不同加工工藝多穗石柯茶揮發性成分差異分析

方自揚，楊 漓，李桂珍，秦榮秀，谷 瑤

（1.廣西特色經濟林培育與利用重點實驗室，廣西南寧 530002；2.廣西壯族自治區林業科學研究院，廣西南寧 530002；3.沈陽藥科大學，遼寧沈陽 110016）

多穗石柯（Lithocarpus litseifolius）又名木姜葉柯、多穗柯和甜茶[1]，在中國有數千年的食用歷史。多穗石柯是一種具有藥、食雙重功能的植物，在我國長江中下游地區均有分布，可將其葉子制成完全發酵的茶，降低澀味，保留甜味[2]。研究表明，多穗石柯葉具有降血糖、降壓和降血脂的作用[2]。

頂空氣相色譜-離子遷移譜（HS-GC-IMS）是近年來發展起來的一種分析技術，主要用于檢測液體或固體樣品中的揮發性化合物，是一項快速、簡單且靈敏的檢測技術[3-4]，已被廣泛應用于制藥、安全和食品科學等領域[5-10]。

隨著食品工業的發展，中藥和食品的深加工不斷發展。對不同加工條件下中藥和食品風味變化的差異進行分析，可指導實際生產。本研究基于HS-GC-IMS 數據，結合主成分分析（PCA）對不同加工工藝多穗石柯茶進行分析，旨在為多穗石柯茶加工過程中的質量控制和風味變化機理提供依據。

1 材料與方法

1.1 主要材料

多穗石柯嫩葉樣品采自廣西壯族自治區林業科學研究院巴馬多穗石柯種植基地（107°23′E，24°10′N）。

晾干樣品為生長期1 個月內的多穗石柯葉，直接晾干。

炒制樣品：將采收的嫩葉鋪在干凈無味的竹席上，置于通風陰涼處12 ~ 24 h，茶葉厚度1 ~ 3 cm，溫度保持在20~30 ℃，萎凋；鼓風機35~45 ℃鼓風干燥60~120 min，至葉片輕微卷曲、表面出現少量細小水分，用手輕搓不斷裂；采用茶葉揉搓機將茶葉揉成條狀，炒茶機60~65 ℃炒茶提香。

發酵樣品：空氣溫度為50~ 60 ℃，保持發酵室相對濕度80%以上；靜置發酵6 ~ 8 h，炒茶機60 ~65 ℃炒茶提香。

1.2 主要儀器設備

FlavourSpec?風味分析儀（山東海能科學儀器有限公司）。

1.3 試驗條件

稱取1 g 樣品，置于20 mL 頂空瓶中，80 ℃孵育20 min 后進樣。樣品隨載氣進入儀器，氣相色譜（GC）條件見表1；之后進入離子遷移管。待測分子在電離區電離，檢測條件見表2；分離后在電場和反向漂移氣體作用下，遷移至法拉第盤進行檢測，進行二次分離。

表1 GC色譜條件Tab.1 Conditions of GC

表2 分析條件Tab.2 Analysis conditions

2 結果與分析

2.1 不同加工方式多穗石柯茶HS-GC-IMS分析

Y 軸表示GC 分離期間揮發性化合物的保留時間，X 軸表示IMS 分離期間揮發性化合物相對于反應離子峰的遷移時間（圖1a）。對離子遷移時間和反應離子峰（RIP）位置進行歸一化處理。樣品的總頂空化合物顯示在整個光譜中，RIP 右側的點代表從樣品中提取的揮發性化合物。信號的顏色代表化合物的信號強度[11-12]。整個圖像的背景為藍色，RIP 兩側的每個點代表1 種揮發性有機化合物。顏色表示物質的濃度；白色表示濃度較低，紅色表示濃度較高；顏色越深，濃度越高。

以晾干樣品為對照，從其他光譜中減去對照樣品中的信號峰，獲得差異光譜圖（圖1b）。藍色區域表示該樣品中的物質比對照樣品中的物質少，紅色區域表示該樣品中的物質比對照樣品中的物質多；顏色越深，差異越大。

圖1 HS-GC-IMS三維譜圖（a）和以樣品A為對照的GC-IMS譜圖（差異圖）（b）Fig.1 Three dimensional HS-GC-IMS spectra(a)and GC-IMS spectra referenced by sample A(difference image)(b)

大多數信號位于遷移時間為1.0~1.7 和保留時間為0~600 s 的2D 光譜區域內，很少信號位于600~1 000 s 的保留時間范圍內（圖2）。二維光譜中的信號數量幾乎相同，但信號強度發生變化（增加或減少）。表明低分子揮發性化合物濃度最高，洗脫時間為100 ~ 200 s；極性揮發性化合物濃度最低[13-14]。由此可知，樣品中揮發性成分種類相似，但因加工工藝的不同，揮發性成分濃度發生變化。

圖2 GC-IMS譜圖Fig.2 GC-IMS spectra

分析不同加工工藝樣品后，通過比較特征保留率，初步確定來自三維圖譜的40 個典型目標信號[15-18]和單個標準離子信號的遷移時間；由GC-IMS庫確認，并用不同數字（1~58）表示（表3）。二聚體的形成與分析物中化合物的高質子親和力或高濃度有關，高濃度化合物可加速中性分子和質子分子的結合，形成二聚體[19]。

表3 不同加工工藝樣品揮發性成分定性分析Tab.3 Qualitative analysis of volatile compounds in samples treated by different processing methods

續表3 Continued

2.2 不同加工工藝對多穗石柯茶揮發性成分的影響

指紋信息來自HS-GC-IMS 三維譜圖中所有化合物的信號強度[20-21]。從圖3~4 進行直觀比較，每行代表1個樣本，每列代表1個信號峰值[22]。顏色代表揮發性化合物的含量；顏色越亮，含量越高。在不同加工工藝下，樣品中揮發性化合物差異明顯。

圖3 不同加工工藝樣品揮發性成分指紋圖譜Fig.3 Fingerprints of volatile compounds in samples treated by different processing methods

晾干樣品中α-松油醇、芳樟醇、2-乙基吡嗪、反式-2-己烯醛、正-己醇、2-庚酮、3-羥基-2-丁酮、丁醛和苯甲醛等含量較高，炒制和發酵后這些成分的含量均大幅度降低；乙酸丙酯、2-乙基呋喃、2,5-二甲基呋喃、2-正戊基呋喃、癸醛、壬醛、苯乙醛、反式-2-辛烯醛、辛醛、反式-2,4-庚二烯醛、庚醛、反式-2-戊烯醛、檸檬烯、α-水芹烯、6-甲基-5-庚烯-2-酮、2,3-丁二醇、3-戊酮、2-戊酮、2-丁酮、2,3-丁二酮、1-戊醇、乙醇、2-甲基丁醛和丙酮等含量在晾干樣品中較高，發酵樣品中次之，炒制樣品中較低。炒制樣品中，2-甲基丁醛、丙醛、1-辛烯-3-醇、乙酸和二甲基硫等含量較高。發酵樣品中，正己醛、丁酸丙酯、乙酸乙酯、丁酸丁酯、丙酸丁酯、乙酸異戊酯、乙酸丁酯、反式-2-庚烯醛、1,1-二乙氧基乙烷、戊醛和丙醛等含量較高。

圖4 不同加工工藝樣品信號強度主成分分析Fig.4 PCA results on signal intensities of samples treated by different processing methods

3 結論

本研究結合HS-GC-IMS 與PCA 的優勢，分析不同加工工藝多穗石柯茶樣品中揮發性成分的變化，建立風味指紋圖譜。HS-GC-IMS 共鑒定出58種揮發性化合物。根據三維譜圖和指紋圖譜，確定多穗石柯茶中主要風味化合物的變化是基于揮發物的熱分解和一系列化學反應。2-甲基丁醛、丙醛、1-辛烯-3-醇、乙酸和二甲基硫等化合物在樣品的風味方面發揮作用。