31 2.50 1.46 1.46 9.34 1.12 1.44 辛烯-1-醇 − 0.60 65.31 − 87.36 − 178.03 28.82 37.14 叶醇 清香[11] 7.00 44.14 28.69 19.25 33.92 26.87 31.06 14.34 (Z)-芳樟醇氧化物(呋喃型) − 1 32.13 26.60 23.84 23.34 11.29 12.77 10.47 苯乙醇 玫瑰花香[11] 10.00 12.19 21.39 11.80 31.33 5.19 2.61 2.08 芳樟醇 花香[11] 0.60 3485.49 5918.83 840.76 5783.97 2303.06 2000.22 1743.53 苯甲醛 坚果香[24] 3.00 18.10 9.12 7.25 13.88 6.66 7.87 6.68 顺-3,7-二甲基-2,6-辛二烯醛 − 1.00 − − 32.38 − 35.25 − − 戊醛 果香[24] 1.20 179.13 266.98 309.84 282.93 − 147.47 125.37 庚醛 柑橘香[24] 0.28 − 98.86 155.60 139.04 210.82 166.79 79.53 异-3,7-二甲基-2,6-辛二烯醛 − 88.80 − − − − 7.85 − − 壬醛 果香[24] 0.80 96.56 160.29 256.84 196.48 282.93 72.01 76.07 反-2,6-壬二醛 − 0.05 − − 1212.87 − − − − 顺-6-壬烯醛 − 0.10 − − − − 590.54 − − 2-己烯醛 果香、蔬菜香[24] 3.00 219.43 440.93 435.56 374.59 601.22 291.44 293.50 柠檬醛 柠檬香[24] 4.00 94.60 63.67 104.09 63.41 − 24.14 19.98 己醛 果香[25] 4.00 − − 4.37 − 5.86 2.66 2.65 青叶醛 青草气[25] 0.31 − − − − 334.90 − 179.55 甲酸香叶酯 − 2.00 − 7.93 − 6.02 2.46 3.87 3.48 水杨酸甲酯 冬青油香气[24] 4.00 983.79 491.65 740.69 567.94 904.07 241.31 196.23 苯乙烯 甜香、花香[25] 6.50 10.16 118.39 63.14 120.22 53.02 15.10 58.43 月桂烯 柑橘香[25] 1.50 94.79 − − − − − − 反-2-己烯基己酸 − 78.10 − − − − 3.32 0.59 1.30 β-紫罗兰酮 紫罗兰花香[25] 0.01 − − − − − 1674.23 − 注:−表示未检出或未查到。 将不同茶树品种红茶中香气物质含量进行标准化处理,绘制聚类热图,如图3所示,‘福鼎大白’和‘名山131’聚为一类,由这两个茶树品种制成的红茶均是(E)-芳樟醇氧化物(呋喃型)、芳樟醇和苯乙醇含量最高;‘天府5号’和‘天府6号’这两个品种是从眉山市洪雅县老川茶中选育出来的,具有较高的同源性,加工制成的红茶香气成分相似,因此聚成一类;‘四川中小叶群体’单独聚为一类,制成的红茶在香叶醇、橙花醇和水杨酸甲酯等化合物含量明显高于其它茶树品种红茶,这些化合物大多具有水果香气,为‘四川中小叶群体’红茶提供了独特的果香;‘福云6号’表现出甜香,其中含有的顺-3,7-二甲基-2,6-辛二烯醛、柠檬醛和戊醛等化合物含量较高,被聚为一类;‘青心乌龙’是乌龙茶的适制茶树品种,加工的工夫红茶花香强度显著高于其它茶类而被归为一类。
2.4 不同红茶香气成分的PLS-DA分析
PLS-DA是一种判别分析统计方法,通过PLS-DA建立香气物质与样品类别之间的关系模型,实现对样品类别的预测;为比较不同茶树品种红茶香气成分的差异,以OAV≥1的香气化合物构建矩阵进行分析,对不同茶树品种红茶进行聚类并建立判别模型。RX2和RY2分别表示在PLS-DA模型中能够解释的X和Y矩阵信息百分比,RX2和RY2数值越接近1表明建立模型的效果越好。建立的PLS-DA模型中RX2=0.998、RY2=0.989,说明该模型能够很好地对数据进行降维、可视化,具有一定的准确性。对PLS-DA模型进行200次置换检验,如图4所示,结果显示Q2=0.978,且Q2回归线与纵轴交点坐标为(0,−0.777),R2回归线与纵轴的交点坐标为(0,0.151),表明该模型没有过拟合现象,稳定性高,对数据有良好的预测能力。
变量投影重要性(Variable Important for the Projection,VIP)表示各香气物质的表达模式对各组样本分类判别的影响强度和解释能力,可以辅助标志性代谢物的筛选[30],因此,VIP可以筛选不同茶树品种红茶中的关键差异香气化合物。VIP>1表示该化合物对不同茶树品种香气差异判别有较高的贡献率,即VIP越高的化合物对样品越重要[31]。如图5所示,以VIP>1.0且P<0.05为条件对不同茶树品种红茶关键香气化合物进行筛选,确定了香叶醇、芳樟醇、水杨酸甲酯、苯乙醇、苯乙烯、2-己烯醛、(E)-芳樟醇氧化物(呋喃型)和柠檬醛是不同茶树品种红茶香气存在差异的关键化合物。
3. 讨论与结论
本研究选择的7个茶树品种,包括‘四川中小叶群体’‘青心乌龙’‘福云6号’‘名山131’‘天府5号’‘福鼎大白’和‘天府6号’,按照川红工夫红茶加工工艺加工成工夫红茶。感官审评和电子鼻结果表明,7个不同茶树品种制成的红茶样品均表现为花香和甜香,其中‘四川中小叶群体’甜香强度最高,带有果香,在感官审评中评分最高,与罗学平等[32]对四川工夫红茶特征香气的研究结果相似。HS-SPME-GC-MS发现7个红茶样品中的醇类物质含量最高,其中芳樟醇及其氧化物(花香)、苯乙醇(玫瑰花香、果香)、苄醇(果香)和3,7-二甲基-2,6-辛二烯醇(柑橘香)等含量很高,且由不同茶树品种加工成的工夫红茶间存在显著差异(P<0.05)。研究表明,芳樟醇对工夫红茶整体特征香气构成具有重要作用[10],芳樟醇在‘四川中小叶群体’‘福鼎大白’和‘名山131’中的OAV极大,会为样品带来花香味。研究表明,鲜叶中含有的前体物质会在红茶加工过程中转化为香气物质,如:红茶的萎凋过程会促进脂肪族醇类的生成[33],红茶发酵过程中氨基酸、脂肪酸和类胡萝卜素的降解[34]会生成醇类物质。因此,不同茶树品种鲜叶加工制成的红茶,香气物质种类存在显著差异。查询香气物质阈值并计算OAV结合PLS-DA模型分析出8个关键差异香气化合物(VIP>1、P<0.05),香叶醇、芳樟醇、水杨酸甲酯、苯乙醇、苯乙烯、2-己烯醛、(E)-芳樟醇氧化物(呋喃型)和柠檬醛。综合考虑,‘四川中小叶群体’加工而成的工夫红茶在香气类型和香气强度上较高,能加大对四川中小叶群体种茶树品种的开发,以提高川红工夫红茶的品质。
本研究对宜宾地区不同茶树品种鲜叶加工制成的红茶香气进行分析,检测出不同茶树品种鲜叶加工制成工夫红茶香气物质差异,后续研究可以结合GC-O-MS、香气遗漏和重组实验、S曲线拟合等方法,对宜宾地区不同季节及不同加工工艺生产的红茶进行对比研究并进一步分析不同香气化合物对整体香气的贡献程度和化合物之间的感知相互作用关系,从而为提高宜宾地区工夫红茶香气提供参考。
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表 1 红茶香气感官审评
Table 1 Sensory evaluation of black tea aroma
样品 香气 评语 评分 四川中小叶群体 蜜香、稍带果香 94.02±0.17a 天府5号 甜香、较纯正 91.10±0.31f 天府6号 甜香 91.53±0.22e 名山131 清甜香、花香 92.00±0.16d 福鼎大白 清甜香、花香、鲜爽 93.06±0.29c 福云6号 甜香鲜爽 92.05±0.27d 青心乌龙 花香、甜香 93.50±0.25b 注:同列不同小写字母表示差异显著,P<0.05。 表 2 不同红茶样品中香气成分及含量(μg/kg,n=3)
Table 2 Aroma composition and content of different black tea samples (μg/kg, n=3)
编号 香气成分 四川中小叶群体 福鼎大白 福云6号 名山131 青心乌龙 天府5号 天府6号 醇类 1 苄醇 649.33±24.63c 851.96±42.52a 482.57±19.40d 833.44±17.93a 764.93±23.79b 184.83±35.43e 177.05±7.90e 2 香叶醇 6989.27±77.25 − − − − − − 3 橙花醇 230.62±3.40b − 184.58±10.25c − 582.93±20.87a − − 4 α-松油醇 − 34.49±1.62b − 39.12±4.63b 158.27±11.11a − − 5 (E)-芳樟醇氧化物
(吡喃型)308.99±22.39c 555.83±31.10a 93.54±2.73f 91.62±3.29f 339.83±13.64b 171.7±12.24d 126.61±3.68e 6 4-庚烯-1-醇 − 18.62±0.16a − − − − 7.39±2.15b 7 顺-2-戊烯醇 51.5±8.96b 60.99±4.75b − − − 101.8±19.50a 47.95±4.37b 8 反-2-甲基环戊醇 129.87±17.91d 155.91±9.19c 71.45±2.68e 310.78±20.36a 271.5±11.84b 162.65±14.34c 111.47±4.23d 9 脱氢芳樟醇 − − − 68.36±7.02a − − 63.43±7.63a 10 二氢芳樟醇 320.19±15.67 − − − − − − 11 (E)-芳樟醇氧化物
(呋喃型)968.4±19.03b 1029.7±29.11a − 1025.19±36.42a 282.93±12.11d 447.5±43.72c 408±15.66c 12 十二碳烯-3-醇 − − − − − 17.03±2.39 − 13 反-橙花叔醇 57.66±5.04b 62.39±1.35b 36.58±2.34c 36.38±2.88c 233.39±9.52a 28.05±3.30d 36.08±0.54c 14 脱氢芳樟醇 − − 52.45±13.76a − − 60.18±4.45a − 15 顺-5-辛烯-1-醇 39.18±7.84c − 52.42±16.33b − 106.82±2.71a 17.29±2.37d 22.29±0.49d 16 马鞭烯醇 172.41±8.96a 122.94±9.20b − − 109.41±5.10c 13.36±4.80d 12.42±2.40d 17 2-环己烯醇 − − − − − − 16.46±0.97 18 反-2-己烯醇 158.97±4.48 − − − − − − 19 叶醇 308.99±5.69a 200.86±20.08cd 134.77±5.05e 237.44±8.23b 188.06±9.74d 217.44±33.12bc 100.41±6.19f 20 异香叶醇 − − − − − 9.19±0.90 − 21 (Z)-芳樟醇氧化物
(呋喃型)321.31±1.12a 265.98±11.05b 238.4±16.02c 233.44±15.07c 112.93±8.52de 127.75±7.70d 104.74±1.86e 22 苯乙醇 1219.18±21.27c 2138.57±77.66b 1179.62±46.66c 3133.12±81.00a 519.05±14.17d 260.54±5.93e 207.55±17.49e 23 1-戊烯-3-醇 − − − − − − 20.01±1.79 24 3,7-二甲基-2,6-辛二烯醇 − 6137.01±178.33d 8876.22±100.46b 6794.84±94.65c 16302.13±127.47a 1738.2±153.94e 1762.79±33.87e 25 3,5-辛二烯-2-醇 − − − 35.25±3.35 − − − 26 (±)-1-苯基-2-丙醇 − 191.06±15.53b 94.33±11.31c 229.89±6.56a 87.71±4.95c 54.38±11.63d − 27 1-甲基-4-环己醇 − 22.73±3.10 − − − − − 28 cis-2-甲基环己醇 − − 29.38±1.58b 62.07±0.66a − − − 29 芳樟醇 2091.30±51.50b 3551.30±141.65a 504.46±27.31f 3470.38±28.09a 1381.84±61.73c 1200.13±80.52d 1046.12±41.72e 醛类 30 苯甲醛 542.98±5.60a 273.55±12.87c 217.37±12.42de 416.49±19.01b 199.66±5.07e 236.03±10.56d 200.34±13.76e 31 顺-3,7-二甲基-2,6-辛
二烯醛− − 323.78±17.74b − 352.51±8.38a − − 32 戊醛 214.95±2.24d 320.37±5.96c 371.81±17.85a 339.51±13.79b − 176.96±14.94e 150.44±6.49f 33 庚醛 − 27.68±4.19d 43.57±2.76bc 38.93±0.33c 59.03±3.43a 46.7±8.98b 22.27±3.64d 34 异-3,7-二甲基-2,6-辛
二烯醛− − − − 697.09±24.7 − − 35 壬醛 77.25±3.36e 128.23±11.98d 205.47±12.28b 157.19±7.52c 226.34±8.36a − 60.86±5.40f 36 反-2,6-壬二醛 − − 60.64±3.54 − − − − 37 (Z)-6-壬烯醛 − − − − 59.05±3.53 − − 38 2-己烯醛 658.29±15.67e 1322.79±24.79b 1306.69±47.95b 1123.78±39.26c 1803.66±84.09a 874.32±131.91d 880.49±14.05d 39 柠檬醛 378.40±6.72b 254.69±8.26c 416.35±17.30a 101.94±1.35d 0 96.56±10.83d 79.91±7.55e 40 己醛 − − 174.82±2.47b − 234.56±9.00a 106.26±5.10c 106.18±6.79c 41 青叶醛 − − − − 103.82±4.72a − 55.66±8.53b 酯类 42 甲酸香叶酯 − 31.3±1.56e − 120.39±5.07a 49.19±2.87d 77.41±7.11b 69.56±2.42c 43 甲酸辛酯 − − − 31.65±2.70c 117.3±7.87a − 42.43±4.94b 44 水杨酸甲酯 3935.17±267.57a 1966.61±75.90e 2962.75±133.88c 2271.75±68.91d 3616.28±55.38b 965.23±20.65f 784.92±15.93f 45 3,7-二甲基-1,6-辛二烯-3-醇甲酸酯 − − − − 80.44±6.31a 36.94±0.79b − 46 烯丙基丙酯 − − − − 124.17±12.98 − − 47 乙酸香叶酯 − − − − 54.15±3.05 − − 48 3,7,11-三甲基-1,6,10-十二烷三烯-3-醇乙酸酯 − − − − 95.14±6.54 − − 49 顺-3-甲基丁酸-3-己烯酯 − − − 56.87±1.04a − 11.43±1.37b − 50 肼基甲酸苄酯 40.30±6.72 − − − − − − 51 顺-2-己烯酸丁酯 − − − − 179.61±7.78 − − 52 2-甲基丁酸叶醇酯 31.35±2.24b 29.80±6.31b 21.31±1.61c − 39.17±2.47a 19.44±1.44c 18.32±2.63c 53 己酸-3-己烯-1-酯 88.44±10.08d 59.78±6.08e 54.1±3.21e − 401.88±10.54a 118.14±10.12c 251.35±43.84b 54 乳酸叶醇酯 − − − 70.56±0.59a − − − 55 2-乙基丁酸烯丙酯 − 20.79±2.68b 73.03±2.61a − − 22.96±4.23b 14.14±2.67c 56 己酸己酯 − − − − 372.55±8.19 − − 烯类 57 苯乙烯 66.05±5.60e 769.56±56.83b 410.38±21.41c 848.61±22.39a 344.64±15.40d 98.15±1.28e 379.78±21.10cd 58 月桂烯 142.18±10.08 − − − − − − 59 6-甲氧基-2-己烯 71.65±6.72b − 62.45±0.56c − 247.64±13.14a − − 60 金合欢烯 − − − − 65.03±4.37 − − 61 6,6-二甲基富烯 − 32.1±1.89c 98.47±4.68a 43.86±5.01b − − 11.09±1.67d 62 罗勒烯 − − − 55.96±0.47 − − − 63 右旋萜二烯 27.99±5.60b − − − 38.75±2.89a − − 64 α-法尼烯 101.88±3.36a 12.25±0.50d − 24.63±0.50b − 15.24±0.67c 12.04±0.71d 65 6-十二烯 − − − − 187.65±6.99 − − 66 顺-3-十二烯 − 86.87±2.35 − − − − − 67 蒎烯 24.63±4.48e 45.56±3.30d 89.48±4.50b 62.03±0.70c 119.41±6.26a 9.89±2.63f 15.78±6.06f 68 4-亚甲基-1-甲基乙
基环己烯− − − − 111.12±0.07 − − 酸类 69 2-己烯酸 − 125.43±6.28c 208.95±8.80a 186.29±3.74b − − − 70 顺-2-辛烯酸 − − − − − 14.25±0.33 − 71 (E)-2-辛烯酸 − − − − 94.65±5.98a 35.97±0.82b 31.22±1.58c 72 反-2-己烯酸 114.19±15.67 − − − − − − 73 4-己烯酸 43.10±3.92b 60.17±1.43a 30.05±3.31c 23.04±3.50d − − − 74 香叶酸 322.99±21.83a 41.75±2.47e 256.18±9.70b 60.77±4.68cd 312.61±17.05a 70.67±3.06c 46.46±5.48de 75 反-2-己烯基己酸 − − − − 259.34±11.33a 45.98±6.54c 101.76±12.13b 酮类 − 76 6-甲基-7-辛烯-2-酮 − 29.97±0.23c − 45.06±3.19a − 34.31±3.95b − 77 1-(2,2-二甲基环戊基)乙酮 − − − − 164.04±6.00 − − 78 茉莉酮 49.26±2.24c 55.69±5.35c − 102.81±6.19b 289.64±12.26a − − 79 2-茚酮 − − − − − − 33.81±3.65 80 β-紫罗兰酮 − − − − − 11.72±1.37 − 其它 81 庚基环己烷 − − 121.63±6.73 − − − − 82 二乙二醇丁醚 − − 29.12±2.38 − − − − 83 蒎烷 − − 44.45±3.68 − − − − 84 萘酚 − − − 52.45±3.38 − − − 注:同行不同小写字母表示化合物含量差异显著(P<0.05);−表示未检出。 表 3 不同红茶香气化合物OAV分析
Table 3 OAV analysis of aroma compounds of different black tea
化合物 香气描述 阈值(μg/kg) 四川中小叶群体 福鼎大白 福云6号 名山131 青心乌龙 天府5号 天府6号 香叶醇 玫瑰花香[22] 7.50 931.90 − − − − − − 橙花醇 柠檬香[11] 22 1.05 − 0.84 − 2.65 − − 顺-2-戊烯醇 − 72.00 0.72 0.85 − − − 1.41 0.67 (E)-芳樟醇氧化物(呋喃型) − 6.00 161.40 171.62 − 170.86 47.15 74.58 68.00 反-橙花叔醇 木香、果香[11] 25.00 2.31 2.50 1.46 1.46 9.34 1.12 1.44 辛烯-1-醇 − 0.60 65.31 − 87.36 − 178.03 28.82 37.14 叶醇 清香[11] 7.00 44.14 28.69 19.25 33.92 26.87 31.06 14.34 (Z)-芳樟醇氧化物(呋喃型) − 1 32.13 26.60 23.84 23.34 11.29 12.77 10.47 苯乙醇 玫瑰花香[11] 10.00 12.19 21.39 11.80 31.33 5.19 2.61 2.08 芳樟醇 花香[11] 0.60 3485.49 5918.83 840.76 5783.97 2303.06 2000.22 1743.53 苯甲醛 坚果香[24] 3.00 18.10 9.12 7.25 13.88 6.66 7.87 6.68 顺-3,7-二甲基-2,6-辛二烯醛 − 1.00 − − 32.38 − 35.25 − − 戊醛 果香[24] 1.20 179.13 266.98 309.84 282.93 − 147.47 125.37 庚醛 柑橘香[24] 0.28 − 98.86 155.60 139.04 210.82 166.79 79.53 异-3,7-二甲基-2,6-辛二烯醛 − 88.80 − − − − 7.85 − − 壬醛 果香[24] 0.80 96.56 160.29 256.84 196.48 282.93 72.01 76.07 反-2,6-壬二醛 − 0.05 − − 1212.87 − − − − 顺-6-壬烯醛 − 0.10 − − − − 590.54 − − 2-己烯醛 果香、蔬菜香[24] 3.00 219.43 440.93 435.56 374.59 601.22 291.44 293.50 柠檬醛 柠檬香[24] 4.00 94.60 63.67 104.09 63.41 − 24.14 19.98 己醛 果香[25] 4.00 − − 4.37 − 5.86 2.66 2.65 青叶醛 青草气[25] 0.31 − − − − 334.90 − 179.55 甲酸香叶酯 − 2.00 − 7.93 − 6.02 2.46 3.87 3.48 水杨酸甲酯 冬青油香气[24] 4.00 983.79 491.65 740.69 567.94 904.07 241.31 196.23 苯乙烯 甜香、花香[25] 6.50 10.16 118.39 63.14 120.22 53.02 15.10 58.43 月桂烯 柑橘香[25] 1.50 94.79 − − − − − − 反-2-己烯基己酸 − 78.10 − − − − 3.32 0.59 1.30 β-紫罗兰酮 紫罗兰花香[25] 0.01 − − − − − 1674.23 − 注:−表示未检出或未查到。 -
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