基于揮發性風味成分的湖北綠茶產地判別

王雪萍，鄭鵬程，高士偉，葉 飛，王勝鵬

（湖北省農業科學院果樹茶葉研究所/湖北省農業科技創新中心果茶分中心/湖北省茶葉工程技術研究中心，武漢 430064）

香氣是綠茶的主要品質之一，是決定茶葉品質與風味的重要因素。茶葉中的揮發性香氣物質主要包括萜烯類及其衍生物、脂肪類衍生物（醇類、醛類、酮類、酯類、酸類等）、芳香族化合物及呋喃、吡啶、吡嗪等其他化合物［1］。不同產地茶葉有其各自香氣品質特征，基于香氣組分的多元統計分析可將不同產地茶葉進行有效區分［2-5］。湖北是產茶大省，已形成鄂西武陵山富硒綠茶和宜昌三峽名優綠茶及宜紅茶區、鄂西北秦巴山高香綠茶區、鄂東大別山優質綠茶區、鄂南幕阜山名優早茶及邊銷茶區等四大優勢茶區。本研究對來自湖北不同茶區具代表性的春季名優綠茶，采用頂空-固相微萃取結合氣相色譜-質譜聯用法檢測樣品揮發性香氣組分，再利用SPSS、SIMCA-P 等數據分析軟件對不同茶區綠茶樣品香氣組分進行統計分析［6］，揭示不同茶區綠茶樣品香氣組分差異，探討基于揮發性風味組分對湖北不同茶區綠茶樣品進行有效區分的可行性。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

40 份春季名優綠茶分別來自鄂西武陵山及宜昌三峽茶區的宜昌市7 份、恩施州6 份，鄂西北秦巴山茶區的襄陽市5 份、十堰市10 份、隨州市3 份，鄂東大別山茶區的孝感市3 份、黃岡市3 份，鄂南幕阜山茶區的咸寧市3 份。茶葉生產時間為4 月上旬至中旬，原料嫩度一芽一葉至一芽二葉。

氣相色譜-質譜聯用儀，美國Agilent公司TRACE GC 2000 聯TRACE DSQ，固相微萃取（SPME）手柄和50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭，美國Supelco公司。

1.2 方法

1.2.1 香氣提取及色譜分析條件 稱取5.0 g 磨碎茶樣于萃取瓶中，加入50 mL 沸去離子水，將裝有萃取頭（試驗前需250 ℃老化15 min）的SPME 手持器通過瓶蓋的橡皮墊插入萃取瓶中，50 ℃水浴平衡5 min 后推出纖維頭吸附70 min，最后在氣相色譜-質譜（GC-MS）進樣口于230 ℃下解吸5 min。

色譜條件：色譜柱為DB-5MS 毛細管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm），不分流進樣，柱流速1 mL/min，進樣口溫度230 ℃；柱溫50～230 ℃，起始溫度50 ℃，保持5 min，再以2 ℃/min 升至180 ℃，保持1 min，再以10 ℃/min 升到230 ℃，保持1 min。

質譜條件：EI 離子源，電離能70 eV；離子源溫度220 ℃；50～650m/z全掃描；載氣為99.999%的高純氦氣。

1.2.2 香氣組分定性與定量 采用NIST 譜庫對得到的質譜圖進行串聯檢索和人工解析，結合相關文獻報道、各香氣組分的相對保留時間等進行定性分析，以各香氣組分的峰面積占總峰面積比值的百分數進行相對定量。

1.3 數據統計分析

香氣組分差異顯著性分析及逐步判別分析采用SPSS 19.0 數據處理軟件［7］，不同茶區的特征性香氣成分分析及偏最小二乘判別分析（PLS-DA）采用SIMCA-P11.5 軟件［8，9］。

2 結果與分析

2.1 不同茶區綠茶香氣組分分析

40 份綠茶樣品中共鑒定出71 種香氣組分（表1），包括醇類10 種、醛類4 種、酮類9 種、酯類11 種、烷烴類5 種、芳香烴類6 種、萜烯類18 種、雜環類3種、其他5 種。醛類、酯類、烷烴類、芳香烴類、雜環類物質的相對含量在不同茶區綠茶樣品間差異顯著（P＜0.05）。鄂西武陵山及宜昌三峽茶區綠茶樣品醇類物質含量在四大茶區中最低而烷烴類物質含量最高；鄂西北秦巴山茶區綠茶樣品酮類物質和其他類物質含量高于其他茶區綠茶；鄂東大別山茶區綠茶樣品醇類、醛類、酯類和雜環類含量高于其他茶區綠茶，而烷烴類、芳香烴類、萜烯類和其他類物質含量低于其他茶區綠茶；鄂南幕阜山茶區綠茶樣品芳香烴類、萜烯類物質含量高于其他茶區綠茶，醛類、酮類、雜環類物質含量低于其他茶區綠茶樣品。

表1 不同茶區綠茶香氣組分及相對含量（單位：%）

續表1

2.2 香氣組分判別分析

2.2.1 偏最小二乘判別分析（PLS-DA）采用SIMCA-P11.5 對40 份綠茶樣品香氣組分進行偏最小二乘判別分析，以71 個揮發性組分的相對含量為自變量，建立PLS-DA 模型（擬合參數為R2Y=0.711，Q2=0.405）。由PLS-DA 得分（圖1）可知，鄂東大別山茶區的茶樣和其他茶區的茶樣可明顯區分，鄂西武陵山及宜昌三峽茶區、鄂西北秦巴山茶區的茶樣存在部分交叉，鄂南幕阜山茶區的茶樣則與鄂西武陵山及宜昌三峽茶區、鄂西北秦巴山茶區的茶樣無法區分開。將建立模型時的因變量隨機排列200 次，Q2回歸直線與Y 軸的截距為-0.290，R2=0.608，該判別模型不存在過擬合現象。

圖1 PLS-DA 得分

PLS-DA 變量投影重要度（VIP）值可量化每個變量對分類貢獻的大小，值越大表示貢獻越大，VIP值大于1的變量屬于分類鑒定中的重要標記指標［10］。71 種揮發性組分中28 個揮發性物質VIP＞1.0，可作為區分不同茶區綠茶香氣特征的標志物，其中序號為28、27、36、37、64、39、31、5、38的9 個揮發性物質變量VIP 值大于1.5。從PLS-DA 載荷（圖2）可知，十三烷、十四烷、十七烷、十五烷、2-正戊基呋喃可作為鄂西武陵山及宜昌三峽茶區綠茶的特征揮發性組分；鄰氨基苯甲酸甲酯、2，4-二甲氧基甲苯、苯乙氰可作為鄂西北秦巴山茶區綠茶的特征揮發性組分；香葉醇、藏紅花醛、丁酸-反-2-已烯酯、順-3-已烯乙酸酯、已酸-3-已烯酯、鄰苯二甲酸二丁酯可作為鄂東大別山茶區綠茶的特征揮發性組分。

圖2 PLS-DA 因子載荷

2.2.2 逐步判別分析 采用SPSS 軟件對不同茶區綠茶香氣組分進行逐步判別分析，依次篩選出貢獻率較大的13 個判別指標：橙花醇（X1）、順-橙花叔醇（X2）、鄰氨基苯甲酸甲酯（X3）、二十烷（X4）、2-乙基-4，5-二甲基噻唑（X5）、吲哚（X6）、香葉醇（X7）、植醇（X8）、丁酸-反-2-已烯酯（X9）、順-3-已烯乙酸酯（X10）、2-甲基奈（X11）、檸檬烯（X12）、δ-杜松烯（X13），建立不同產區綠茶判別模型。

提取模型前3 個典型判別函數F1、F2、F3，特征值分別為37.144、3.686、2.476，方差貢獻率分別為85.80%、8.50%、5.70%，對判別函數的統計學意義進行檢驗，P＜0.01。以40 個樣品的前兩個判別函數得分作散點（圖3），4 個不同茶區的綠茶樣品能較好地分開。對樣品進行回代檢驗和交叉檢驗分析，回代檢驗判別率為100.00%，交叉檢驗判別率97.50%（表2）。

表2 不同產區綠茶產地判別分析結果

圖3 判別函數1、2 得分散點

3 結論

采用SPME/GC-MS 方法，從湖北4 大茶區40 份春季名優綠茶中共鑒定出71 種揮發性香氣化合物。采用偏最小二乘判別分析鑒定出鄂西武陵山及宜昌三峽茶區綠茶樣品特征揮發性組分為十三烷、十四烷、十七烷、十五烷、2-正戊基呋喃；鄂西北秦巴山茶區綠茶樣品特征揮發性組分為鄰氨基苯甲酸甲酯、2，4-二甲氧基甲苯、苯乙氰；鄂東大別山茶區綠茶樣品特征揮發性組分為香葉醇、藏紅花醛、丁酸-反-2-已烯酯、順-3-已烯乙酸酯、已酸-3-已烯酯、鄰苯二甲酸二丁酯。不同茶區綠茶樣品的特征揮發性組分在其茶區綠茶樣品中的含量明顯高于其他茶區。

偏最小二乘判別分析可將不同茶區綠茶樣品初步區分，逐步判別分析能較好地將不同茶區樣品區分開，區分判別效果優于偏最小二乘判別分析。逐步判別分析篩選的用于不同茶區綠茶判別的13 個香氣組分中，順-橙花叔醇、鄰氨基苯甲酸甲酯等9個香氣組分在偏最小二乘判別分析中的VIP 值大于1.0，橙花醇、吲哚、2-甲基奈、檸檬烯4 個香氣組分的VIP 值小于1.0。在進行判別分析時，可采用多種判別分析方法，本研究利用逐步判別分析可對不同茶區綠茶樣品進行有效區分，結合偏最小二乘判別分析得出不同茶區的特征性香氣組分。