基于電子鼻技術的茶湯香氣成分分析

陳麗惠

(1.漳州職業(yè)技術學院石油化工學院，福建 漳州 363000；2.福建省現(xiàn)代分離分析科學與技術重點實驗室暨污染監(jiān)測與控制省高校重點實驗室，福建 漳州 363000)

茶水是我國待客會友的首選飲品，也是全世界最普及的飲料消費產(chǎn)品之一。茶葉中不僅富含兒茶素、咖啡堿、茶多酚、茶多糖及茶氨酸[1]等各種營養(yǎng)成分[2]，而且研究表明飲茶具有抗癌[3-4]、降血脂[5]、提高免疫功能[6]的功效，降低心臟病[7]的風險等。因此，作為一種健康飲品，茶飲也越來越受到人們的歡迎。

我國茶葉品種較多，制作工藝差異較大，但是茶香是評價茶葉質(zhì)量的共同標準之一。茶葉是由采摘茶樹的嫩葉通過復雜的工藝制作而成。新鮮的茶嫩葉并無香味，但富含茶多酚、氨基酸、黃酮類化合物、酚酸、葉綠素、有機酸、生物堿等化學成分[8]。在加工過程中，嫩葉中的化學成分在生物酶的作用下發(fā)生了一系列的水解氧化等化學反應，產(chǎn)生濃厚的香氣成分。因此茶的香氣成分主要形成于加工過程中，通過合適加工工藝可以把茶葉中鍵合的香氣前體經(jīng)酶的催化作用或熱物理化學變化轉(zhuǎn)化為游離態(tài)香氣物質(zhì)釋放出來[9]。根據(jù)發(fā)酵程度，制茶工藝可以分為綠茶、半發(fā)酵茶(烏龍)和紅茶，茶葉不同的制作工藝產(chǎn)生的香氣成分各異。茶葉中香氣成分根據(jù)結(jié)構可分為四大類：酯類衍生物、萜烯類衍生物、芳香族衍生物、其他類化合物，目前已鑒定的茶香氣多達300多種[10]。

茶湯香氣是評價茶葉質(zhì)量的重要指標，但是難以直接以嗅覺的形式準確評價。隨著分析檢測技術的發(fā)展，氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術是分析茶湯中香氣成分的主要方法[11-12]，但由于其設備昂貴，維護費用高，需要專業(yè)的技術人員進行操作，限制了其使用范圍。電子鼻是一種新型的氣味傳感器，其靈敏度高、響應速度快、體積小、操作方便、維護保養(yǎng)簡單，廣泛應用于揮發(fā)性氣味分析[13]。電子鼻測得數(shù)據(jù)的統(tǒng)計學結(jié)果，又被稱為“氣味指紋”圖譜，可應用于產(chǎn)品質(zhì)量管控等[14]。茶湯中香氣成分復雜，其化學成分可能含有上百種物質(zhì)，色譜難以分離出所有的香氣成分并對其進行統(tǒng)計分析，而電子鼻可以通過分析其在傳感器上的感應信號，獲得茶湯的“氣味圖譜”。本文利用電子鼻技術分析普洱茶、鐵觀音和肉桂三種不同茶葉的香氣，以主成分分析法、聚類分析法對其茶湯香氣進行分析，揭示不同種茶湯的“香氣指紋圖譜”，并研究加工工藝對茶湯香氣的影響。

1 實驗部分

1.1 原料、試劑與儀器

選取3種不同的茶葉各3份，分別為普洱茶(PE1,PE2,PE3)、鐵觀音(TGY1,TGY2,TGY3)和肉桂(RG1,RG2,RG3)，由市場隨機購得。

分析天平，烘箱，配有10個MOS型傳感器的PEN3.5 電子鼻分析儀(德國AIRSENSE公司)。

1.2 方法

1.2.1 茶湯的制備

三角瓶洗凈后置于100℃的烘箱中烘干，準確稱取1.0 g茶葉于三角瓶中，加入50 mL的沸水，迅速蓋上保鮮膜密封，冷卻至室溫后再靜置30 min使氣體平衡，然后用電子鼻進行檢測，每個樣品制備3個平行樣。

1.2.2 電子鼻檢測

電子鼻配有10個金屬氧化型氣體傳感器，每個傳感器響應不同的揮發(fā)性氣體，具體如表1所示。

表1 電子鼻的傳感器類型及性能描述

檢測實驗條件如下所示：樣品準備時間5 s，檢測時間60 s，儀器清洗時間120 s，流速400 mL/min。傳感器響應信號在采樣50 s后基本穩(wěn)定，因此選擇采集信號的時間為55 s。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理與分析

采用SPSS進行主成分分析和聚類分析，采用EXCEL軟件制圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 電子鼻對茶湯中香氣成分的測定

利用電子鼻分析方法分別對普洱、肉桂和鐵觀音茶湯中香氣成分進行分析，其電導率G/G0如圖1所示，三種茶湯中的香氣主要成分是在傳感器W1W，表明茶湯中的主要揮發(fā)性香氣成分是含硫有機化合物。茶湯中香氣成分在W2W，W5S有較弱信號，表明含有少量含氯有機化合物和氮氧化合物，這與羅美玲等[15]的研究結(jié)果相符合。而其它傳感器的G/G0值接近于1，表明相應的成分含量很低，甚至不含有該物質(zhì)。

(a)普洱

(b)肉桂

(c)鐵觀音圖1 不同種類茶湯香氣成分在電子鼻中的G/G0值

三種茶湯的香氣含量具有顯著性不同，其成分含量雷達圖如圖2所示。根據(jù)傳感器響應信號的穩(wěn)定性，取55 s 處采集的信號為結(jié)果分析值。肉桂在W1W傳感器中G/G0值為16.2，遠高于普洱茶和鐵觀音。鐵觀音的香氣成分含量低于肉桂，除了W1W傳感器，在W2W，W5S傳感器中也有明顯的信號。然而普洱茶的香氣成分含量明顯較低，在W1W傳感器中G/G0為1.7。從圖2可以看出，三種茶湯的雷達圖形狀顯著不同。因此，利用電子鼻測定茶葉制品成分香氣成分，根據(jù)雷達圖形狀可初步獲得其茶葉品類。

圖2 茶湯中香氣成分含量雷達圖

2.2 茶湯香氣的主成分分析

每種茶自不同的來源各取3份，制成茶湯，用電子鼻分析其香氣成分，主成分分析(PCA)結(jié)果如圖3所示。分析結(jié)果表明，第一、第二主成分的貢獻率分別為77.5%、14.4%，總貢獻率達到91.9%，能夠較好地反應茶湯中的香氣成分。根據(jù)主成分分析得分，相同種類的茶湯分布靠近，且三種茶湯的PCA散點分布在特定的橢圓中，無重疊。普洱茶湯、肉桂茶湯香氣主成分得分值靠近，表明不同來源的茶湯的香氣成分差異性小。鐵觀音茶湯的主成分的分值較為分散，表明其香氣成分有一定的差異性，這可能源于鐵觀音的制備工藝。根據(jù)國家標準，鐵觀音可分成清香型、濃香型和陳香型，而不同類型的鐵觀音存在顯著的群聚區(qū)分[16]。

圖3 茶湯香氣成分的主成分分析圖

2.3 茶湯成分的聚類分析

對9份茶湯進行聚類分析，結(jié)果如圖4所示，圖中3種普洱茶湯軸距相等，交織在一起，歸成同類。TGY1與TGY3歸為一類，與TGY2出現(xiàn)分散，此實驗結(jié)果與主成分分析相一致。在聚類分析圖中，肉桂茶湯香氣單獨聚成一類。綜上所述，通過茶湯香氣成分的聚類分析，普洱茶，肉桂茶和鐵觀音音能夠很好地分成3類，而不同類型鐵觀音的香氣成分變化較大。

圖4 茶湯香氣成分的聚類分析圖

3 結(jié)語

茶湯香氣是評價茶葉質(zhì)量的關鍵因素，根據(jù)加工工藝及發(fā)酵程度的不同，茶葉香氣成分呈現(xiàn)不同的特點。本文通過電子鼻技術對普洱茶湯、肉桂茶湯和鐵觀音茶湯的香氣成分進行主成分分析和聚類分析，實驗結(jié)果表明，三種茶湯的香氣成分呈現(xiàn)顯著性的區(qū)別，不同來源的同種茶湯能夠分類聚集。因此，香氣成分的電子鼻分析可用于茶制品的質(zhì)量管控、品類辨別等。