贵州不同产区代表绿茶的品质特征及香气组分分析
——安顺学院农学院
中国农业科学院蚕业研究所
研究背景
贵州地处中国西南云贵高原，气候温暖湿润，得天独厚的生态环境使其成为中国最宜种茶的地域之一，也是世界茶树的古老原产地之一。截至 2019年12月，贵州省茶园面积达700万亩，连续七年居全国第一，全年茶叶产量 40.1万吨、产值451.2亿元，同比分别增长10.7%、14.5%，贵州茶产业规模质量和效益不断提升，其中绿茶的知名度更是跃居全国之首。
绿茶香气物质( volatile fragrant compounds，VFC)是衡量茶叶品质的重要指标，香气类型可分为清香型、板栗香型、高火香型、焦糖香型和花香型等。国内外对绿茶香气进行了80余年的研究，共分离鉴定出 700多种香气成分。李俊采用全二维气相飞行时间质谱技术( GC－TOF－MS) 分析了贵州卷曲型都匀毛尖茶、扁型湄潭翠芽、颗粒型绿宝石茶等三款绿茶的香气成分，检出77种香气成分，3种绿茶的香气以果香和显花香物质为主。谢勋对贵州湄潭翠芽、绿宝石茶、鸟王茶等3种茶叶的香气进行研究，得到干燥和杀青对香气的成型起着重要的作用。目前对贵州绿茶香气的系统研究较少，现有研究仅是对个别贵州绿茶的香气组分进行定量分析，且未考虑阀值的影响，具有一定局限性。因此对贵州绿茶主要生化成分和香气成分进行较为系统的研究具有重要意义。
郭建军博士以贵州六大茶产区共12种代表性绿茶为原料，采用顶空固相微萃取( headspace solid phasemicro-extraction，HS-SPME) 和气相色谱-质谱联用法( gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS) ，同时结合化学成分分析、含量比较、主成分分析(principal component analysis，PCA)、香气活性值(odour activity value，OAV) 系统筛选确定贵州绿茶的品质差异和主要香气成分，以期为贵州绿茶品质特色探讨与改进提供理论依据。
1 HS-SPME/GC-MS条件优化
固相微萃取(SPME)是快速简便、无溶剂的样品前处理与富集技术，在植物香气成分提取方面具有良好的应用前景。本实验比较了2种萃取头(50/30 μm DVB/CAIN/PDMS、65 μm PDMS/DVB)及2种Agilent GC色谱柱(DB-17MS、DB-5MS)对贵州不同产区代表绿茶的萃取和分离效果。结果显示：萃取时间为30 min，萃取温度为80 ℃时，DB-17MS弹性石英毛细管柱(30 mx0.32 mmx0.25 μm)属于中等极性柱，峰形完整对称，分离度较好。50/30 μmDVB/CAIN/PDMS萃取头属于中等极性混合型涂层，萃取化合物较多，且对各类化合物灵敏度高，重复性好；以上条件适合提取鉴定贵州绿茶的挥发性成分。
2 12种贵州绿茶主要生化成分分析
12种贵州绿茶的主要生化成分含量测定结果见表2。由表2可知，不同产区绿茶的生化成分含量存在一定差异。氨基酸平均含量为4.37% ,黔北和黔中绿茶高于平均值；茶多酚平均含量为16.81%，黔南和黔北绿茶小于平均值；酚氨比平均值为3.88 ,黔南和黔北绿茶低于平均值；水浸出物平均含量为47.77%，黔南和黔中绿茶高于平均值；可溶性糖平均含量为3.19%，黔南和黔中绿茶高于平均值；咖啡碱平均含量为3.52% ,黔北和黔中绿茶高于平均值；茶总黄酮含量，各产区差异不大。从茶主要生化成分含量分析，黔北、黔南、黔中代表绿茶生化品质更优。
茶甘爽、滋味鲜特征与氨基酸含量呈正相关，咖啡碱的高含量不会给茶汤带来苦涩味，反而会有生津止渴的作用，即贵州绿茶高氨基酸和高咖啡碱含量形成了其“鲜爽”的特征。贵州绿茶高水浸出物、低茶多酚(涩味)、高水溶性糖(甜味)、高咖啡碱(苦味)就降低了茶的苦涩味，从而形成其“浓醇”的特征。经计算，贵州绿茶具有较低的酚氨比3.88，体现了“鲜爽而回甘”的特征。总体，贵州绿茶呈现“嫩、鲜、浓、醇”特征。
3 12种贵州绿茶香气物质鉴定结果
经HS-SPME/GC-MS分析和CAS检索(Chemical Abstracts Service) , 12种贵州绿茶中共检测出75种挥发性成分，其中碳氢化合物22种，醇类13种，醛类8种，酸类6种，酯类11种，酚类3种，酮类3种，含氮化合物9种。各类香气成分含量及占比见图2和表3。由图2可知，不同产区贵州绿茶香气成分中主要含碳氢化合物(36.74%~46.13% )，其次是醇类(5.86%~12.70% )，还含有少量的醛类、酸类、酯类、酚类、酮类和含氮化合物等化合物。
由表3可知，贵州六大茶产区共12种代表性绿茶检测到10种共有香气成分。其中，苯乙醇，平均相对含量3.21%，呈玫瑰花香；芳樟醇，平均相对含量2.69%，呈甜花香；茉莉酮，平均相对含量2.04% ,呈茉莉花香；丙烯基环庚烷，平均相对含量1.85% ,呈花香；去氢白菖烯，平均相对含量1.81%，呈花香；香橙烯，平均相对含量1.37%，呈果香味；苄醇，平均相对含量2.71%，呈果香；苯乙睛，平均相对含量1.69%，呈杏仁味。由此可知，花香、果香可能是贵州六大产区绿茶的主体香气风格。
另外，黔西南绿茶香气成分中2，3-环氧降莰烷(呈焦糖味，相对含量3.84% ) , D-毕澄茄烯(呈木香，相对含量3.03% ) 、α-长叶旅烯(呈木香，相对含量4.24%)均高于贵州其他茶产区。黔西绿茶香气成分中2-哌啶酮(呈香樟味，相对含量3.13%)高于其他茶产区。黔北绿茶香气成分中金合欢烯(呈清甜香，相对含量2.86%)在贵州其他茶产区香气成分中未发现或少量发现。7-十五炔(呈花香)只在黔中和黔北绿茶香气成分中发现。3-蒈烯(呈松木香)在黔东南绿茶香气成分中相对含量高达14.10%，且在贵州其他茶产区香气成分中未发现或少量发现。乙二醇苯醚(呈芳香，相对含量9.95% ) 、β-红没药烯(呈柑橘果香，相对含量1.44%)只在黔南绿茶香气成分中发现。以上可知，贵州绿茶主体香气风格虽相似，但不同茶产区的绿茶，由于地理环境和加工工艺的差异，均会导致其香气成分组成不同，从而呈现出不同产茶区个性化的显香类型。
4 主要香气成分OAV和PCA分析
各类采用PCA和OAV及含量比较法系统筛选确定贵州不同产区绿茶的品质差异和主要香气成分。通过SPSS 19.0软件对75个贵州绿茶挥发性成分的相对含量构成75x12矩阵进行PCA。通过降维，将原来的75个变量转化为6个新的指标变量。结果显示，前6个主成分对贵州绿茶香气组分的累计贡献率达到83.564%(见表4)，表明这6个主成分能说明其规律。
对PC1贡献较大的香气成分包括苯甲醛、壬醛、油醇、苄醇、苯乙醇、α－法尼烯、茉莉酮，这7种香气成分具有花香、青香等，根据这些香气成分的香型和PC1的方差贡献率(29.614% )，表明PC1解释贵州绿茶花香的基本组分。对PC2贡献较大的香气成分包括香橙烯、二十八烷醇、乙酸香茅酯、苯酚，这4种香气成分呈甜香、果香等。对PC3贡献较大的香气成分包括亚硫酸-2-丙基烷基酩、顺式-11-十六烯醛、1,6-二烯-6,12-二甲基-十二醇，呈现清香、花香，对贵州绿茶的花果香起增效作用。PC4、PC5和PC6贡献率较小(总计23.273% )。包括D-毕澄茄烯、姥鲛烷、雪松醇、水杨酸甲酯，呈现不同香型。这18种物质为贵州绿茶香气的主要贡献组分。
为更客观地评价香气成分含量对样品风味贡献大小，引用OVA对贵州不同产区绿茶香气物质进行表征，若OAV大于1的成分，则其对整体有贡献。根据香气物质的定量结果和已查到的阀值计算，结果见表5。OAV大于1的成分包括β-紫罗兰酮、2-乙酰基吡咯、壬醛、苄醇、苯乙醇、α-法尼烯、D-毕澄茄烯、雪松醇，它们对不同产区绿茶各白的香型贡献较大。其中，2-乙酰基吡咯和β-紫罗兰酮影响最大。
贵州绿茶中依然有大部分香气物质的阀值无法确定，因此筛选出成分质量浓度大于20 μg/L的香气成分，主要有芳樟醇、金合欢烯、去氢白菖烯、3一蒈烯、柑青醛、2-哌啶酮、乙二醇苯醚、α－长叶蒎烯、吲哚等23种组分。这些香气成分具有花香、果香、清甜香、松木香等，是贵州绿茶香气的主要组分。综上，由PCA、OAV和含量比较3种方式筛选出贵州六大产区绿茶的主要香气物质，见表6。
据上分析可知，贵州绿茶主要香气成分包括苯酚、苯甲醛、壬醛、油醇、苄醇、苯乙醇、亚硫酸-2-丙基烷基酯、茉莉酮、吲哚、香橙烯、顺式-11-十六烯醛、D-毕澄茄烯、姥鲛烷、二十八烷醇、乙酸香茅酯、水杨酸甲酯、1，6-二烯-6，12-二甲基－十二醇、雪松醇、α-法尼烯、β-紫罗兰酮、2-乙酰基吡咯、芳樟醇、金合欢烯、去氢白菖烯、3-蒈烯、柑青醛、2-哌啶酮、乙二醇苯醚、α-长叶蒎烯、β-红没药烯、丙烯基环庚烷共31 种。
5 贵州不同产区绿茶香型分析
茶树品质、生长环境和加工工艺不同，各茶区绿茶中香气物质种类也不同。依据贵州绿茶中 31 种主要香气成分的性质分析绿茶显香类型，结果见表 7。结果表明，贵州六大产区绿茶主体香气风格相似，以花香、果香、清香和栗香味为主，与李俊等研究结果相似。贵州不同茶产区绿茶的主要香气成分组成不同，显香类型不同。黔南和黔中茶区的显香物质种类和含量较多，黔西南、黔西茶区的香气物质种类较少，以烷烃为主，显香类型单一。其中，黔南茶区主要呈现浓郁的花果香为主; 黔中茶区显香类型主要为清香和花香为主; 黔北茶区带有清甜香气特征; 黔东南茶区带松木香特征; 黔西南、黔西茶区花果香较淡，呈现出香樟味和冬青油味特征。
6 结论
通过比较 2 种 SPME 萃取头和 2 种 GC 色谱柱对贵州绿茶香气物质的萃取和分离效果，结果表明，萃取时间为 30 min，萃取温度为 80 ℃，DB－17MS 弹性石 英 毛 细 管 柱 ( 30 m×0.32 mm×0.25 μm) ，50 /30 μm DVB / CAＲ / PDMS 萃取头较为适合提取鉴定贵州绿茶的挥发性成分。12 种贵州绿茶的主要生化成分平均含量为氨基酸4.37% 、茶多酚16.81% 、酚氨比3.88、水浸出物47.77% 、可溶性糖3.19%、咖啡碱3.52%、总黄酮1.74%，体现出“嫩、鲜、浓、醇”特征。黔南、黔北、黔中代表绿茶生化品质更优。
2 种贵州绿茶中共检测出75种呈香物质，其中碳氢化合物22种，醇类13种，醛类8种，酸类6种，酯类11种，酚类3种，酮类3种，含氮化合物9种。结合 PCA、OAV 和含量比较3种方式筛选出主要香气物质共31种。贵州六大产区绿茶主体香气风格相似，以花香、果香、清香和栗香味为主。其中，黔南和黔中绿茶呈现浓郁的花果香为主，贡献成分主要有苄醇、茉莉酮、苯乙醇；金合欢烯等为黔北绿茶增添清甜香气特征；3－蒈烯等使黔东南绿茶带松木香特征；黔西南、黔西绿茶花果香较淡，2-哌啶酮、D-毕澄茄、水杨酸甲酯等呈现其香樟味和冬青油味特征。
作者简介
郭建军
在读博士
郭建军，男，江西南昌人，中国农业科学院在读博士，中共党员。安顺学院青年学术骨干，于北京协和医学院及台湾大仁科技大学完成研修。主要承担《中药化学》、《生物化学》、《有机化学》等课程的教学工作。近年来，主持完成贵州省科技厅、教育厅课题共2项，发表论文25篇（其中核心5篇、SCI 4篇），主编出版教材1部。指导学生完成贵州省大学生创新创业训练计划项目6项。曾获校优秀班主任、校优秀本科毕业论文指导教师。
研究方向：蚕茶天然产物及其生物材料研究
电子邮箱：57080341@qq.com
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