湖南緊壓型黑茶與原料茶香氣差異分析

楊麗玲，陳金華,3，陳 慧，黃建安,3，龔雨順,3，李 適,3,

（1.湖南農業大學 茶學教育部重點實驗室，湖南 長沙 410128；2.國家植物功能成分利用工程技術中心，湖南 長沙 410128；3.植物功能成分利用省部共建協同創新中心，湖南 長沙 410128）

黑茶是我國特有茶類，因其獨特的品質風味和調節糖代謝、脂質代謝等功效，受到廣大消費者喜愛[1-3]。早期，茶葉受產地限制，為方便倉儲和運輸，南方茶葉產區將散茶蒸壓、筑制成捆包形式運往邊區。緊壓茶的主要花色品種有普洱茶、茯磚、黑磚、花磚、千兩、天尖、貢尖、生尖、青磚、六堡茶、康磚等。其產品形式有簍裝型、磚型、坨餅型和圓柱型等[3]。目前，黑茶品質機理研究是茶葉品質化學研究的熱點[4-7]。

近年來，隨著分析技術的進步，人們也開始關注黑茶獨特香氣品質的物質基礎并取得重大進展。研究[4-5]表明，黑茶特征性香氣的形成主要來源3 個方面，一是茶葉本身芳香物質的轉化、異構、降解、聚合形成黑茶的基本茶香；二是渥堆過程中，微生物分泌的胞外酶作用于底物產生的風味香氣；三是干燥過程中形成和吸附的特殊香氣。茶葉加工過程是茶葉內含物質發生劇烈反應形成黑茶色澤紅褐、滋味醇厚、香氣陳純品質特征的基礎。然而，黑茶香氣研究主要聚焦于渥堆、發花、陳化工藝等方面[4-6]，關于緊壓工藝對成品黑茶品質的作用研究較少，壓制后的成品黑茶與未壓制原料茶的品質差異尚不清楚。圍繞困擾著黑茶生產廠家和消費者的這些科學問題，本實驗以4 種不同壓制方式的湖南緊壓黑茶及未壓制的同批次原料茶作為研究材料，經過4 a的統一倉儲陳放后，采用頂空固相微萃取（headspace solid phase microextraction，HS-SPME）技術提取樣本的揮發性香氣[7]，并通過氣相色譜-質譜（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）聯用方法對香氣化合物進行定性和定量分析，結合感官審評方法對茶樣沖泡后的香氣進行描述分析，以探明緊壓黑茶和原料茶的香氣組成特點和差異，以期為進一步豐富黑茶品質化學提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料

中茶湖南安化第一茶廠（2017年生產），在通風、無陽光直射、無異味的室內倉儲環境下（北緯39°55′45.43″，東經116°21′57.39″，室溫（25±5）℃，濕度70%～80%）存放的天尖原料茶及成品天尖茶（一級茶）、花磚原料茶及成品花磚茶（二級茶）、茯磚原料茶及成品機制茯磚茶（三、四級拼配茶）、千兩原料茶及成品千兩茶（二、三級）。

1.2 儀器與設備

GC/MS-QP 2010 GC-MS聯用儀 日本島津有限公司；SPME手動進樣手柄、10 mL頂空萃取瓶 上海安譜實驗科技股份有限公司；65 μm PDMS/DVB萃取頭 美國 Supelco公司；AE240型電子天平 瑞士Mettler公司；茶樣粉碎機 浙江永康市紅太陽機電有限公司；正構烷烴混標（C7～C20）美國Sigma-Aldrich公司。

1.3 方法

1.3.1 感官審評

參照GB/T 23776—2018《茶葉感官審評方法》和 GB/T 14487—2017《茶葉感官審評術語》進行，組織3 位具有長期茶葉審評經驗的專家對各樣品感官品質作出客觀評價并進行品質描述分析。

1.3.2 SPME操作

準確稱取2.0 g粉碎茶樣置10 mL頂空瓶中，不加水，密封瓶口；置于80 ℃恒溫水浴鍋，平衡10 min；將經240 ℃老化后的萃取針頭插入萃取瓶的頂空部分，距離樣品上方1 cm處，萃取吸附50 min后取出，解吸5 min，進行GC-MS分析。

1.3.3 GC-MS分析方法[8]

G C 條件：RT X-5 m s 石英毛細管柱（30 m× 0.25 mm，0.25 μm）；升溫程序為：柱溫箱起始溫度為50 ℃，保持4 min；升溫速率2 ℃/min，至150 ℃保持1 min；升溫速率5 ℃/min，至180 ℃保持5 min；升溫速率10 ℃/min，至280 ℃保持30 min；進樣口溫度240 ℃。進樣量2 μL，進樣方式為不分流。

MS條件：電子電離源；電子能量70 eV；離子源溫度200 ℃；質量掃描范圍m/z35～500；溶劑延滯時間2.8 min。MS接口溫度220 ℃。載氣為N2，流速0.7 mL/min。

1.3.4 香氣定性和定量分析

定性分析：根據各色譜峰的質譜信息通過計算機檢索與NIST 17質譜庫中的標準質譜圖進行對照，相似度大于80%判斷其可能為香氣化合物；再根據保留指數（retention index，RI）計算公式，結合保留時間求出各待測物質的實際保留指數，實際保留指數與理論保留指數的誤差范圍在±30；再結合已發表有關茶葉香氣的文獻資料，確定各色譜峰對應的物質結構。RI計算公式如下：

式中：tx為待測物質的保留時間/min；tn為n個碳原子數正構烷烴的保留時間/min；tn＋1為（n＋1）個碳原子數正構烷烴的保留時間。

定量分析：采用峰面積歸一法即組分面積占總峰面積的百分比為其相對含量。

1.4 數據處理

2 結果與分析

2.1 原料茶和緊壓型黑茶感官品質特征分析

如表1所示，4 種不同嫩度、不同蒸壓方法制作的成品黑茶香氣特征明顯，各成品茶與原料茶差異較大。蒸壓筑簍后的成品天尖茶較原茶松煙香明顯變淡，茶香更濃郁、純正；花磚原料茶陳放4 a后粗青氣緩慢消退，顯露出陳化后的淡樟木香，壓制后的成品花磚茶香氣較原料散茶濃度更高，更聚集、純正，帶有陳化后的甜杏仁香；茯磚原料茶香氣轉化與花磚原料茶相似，仍帶蓼葉粗青氣，但經過壓制、發花工藝后香氣顯露出濃郁的“菌花香”，粗青氣不明顯；千兩原料茶仍帶有新茶的部分酸氣，但程度有所減弱，成品千兩茶嗅聞不到酸氣，香氣純正，帶有陳化后產生的樟木香。總體而言，原料茶經過蒸壓、干燥（烘房干燥或晾制）后制成的成品緊壓茶香氣中的松煙香和粗、青、酸等雜異氣較原料茶明顯減弱，緊壓茶香氣濃度更高、更持久，陳純感明顯優于原料茶。

表1 原料茶和緊壓型黑茶感官審評結果Table 1 Sensory evaluation results of raw dark tea and compressed dark tea

從色澤轉化來看，原料茶干茶色澤和茶湯色澤較壓制成品茶顏色要深，轉色要快，但茶湯明亮度較壓制茶暗。滋味上，壓制成品茶優于原料茶，其品質更為醇正，粗澀味減弱。綜合感官評價結果，陳化后的緊壓型成品茶比原料茶的風味品質更佳，更有助于形成黑茶陳醇的品質風味。

2.2 原料茶和緊壓型黑茶揮發性香氣成分組成分析

研究表明黑茶主要呈香物質包括棕櫚酸、植醇、6,10,14-三甲基-2-十五烷酮、(E,E)-2,4-庚二烯醛、(E)-2-己 烯醛、β-環檸檬醛、己醛、香葉基丙酮、β-紫羅酮、β-二氫 紫羅酮、1,2,3-三甲氧基苯、1,2-二甲氧基苯、α-法尼烯等[4-5]。茶葉樣品共鑒定出141 種揮發性化合物，包括醇類化合物（花果香、木香屬性）36 種、酮類化合物（花香、木香屬性）25 種、醛類化合物（清香、焦香和花香屬性）22 種、酯類化合物（果香屬性）18 種、酸類化合物（刺激性）13 種、碳氫類化合物11 種、呋喃類化合物5 種、甲氧基苯類化合物（陳香屬性）5 種、酚類化合物3 種，以及吡嗪類化合物（烘烤屬性）2 種和咖啡因。結果表明4 類緊壓成品茶中醛類、吡嗪類、酸類香氣成分較原料茶種數減少，醇類、酮類和碳氫類種數略有增加。

如表2所示，相對定量結果發現黑茶香氣主要是由醇類、酮類、醛類和酯類化合物組成。與原料茶相比較而言，成品天尖茶、花磚茶、千兩茶的木香屬性居多的酮類化合物、花果香屬性的酯類化合物的總含量顯著上調，有刺激性氣味的酸類化合物、吡嗪類和呋喃醛類等焙火香氣屬性化合物、甲氧基苯類等陳香屬性化合物的總含量顯著下調，但是丁基羥基甲苯、1,2,3-三甲基苯單個化合物的相對含量占比顯著升高。

表2 原料茶和緊壓型黑茶香氣的相對含量（n=3）Table 2 Relative contents of aroma compounds in raw dark tea and compressed dark tea (n=3) %

對香氣化合物相對含量數據進行標準化處理后制成熱圖（圖1），結果發現4 類緊壓型黑茶樣品中顯著上調的揮發性成分有12 種，分別為苯乙醇（花香屬性）[9]、苯甲醇（花果香）、(±)-反式橙花醇（花香屬性）[10-11]、石竹烯（木香屬性）[12]、3-十三烷酮（堅果和藥草香）[13]、α,β-二氫-β-紫羅蘭酮（甜木香屬性）[14]、六氫法尼基丙酮、環己基酮、己二酸乙酯（果香）、(E,E)-2,4-庚二烯醛（清香）[15]、藏紅花醛（花香屬性）、丁基羥基甲苯（木香）[16]。15 種揮發性成分在4 類緊壓樣品中顯著下調，包括(Z)-4-庚烯醛（青草氣屬性）、乙縮醛（烘烤焙燒屬性）[17]、(Z,Z)-2,4-庚二烯醛（青氣）[15]、β-半環檸檬醛（果香屬性）、(Z,Z)-2,4-壬二烯醛（青草氣）、2,3,5,6-四甲基吡嗪（美拉德反應產物）[18]、1-辛烯-3-醇（刺激青味、蘑菇泥土氣）、醋酸、己酸、辛酸、壬酸（腐臭味）、正癸酸、十二烷酸、(Z)-4-庚-1-醇、2,6-二甲基環己醇（風霉味）[16-18]。

圖1 樣本揮發性香氣相對含量響應熱圖Fig.1 Response heatmap of relative contents of volatile aroma in tea samples

綜上所述，經過蒸壓干燥后的成品茶較原料茶而言，青草氣、酸氣、煙氣類的呈味香氣顯著減少，木香、堅果香、脂香、各類花香型成分顯著增加。這些香氣物質的變化，讓蒸壓后的成品黑茶在陳化過程中呈現出比原料茶更陳純、高揚的香氣 特征。

2.3 原料茶和緊壓型黑茶特征性香氣物質分析

對經標度化預處理的141 種化合物相對含量分析進行主成分分析（principal component analysis，PCA），如圖2所示。8 個樣品在PC1和PC2上得分有差異，與上述熱圖結果一致。天尖原料茶、花磚原料茶、千兩原料茶分布在第3、4象限，天尖、花磚、千兩成品茶分布在第1、2象限，金花茯磚茶和金花茯磚原料茶樣本組內差異較其他3 類茶小。該PCA模型解釋了95%以上的原始數據，擬合系數為=0.993，Q2=0.970。

圖2 原料茶和緊壓型黑茶揮發性香氣含量的PCA載荷圖Fig.2 PCA loading plot of aroma compound contents in raw dark tea and compressed dark tea

由于無監督的PCA模型只能顯示緊壓成品茶與原料茶的大致分離趨勢，所以為進一步探究原料茶和緊壓成品茶中特征香氣成分的影響，建立有監督的正交偏最小二乘判別分析（orthogonal partial least squares-discrimination analysis，OPLS-DA）模型。如圖3A所示，該模型的=0.560，=0.998，Q2=0.996；然后對建立的模型進行200 次的置換檢驗（圖3B），結果顯示散布回歸線與垂直軸的截距小于零（Q2=-0.654），說明OPLS-DA模型具有較好的驗證效果。

圖3 原料茶和緊壓型黑茶OPLS-DA模型得分圖（A）與 200 次置換檢驗圖（B）Fig.3 OPLS-DA score plot (A) of raw dark tea and compressed dark tea and permutation test of the OPLS-DA model with 200 permutations (B)

在OPLS-DA判別模型基礎上，變量投影重要性（variable importance in projection，VIP）分析法進一步確定了原料茶與緊壓成品茶最具區分性的特征化合物，以VIP值大于1.0，共篩選出40 種特征性化合物。該篩選結果與熱圖分析結果基本一致，即青氣屬性香氣成分、刺激性有機酸類成分、花香屬性、甜木香屬性、陳木香屬性成分對于壓制后的成品茶香氣貢獻較大。在此基礎上對上述40 種化合物含量進行獨立樣本Kruskal-Wallis統計學分析（P＜0.05），如表3所示。各個特征性差異化合物在原料茶和緊壓茶中相對含量的量化結果見圖4。通過化學計量學的分析手段，本研究確定醋酸、2-丁基-1-辛醇、1,2,3-三甲基苯、(Z)-2-癸烯醛、芳樟醇、辛醇、α-松油醇、3-十三烷酮、反-2-順-6-壬二烯醇、苯乙醇10 種成分對壓制后成品茶香氣影響值較大。

圖4 原料茶和緊壓茶的特征性差異化合物相對含量Fig.4 Relative contents of characteristic differential compounds between raw dark tea and compressed dark tea

表3 原料茶和緊壓型黑茶特征性差異化合物（VIP1、P 0.05）Table 3 Characteristic differential compounds between raw dark tea and compressed dark tea (VIP >1,P <0.05)

表3 原料茶和緊壓型黑茶特征性差異化合物（VIP1、P 0.05）Table 3 Characteristic differential compounds between raw dark tea and compressed dark tea (VIP >1,P <0.05)

3 討論

緊壓型黑茶與其原料茶的區別在于精制過程中的蒸壓定型、發花、干燥工序和后續陳化儲存過程中茶體與周圍環境的接觸程度帶來的品質轉化差異。本研究發現：1）緊壓成品茶陳化后，較原料散茶其松煙香、酸、粗、青等雜異氣味明顯減弱，香氣的陳純度、濃度更高，更愉悅，揮發性成分中具有花香屬性、甜木香屬性、陳香屬性成分含量顯著增加，刺激性屬性、辛辣屬性、青草氣屬性、蘑菇泥土屬性成分含量顯著下降；2）OPLS-DA鑒定醋酸、2-丁基-1-辛醇、1,2,3-三甲氧基苯、芳樟醇、辛醇、α-松油醇、3-十三烷酮、(E,Z)-2,6-壬二烯醇、苯乙醇10 種成分為湖南黑茶緊壓成品茶香氣的潛在特征香氣。

本研究利用GC-MS技術從化學組成層面闡釋了黑茶風味品質可能的形成機理，綜合分析了湖南4 類緊壓黑茶及其原料茶的香氣物質基礎及差異，結果表明緊壓成品黑茶的香氣風味品質比原料茶表現更為陳醇。林宏政等[19]在研究白茶散茶與白茶茶餅在色澤、滋味、及香氣組分上的差異發現，散茶色澤鮮綠、滋味濃，香氣以嫩香為主，而茶餅色澤黃、滋味濃醇，香氣以果香與甜香為主，毫香和青氣減弱，茶餅香氣質量綜合得分高于散茶，該報道與本研究結果相似。何華峰等[5]研究表明，黑茶香氣化學研究聚焦于渥堆、干燥、貯藏等工藝、微生物作用、茶葉產區等因素的影響，尚未發現原料與成品黑茶香氣品質的比較研究。

就原料茶和成品茶而言，緊壓黑茶的香氣特征形成與后發酵技術、汽蒸工序對部分雜異氣的去除、壓制、發花、干燥（烘房干燥和晾制）工序所形成的高溫、高濕或微生物作用都有關系。黃艷君[20]在研究安化黑毛茶后發酵技術中發現經過后發酵的成品茶解決了新毛茶茶湯色渾濁、滋味苦澀、香氣低沉等問題。成品茶香氣種類數有所減少，但是愉悅性特征成分含量的增加使緊壓成品茶整體香氣風味更為濃郁、純正。在本研究中，一些低沸點的青氣類香氣成分青葉醇如順-3-己烯醇、青葉醛如順-3-己烯醛、具有綠色蔬菜氣味的(E,Z)-2,6-壬二烯醇、刺激性氣味的2-丁基-1-辛醇、刺激性氣味的醋酸等在成品茶中含量減少，可能是蒸壓過程中高溫加快其揮發和后發酵過程中發生異構化反應形成反式烯醛類化合物的結果[13]。一些木香、脂香、花果香屬性的1,2,3-三甲氧基苯、(Z)-2-癸烯醛、芳樟醇、辛醇、3-十三烷酮可能是后發酵過程中微生物代謝旺盛作用的結果[21]。甲氧基苯類化合物被認為是普洱茶的特征香氣與黑茶的陳香屬性有關。研究報道表明茶葉中的表沒食子兒茶素沒食子酸酯（epigallocatechin gallate，EGCG）在氧化降解過程中脫沒食子酰基形成沒食子酸，然后沒食子酸的羥基氫被取代實現甲基化則產生甲氧基苯的類似結構化合物。蒸壓定型、發花、干燥工序和后續陳化都為EGCG的進一步氧化降解創造了條件，這可能是造成緊壓茶中1,2,3-三甲氧基苯的相對含量顯著高于原料茶的原因。(Z)-2-癸烯醛等特征香氣含量的增加可能是不飽和脂肪酸在微生物的作用下發生自氧化的結果。十三烷酮等酮類化合物含量的增加可能來源于類胡蘿卜素的氧化和縮合反應及β-胡蘿卜素的氧化分解反應。研究[22]也表明，苯甲醇、苯乙醇、橙花醇、α-萜品醇以及芳樟醇、香葉醇等萜烯醇類化合物產生于單萜烯醇配糖體的水解，成品茶經過后續的工序，微生物釋放相應的水解酶，從而促進了萜烯醇含量的提升。

王華夫等[23]在茯磚茶發花過程的研究中發現，對“菌花香”有重要貢獻的1-辛烯-3-醇、(E,Z)-2,4-庚二烯醛、(E,E)-庚二烯醛以及(E,E)-2,4-壬二烯醛等化合物含量的增加最為顯著，本實驗茯磚茶中(E,E)-庚二烯醛、(E,E)-2,4-壬二烯醛、1-辛烯-3-醇在成品茶中的含量顯著增加與其研究結果一致。獨特的發花工藝和原料中含梗量的差別可能是茯磚壓制茶與其他3 類壓制茶有差異的原因。

本研究從原料茶和成品茶的角度闡述蒸壓干燥工藝對緊壓型黑茶成品茶香氣品質形成的作用，為探明黑茶品質的形成機制提供新的參考思路。然而，香氣化合物單體在整體香氣中的貢獻主要取決于其閾值及含量，任何一種茶葉的香氣都是多種香氣成分相互協調作用的綜合表現，且各成分之間不同的感官閾值和呈香值，以及不同濃度的配比使茶葉呈現出豐富而怡人的香型，本研究對于香氣組分的分析還需要進一步完善，可結合GC-O技術[24-25]、香氣重組實驗[26]、香氣缺失實驗[27]，香氣活度值[28-33]等方法全面深入地探討香氣成分的氣味表達及強度。