茶葉香氣成分及檢測(cè)技術(shù)研究進(jìn)展

施莉婷,江和源,張建勇,王偉偉,蘇 威

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所,農(nóng)業(yè)部茶樹生物學(xué) 與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,浙江省茶葉加工工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,浙江杭州 310008;2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究生院,北京 100081)

中國(guó)茶葉種類繁多,風(fēng)味品質(zhì)各具特色。茶葉品質(zhì)主要由五個(gè)方面決定:外形、香氣、滋味、湯色、葉底[1]。其中,香氣物質(zhì)在茶葉中的含量只占干物質(zhì)的0.02%[2],卻是茶葉品質(zhì)評(píng)定的重要因子。而不同的茶類,其香氣組成以及種類也有所不同,烏龍茶的香型種類較其它茶類更為豐富,綠茶中香氣組成與鮮葉原料較為相似,白茶與紅茶的香氣組分在種類和數(shù)量上具有一定相似性[3]。隨著對(duì)茶葉香氣研究的逐步深入,其香氣類型及香氣化合物也逐漸明確。由于茶葉中香氣化合物含量少、物質(zhì)復(fù)雜、易揮發(fā),茶葉香氣成分的解析及其檢測(cè)仍然是茶葉品質(zhì)化學(xué)研究領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)。本文著重對(duì)近些年不同茶類香氣成分及檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了綜述,以期為茶葉香氣研究提供借鑒。

1 茶葉中發(fā)現(xiàn)的香氣成分

目前為止,已有700多種茶葉芳香物質(zhì)被發(fā)現(xiàn)[4],主要物質(zhì)分為萜烯類衍生物、酯類衍生物、芳香族衍生物和含氮、氧、硫等雜環(huán)類化合物[5]。而不同類別的茶葉香氣類型也有所不同,主要是因?yàn)橄銡饨M分及其所占比例的差異,從而形成了特定的茶葉香型。

1.1 綠茶香氣成分

綠茶的感官香氣類型主要為嫩香、嫩栗香、栗香和清香等。其香氣主要組分為[6]:青葉醇、青葉醛、紫羅酮、順茉莉酮、橙花叔醇、芳樟醇、香葉醇、苯乙醛、吡嗪、吡啶、呋喃類衍生物等化合物。

綠茶中,香氣成分以醇類和酯類為主,但不同品牌茶葉的香氣類型有所不同,所對(duì)應(yīng)的香氣組分也存在一定的差異。龍麗梅等[7]對(duì)3種名優(yōu)綠茶特征香氣成分研究發(fā)現(xiàn),西湖龍井中醇類和酯類化合物最多,而黃山毛峰和信陽(yáng)毛尖中醇類化合物最多,香葉醇、芳樟醇、香榧醇以及反-橙花叔醇是這3種綠茶共有的醇類化合物。朱蔭等[8]從西湖龍井茶樣品中檢測(cè)出522 種共性香氣成分,數(shù)量最多的為芳香烴,其次為烷烴、烯、酯、酮,分析表明,醇類、酯類等化合物是其優(yōu)異香氣品質(zhì)的物質(zhì)基礎(chǔ)。房澤海等[9]在5種山東綠茶中共發(fā)現(xiàn)52種主要的揮發(fā)性化合物,其中醇類和酯類所占數(shù)目最多,共17種。

當(dāng)β-紫羅酮、橙花叔醇等化合物含量高,3,7,11-三甲基-1-十二醇的含量低時(shí),其香氣成分特征表現(xiàn)為栗香型[10];順-3-己烯醇、己酸-順-3-己烯酯的百分含量高時(shí),表現(xiàn)為清香型[11];隨著綠茶儲(chǔ)存時(shí)間增加,2-丁基-2-辛烯醛的含量也有所增加,果香增加[12]。如龍井茶清香突出,是由于其香氣成分中包含倍半萜;黃山毛峰的玫瑰花香顯著是因?yàn)槠浣M分富含香葉醇、苯乙醇及α-紫羅酮和順-茉莉酮;碧螺春中低沸點(diǎn)的烯醇類含量高,使其具有清香甘甜的香氣。此外,Ryoko等[13]分析綠茶香氣后發(fā)現(xiàn)七種物質(zhì)對(duì)其香氣品質(zhì)至關(guān)重要,分別為4-羥基-2,5-二甲基-3(2H)-呋喃酮、3-羥基-4,5-二甲基-2(5H)-呋喃酮、香豆素、香草醛、香葉醇、(E)-異月桂醇以及2-甲氧基苯酚。

1.2 紅茶香氣成分

紅茶香氣主要為嫩香、甜香和花香等。紅茶加工過(guò)程中,兒茶素類氧化形成的產(chǎn)物繼續(xù)氧化氨基酸、不飽和脂肪酸以及類胡蘿卜素,形成的醛、酮、酸類化合物為紅茶的主要香氣成分[14],主要包括:香葉醇、香葉酸、芳樟醇及其氧化物、順-2-己烯醛、茉莉酮甲酯、苯甲醇、2-苯乙醇、水楊酸甲酯等[15-16]。任洪濤等[17]分析發(fā)現(xiàn)云南紅茶香氣化合物中醇類物質(zhì)的含量最高,酮類、酯類、酸類以及烴類化合物的含量相對(duì)較少。徐元俊等[18]研究表明滇紅和英紅香氣中芳樟醇含量顯著高于香葉醇,祁紅和宜紅中香葉醇含量顯著高于芳樟醇。王秋霜等[19]也發(fā)現(xiàn)英紅中芳樟醇含量很高。相對(duì)于大葉種紅茶,小葉種紅茶中橙花醇含量與芳樟醇及其氧化物含量的比值較高[20-21]。但大部分的紅茶中,醇類一直作為主要香氣化合物種類存在。

不同紅茶樣品的香氣表現(xiàn)具有特異性,其對(duì)應(yīng)的賦香物質(zhì)也有所不同,例如,祁門紅茶的代表性香型為“祁門香”,其特征性香氣物質(zhì)為香葉醇、芳樟醇及其氧化物、苯甲醇和苯乙醇[22];有推測(cè)表明川紅產(chǎn)生桔香的主要化合物是3,7-二甲基-1,5,7-辛三烯-3-醇[23];在正山小種紅茶中,長(zhǎng)葉烯和α-松油醇是其最豐富的香氣成分,長(zhǎng)葉烯、長(zhǎng)葉環(huán)烯、愈創(chuàng)木酚等為此類紅茶獨(dú)特的成分[24]。

1.3 烏龍茶香氣成分

烏龍茶香氣主要為花果香,其香氣主要組分為:苯甲醇、橙花叔醇、順-3-己烯酯、鄰苯二甲酸、二丁酯等[25]。烏龍茶香氣類型豐富多變,不同產(chǎn)區(qū)、不同類型烏龍茶間香氣成分組成及含量存在一定的差異。嵇偉彬等[26]通過(guò)研究不同產(chǎn)區(qū)烏龍茶香氣成分發(fā)現(xiàn)臺(tái)灣高山烏龍茶香氣清雅帶花香,主要成分是反-橙花叔醇和α-法尼烯;廣東烏葉單樅香型豐富,主要香氣成分是反-橙花叔醇和吲哚;閩南清香型鐵觀音香氣清幽顯花香,主要賦香物質(zhì)有反-橙花叔醇、吲哚和α-法尼烯;閩北水仙有焙火香并帶有花香,反-橙花叔醇、芳樟醇及其氧化產(chǎn)物和紫羅酮類物質(zhì)是主要香氣成分。陳泉賓等[25]對(duì)清香型烏龍茶、閩南烏龍茶和閩北烏龍茶香氣研究發(fā)現(xiàn),3種烏龍茶中,橙花叔醇在香氣成分中所占比例最高,為香氣中最主要的物質(zhì),其中,閩南烏龍茶香氣化合物數(shù)量最多,閩北烏龍茶酯類化合物含量最高。以上研究可以發(fā)現(xiàn)橙花叔醇以及反-橙花叔醇均是烏龍茶中主要且重要的香氣成分。但烏龍茶的不同香型的主要特征香氣成分及含量有所不同,例如,肉桂香的主要香氣成分為橙花叔醇、吲哚、植醇、芳樟醇及其氧化物;玉蘭香主要的香氣成分為法尼醇、植醇、吲哚;清香型烏龍中則是以橙花叔醇、芳樟醇為主導(dǎo)芳香物質(zhì)[27]。

1.4 黑茶香氣成分

相對(duì)于其它茶類,黑茶中香氣的類型相對(duì)較少,主要為陳香、菌花香等。其主要香氣組分為[28-29]:1,2,3-三甲氧基苯、3,4-二甲氧基苯、4-乙基-1,2-二甲氧基苯、β-芳樟醇、壬醛、水楊酸甲酯以及2,6-二叔丁基對(duì)甲苯等。袁思思等[30]通過(guò)分析茯磚茶、青磚茶、黑磚茶中香氣成分發(fā)現(xiàn),茯磚茶中香氣成分最為豐富,主要為碳?xì)浠衔铩⒋碱惡王ヮ愇镔|(zhì);黑磚茶中香氣成分的種類最少,香氣成分是碳?xì)浠衔?青磚茶香氣成分種類居中,主要香氣成分為醇類物質(zhì)。這可能是因?yàn)檐虼u茶中冠突散囊菌的作用,使其內(nèi)部產(chǎn)生了更多的香氣物質(zhì),從而豐富了其香氣成分的類型。彭雪萍等[31]比較了冰島普洱生茶、靜真普洱茯茶、湖南茯茶、陜西茯茶中的香氣物質(zhì),冰島普洱生茶中香氣成分以及香氣總量均最高,湖南茯茶最低。其原因可能是普洱生茶尚未完成充分的后發(fā)酵程序,部分程度上仍保留有綠茶的本質(zhì),所以其內(nèi)部的一些香氣物質(zhì)與綠茶較為相似[32],主要的香氣成分為醇類、酮類和碳?xì)浠衔颷33]。普洱生茶中己醛、青葉醛、苯甲醛、苯乙醛、芳樟醇、橙花醇、香葉醇等的含量均較高[34],這與綠茶中成分較為相似。

不同種類的黑茶其香氣表現(xiàn)有所差異,賦香物質(zhì)也有所不同。具有陳香的普洱茶,其β-芳樟醇、癸醛、壬醛、水楊酸甲酯、3,4-二甲氧基甲苯等成分的含量要明顯高于其他普洱茶類[29];對(duì)青磚茶中的陳香、木香和菌香貢獻(xiàn)率較大的代表性成分有β-環(huán)檸檬醛、β-紫羅酮、β-二氫紫羅酮、己醛、(E)-2-戊烯醛、(E)-2-己烯醛、庚醛、壬醛、癸醛、萘、1-甲基萘、檸檬烯和6-甲基-5-庚烯-2-酮等[35];菌香是茯磚茶的主要香氣,其主要賦香物質(zhì)可能為醇類、酮類、醛類、雜氧化合物等物質(zhì)[36]。

1.5 其它茶類的香氣成分

除了四大茶類的香氣成分分析之外,研究者們對(duì)其它茶類香氣成分也進(jìn)行了一定的研究。白茶典型的香氣特征為毫香,其特征成分為香葉醇、芳樟醇、苯甲醛、苯乙醛、苯甲醇、苯乙醇、己醛、(E)-2-己烯醛、(Z)-3-己烯醇和1-戊烯-3-醇等[37]。丁玎等[38]研究了不同等級(jí)和貯藏年份的白茶香氣成分,從4個(gè)等級(jí)白茶中鑒定出了14種醇類和8種醛類等51種香氣成分,從5個(gè)年份白茶中發(fā)現(xiàn)12種醇類,9種醛類以及16種碳水化合物等56種香氣成分。黃茶中香氣化合物種類最多的為醛、烴、酮以及醇類,這四類化合物相對(duì)含量高。孟愛(ài)麗等[39]對(duì)蒙頂黃芽分析發(fā)現(xiàn),其香氣特征為甜香和清香,香氣成分中醇類物質(zhì)含量高于其它茶類,酯類及酸類物質(zhì)含量很低。窨制茶是將茶坯與鮮花拼合窨制而成,其主要香氣成分為芳樟醇、α-法呢烯、乙酸芐酯、順式-3-己烯醇苯甲酸和苯甲醇等[40]。在窨制后烘焙過(guò)程中茶葉香氣成分會(huì)發(fā)生一系列化學(xué)變化,部分芳樟醇會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng),而萜烯類化合物則會(huì)出現(xiàn)異構(gòu)化[41]。

2 茶葉香氣成分的檢測(cè)技術(shù)

隨著科技的發(fā)展,茶葉香氣成分的檢測(cè)技術(shù)逐步被改進(jìn),檢測(cè)手段也日益增多。目前茶葉香氣成分主要通過(guò)氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)、氣相色譜-嗅覺(jué)測(cè)量技術(shù)、二維氣相色譜/飛行時(shí)間質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)以及電子鼻技術(shù)等進(jìn)行檢測(cè)。

2.1 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(GC-MS)

GC-MS是目前茶葉香氣分析中最常用的檢測(cè)技術(shù),多與固相微萃取聯(lián)用,從而對(duì)茶葉香氣進(jìn)行分析。王麗麗等[42]用頂空固相微萃取/GC-MS聯(lián)用法對(duì)不同茶樣所制綠茶和白茶香氣物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè),鑒定出11個(gè)共有香氣物質(zhì),80個(gè)差異香氣物質(zhì)。劉聰?shù)萚43]運(yùn)用分別在玫瑰香型和普通滇紅茶中鑒定出62種和58種香氣成分,并且確定了6種具有玫瑰香或類似玫瑰香的化合物:芳樟醇、苯乙醇、香葉醇、β-大馬烯酮、香葉基丙酮以及(E)-橙花叔醇。王秋霜等[44]采用該技術(shù)對(duì)斯里蘭卡紅茶進(jìn)行分析鑒定,共檢測(cè)出58 種香氣化合物,并確定斯里蘭卡紅茶的特征性香氣成分為水楊酸甲酯。呂世懂等[45]通過(guò)GC-MS技術(shù)在5 種烏龍茶中檢出127 種香氣成分,其中53 種為共有香氣成分。由于GC-MS技術(shù)具有分離效率高、鑒別能力強(qiáng)、易于定性等特點(diǎn),因此,在茶葉香氣分析上的應(yīng)用較為廣泛。

2.2 氣相色譜-嗅覺(jué)測(cè)量技術(shù)(GC-O)

GC-O技術(shù)最早于1964年由Fuller等提出,對(duì)鑒別特征香味物質(zhì)及其強(qiáng)度、作用大小均有比較良好的效果。目前,研究者們常將其與GC-MS技術(shù)結(jié)合使用。肖作兵等[46]利用GC-MS結(jié)合GC-O技術(shù)鑒定出龍井茶中75種特征香氣成分,并結(jié)合芳香萃取物稀釋分析(AEDA)技術(shù)分離得到49種活性香氣成分,確定了對(duì)龍井茶香氣貢獻(xiàn)較大的幾類物質(zhì),包括橙花叔醇、二氫獼猴桃內(nèi)酯等。舒暢等[47]通過(guò)GC-O技術(shù)分別在新、陳龍井茶中鑒定出23種和26種香氣活性物質(zhì),對(duì)二者香氣貢獻(xiàn)較大的成分有β-紫羅蘭酮、2-甲基丙醛、2-甲基丁醛、癸醛和己醛。Zhu等[48]利用該技術(shù)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)2-甲基丙醛、3-甲基丁醛、2-甲基丁醛、橙花叔醇、(E)-2-庚烯醛、己醛、辛醛、吲哚和二甲硫醚等在凍頂烏龍、鐵觀音和大紅袍中氣味活性值較高。目前,GC-O技術(shù)對(duì)分析香氣貢獻(xiàn)率方面的作用明顯。

2.3 全二維氣相色譜/飛行時(shí)間質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(GC×GC-TOFMS)

GC-GC-TOFMS技術(shù)是一種靈敏度高、峰容量高且分辨率高的新型檢測(cè)技術(shù),近些年,在食品[49-50]、燃料[51-52]等領(lǐng)域的應(yīng)用表明,該技術(shù)擁有良好的分離效果。相對(duì)GC-MS技術(shù),GC×GC-TOFMS技術(shù)在分離上具備更大的優(yōu)勢(shì)。朱蔭等[8]運(yùn)用GC×GC-TOFMS技術(shù)在西湖龍井茶樣品中檢測(cè)出共性香氣成分522種。穆兵等[53]通過(guò)GC×GC-TOFMS鑒定出六堡茶中共有香氣成分307種,其中香氣成分主要有醛類、醚類、芳香烴化合物和有機(jī)酸類。Sonali等[54]采用該技術(shù)分析了綠茶、烏龍茶以及紅茶中揮發(fā)性成分的差異,初步確定了450種化合物,其中74種化合物為差異香氣物質(zhì)。GC×GC-TOFMS技術(shù)使可分析的茶葉香氣化合物數(shù)量提高了數(shù)倍,一定程度上彌補(bǔ)了一維氣相色譜分析上的不足,為茶葉香氣組分的進(jìn)一步研究奠定了先進(jìn)技術(shù)基礎(chǔ)。

2.4 電子鼻檢測(cè)技術(shù)

電子鼻技術(shù)是現(xiàn)今社會(huì)一種新興的智能仿生技術(shù),目前在食品質(zhì)量[55-57]以及安全檢測(cè)[58-59]等方面都有較為廣泛的應(yīng)用。很多研究者開(kāi)始利用電子鼻技術(shù)對(duì)茶葉品質(zhì)進(jìn)行區(qū)分。陳婷等[60]發(fā)現(xiàn)利用電子鼻技術(shù)能夠較好地區(qū)分不同年份普洱熟茶中揮發(fā)物成分的差異。高林等[61]研究發(fā)現(xiàn)使用電子鼻技術(shù)能有效區(qū)分不同等級(jí)、儲(chǔ)藏年份的普洱茶,但對(duì)不同產(chǎn)地的普洱茶區(qū)分不夠明確。就目前的電子鼻技術(shù)而言,傳感器靈敏度不高、漂移影響大、重復(fù)性不理想等問(wèn)題,是當(dāng)前該技術(shù)存在的缺陷,因此,后續(xù)研究尚須對(duì)電子鼻檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)。

2.5 其它檢測(cè)技術(shù)

除以上幾種常用檢測(cè)技術(shù)外,仍有一些其它技術(shù)在研究中使用,如GC-FPD、GC-FID、GC-ECD以及GC-GC/MS等。相對(duì)而言,這幾種檢測(cè)技術(shù)在茶葉香氣檢測(cè)中使用較少,但對(duì)于茶葉中特殊香氣組分的鑒定,如硫類化合物等,較為適用。Zhu等[48]利用GC-FPD技術(shù)在凍頂烏龍、鐵觀音和大紅袍中分別檢測(cè)出六種、七種和五種硫化合物。Robin等[62]用GC-FID及GC-MS在脫咖啡因黑茶中檢測(cè)出11種香氣化合物,香氣活性值范圍為8-512。Gu等[63]研究了使用GC-ECD測(cè)定葡萄糖結(jié)合香氣前體的可能性,發(fā)現(xiàn)該技術(shù)靈敏度高,適用于對(duì)新鮮茶葉中葡萄糖苷的測(cè)定。Amanda等[64]利用GC-GC/MS對(duì)云南地區(qū)東亞季候風(fēng)發(fā)生前后的茶樣分析,發(fā)現(xiàn)兩種茶中主要香氣成分是芳樟醇、香葉醇、萜品醇、脫氫芳樟醇和橙花醇。這些檢測(cè)方法雖然使用相對(duì)較少,但對(duì)部分香氣物質(zhì)的檢測(cè)存在一定的優(yōu)勢(shì)。

3 展望

茶葉香氣作為茶葉感官品質(zhì)表現(xiàn)的一個(gè)重要指標(biāo),其形成、提取以及檢測(cè)分析等都成為了茶葉品質(zhì)研究的熱點(diǎn)。隨著科研技術(shù)和設(shè)備的迅速發(fā)展,茶葉香氣的提取與檢測(cè)手段也逐步提高,但茶葉香氣物質(zhì)在茶葉樣品中表現(xiàn)為含量低、組分復(fù)雜且容易揮發(fā),因此在提取與檢測(cè)中仍存在一定的困難和不足之處,有待研究人員更深入的探討。

目前的研究主要集中于萜烯醇類、芳香醇、脂肪醇、酯類等香氣的方面,定性方面研究報(bào)道很多,但在定量方面,多集中于相對(duì)定量,無(wú)論是鮮葉還是成品茶,均缺乏絕對(duì)定量信息。此外,在茶葉加工過(guò)程中,這些香氣成分的變化也缺乏絕對(duì)定量信息。因此,這些香氣成分絕對(duì)定量方面的研究,會(huì)是未來(lái)香氣成分研究的一個(gè)重要部分。對(duì)于其他香氣類成分,如醛類、酮類、雜環(huán)類等成分,目前研究者們多采用Nist數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行定性,缺乏標(biāo)準(zhǔn)品定性定量的研究報(bào)道。

在不同香氣成分對(duì)不同茶類香氣的貢獻(xiàn)度方面,目前也鮮有研究。有些化合物可能在茶葉香氣中所占比例低,但對(duì)香氣的貢獻(xiàn)值卻不可忽視,如β-大馬烯酮等,對(duì)這些物質(zhì)的定性以及閾值方面仍需進(jìn)一步深入研究。此外,在香氣提取過(guò)程中,其組分及含量可能發(fā)生改變,不同的提取方法所得到的香氣組分含量、數(shù)量和類別等都可能存在差異,提取的香氣成分可能并不能完全反映茶葉本身的香氣組分等,故如何解決提取的茶葉香氣與茶葉本身香氣的差異也是未來(lái)研究的重點(diǎn)。