HS-SPME-GC-MS 对传统红碎茶和CTC 红碎茶挥发性化合物分析和比较

（1.重庆第二师范学院，重庆市功能性食品协同创新中心，重庆市功能性食品工程技术研究中心，功能性食品研发重庆市工程实验室，重庆 400067；2.重庆市辅仁中学校，重庆 400067）

摘要：选取中国和斯里兰卡7 个地区的14 个不同商业品牌的红碎茶，包括传统加工（orthodox，OTD）红碎茶和压碎撕裂卷曲（crush, tear and curl，CTC）红碎茶，采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用法对其挥发性风味化合物比较分析。结果鉴定出59 种挥发性化合物，其中萜烯类化合物占10.38%～60.34%，酮类物质占1.1%～22.09%，酯类物质占3.18%～41.83%，为最丰富的3 类挥发性化合物。结果表明，CTC红碎茶中挥发性成分数量较低，其中醛类化合物和醇类化合物含量较低，但酯类化合物含量高于OTD红碎茶。萜烯指数可被用作区分茶叶产地的一种手段，但还缺乏精准性，需结合其他参数鉴定茶叶产品产地。

关键词：传统加工红碎茶；压碎撕裂卷曲红碎茶；挥发性化合物；顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用法

红茶的感官质量一般是由人们根据形状、颜色、香气、味道和叶底进行感官评价决定。在这些特性中，香气是评价感官评分和对红茶质量描述的一个重要指标。除了传统的香气质量感官评价外，气相色谱-嗅觉测定法和香气提取液稀释分析也被广泛应用于茶叶中气味的描述和有效气味的测定中[1-3]。但这些方法都依赖于训练有素的专业人员，而且很可能受到个人和主观因素的影响，如年龄、情绪和偏好。近年来，许多研究者利用气相色谱-质谱（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）对红茶进行客观的鉴别和质量评价，并采用不同的挥发性化合物提取技术，如同时结合蒸馏-萃取和动态顶空固相技术[4-6]。然而，这些提取方法存在实验过程耗时长，或样品预处理复杂等问题。顶空固相微萃取（headspace solid phase micro-extraction，HS-SPME）已被证明是一种快速、简单、方便的茶叶挥发性化合物分析方法[7-9]。该技术已成功应用于苹果、草莓、番茄、橄榄油、绿茶等多种产品的质量评价和认证[7,10-12]。因此，研究这种方法作为鉴定和鉴别红茶产品具有可行性的。由于香气是食品最典型的特征之一，因此对香气成分的表征可以成为评价感官质量的有效工具，可以用来鉴别其真伪[13-15]。实际上，芳香族成分代表了产品的化学“指纹”，因为在挥发性成分中所含化合物的性质和相对含量是产品的显著特征。

HS-SPME与GC-MS相结合技术的化学计量方法在涉及食品的分类问题的文献中被广泛报道[16]，但鲜见对红茶尤其红碎茶进行研究。本实验采用HS-SPME与GC-MS相结合的技术对红碎茶挥发性成分进行表征，以区分该红碎茶的加工方式压碎撕裂卷曲（crush, tear and curl，CTC）红碎茶和传统加工（orthodox，OTD）红碎茶。计算其挥发性化合物的萜烯指数，以区分红碎茶的地理来源。以期为红碎茶的香气分析提供依据，并为红碎茶加工方式提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

茶叶样品：在不同地区的不同市场收集14 种不同的红碎茶。2 个广东红碎茶：传统加工红碎茶（1号茶样）和CTC加工红碎茶（2号茶样）；1 个安徽传统加工红碎茶（3号茶样）；2 个湖南红碎茶：传统加工红碎茶（4号茶样）和CTC红碎茶（5号茶样）；3 个斯里兰卡红碎茶：English Breakfast-Orthodox（EW-O红碎茶）（6号茶样）；English Breakfast Teekanne-CTC（ET-C红茶）（7号茶样）和English Breakfast AHMAD-CTC（EH-C）红碎茶（8号茶样）；2 个海南红碎茶：传统加工红碎茶（9号茶样）和CTC红碎茶（10号茶样）；2 个四川红碎茶：CTC红碎茶（11号茶样）和传统红碎茶（12号茶样）；2 个云南红碎茶：传统红碎茶1（13号茶样）和传统红碎茶2（14号茶样）。

实验用化学试剂均为国产分析级试剂。

6890N-5973 GC-MS联用仪美国Aglient公司；SPME手持萃取柄及65 μm聚二甲基硅氧烷/二乙烯基苯（polydimethylsiloxane/divinylbenzene，PDMS/DVB）萃取头美国Supelco公司；FA2004A型分析电子天平海津天电子仪器有限公司；DFT-200型200 g手提式粉碎机温岭市林大机械有限公司；Mili-Q超纯水仪美国密理博公司；Centrifuge5810高速离心机德国Eppendorf公司；TU 1900型双光束紫外-可见分光光度计北京普析通用仪器有限责任公司。

1.2 方法

分别称取各红碎茶样品1 g（精确到0.001 g）于10 mL的顶空萃取瓶中，立即加入5mL蒸馏水，加盖密封在电炉上加热10 min。平衡后，将预先老化过的65 μm PDMS/DVB萃取头迅速插入萃取瓶顶部，保持在90 ℃吸附30 min。取出后，每次分析前立即将PDMS/DVB萃取头插入GC进样口220 ℃进行5 min解吸附。每个样本分析重复3 次[7,17]。

1.2.2 GC-MS测定条件

采用HP-5毛细管色谱柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；载气为纯化氦气（纯度＞99.999%），恒定流速为1 mL/min。样品提取后，萃取头在GC进样口220 ℃解吸5 min。起始柱温50 ℃，保持3 min，以5 ℃/min升至190 ℃，保持1 min，最后以20 ℃/min升至240 ℃，保持3 min，不分流进样。

离子源温度200 ℃；电子电离源；电子能量70 eV；采用全谱扫描，用Xcalibur软件[18]测定峰面积。用保留时间结合计算机谱库检索（美国Wiley和NIST库）对挥发性化合物进行鉴定。然后计算萜烯指数。

1.3 数据统计分析

采用Excel和IBM SPSS Statistics V23.0软件进行数据分析。茶叶样品的萜烯指数计算方法为：

2 结果与分析

2.1 挥发性化合物测定结果

红茶香气主要为嫩香、甜香和花香等[19]。红茶加工过程中，儿茶素类氧化形成的产物继续氧化氨基酸、不饱和脂肪酸以及类胡萝卜素，形成的醛、酮、酸类化合物为红茶的主要香气成分，主要包括：叶绿醇、香叶醇、香叶酸、芳樟醇及其氧化物、紫罗兰酮、棕榈酸甲酯、亚油酸甲酯、茉莉酮甲酯、苯甲醇、2-苯乙醇、水杨酸甲酯等[19-24]。从图1和表1可知，14 个不同地区不同类别的红碎茶样品中，共鉴定出59 种挥发性物质。结果表明，相对含量高于1%的挥发性化合物有11 种，分别为右旋柠檬烯、β-芳樟醇、顺式-香叶醇、α-紫罗兰醇、β-大马酮、α-紫罗兰酮、β-紫罗兰酮、γ-紫罗兰醇乙酸酯、六氢金合欢烯酰丙酮、棕榈酸甲酯和叶绿醇。其中，叶绿醇是一种无环二萜醇，其相对含量最高，为0.5%～25.1%；其次是六氢金合欢烯酰丙酮，相对含量为0.52%～18.6%，金合欢醇丙酮相对含量为2.05%～5.65%；β-芳樟醇相对含量为0.44%～16.4%，β-紫罗兰酮相对含量为3.07%～44.5%和α-紫罗兰酮相对含量为0.44%～3.95%。在非萜类化合物中，相对含量较高的棕榈酸甲酯相对含量为0.7%～10.51%，亚油酸甲酯相对含量为0.12%～7.16%等酯类化合物。其他化合物，如醛类中己醛相对含量为0.08%～0.59%，戊醛相对含量为0.02%～0.45%，苯乙醛相对含量为0.03%～0.77%等；醇类如糠醇相对含量为0.1%～3.77%等，相对含量均较低。结果表明，HS-SPME-GC-MS方法具有选择性和敏感性，完全适合用于红碎茶挥发性化合物的分析。

许多研究已经对绿茶和红茶的芳香族化合物进行的特征分析[25]。茶叶的典型香气是归因于大量的芳香族挥发性化合物，其性质和含量与前体风味成分（如氨基酸、脂肪酸、类胡萝卜素等）、种植的地理区域、品种和加工工艺（如采摘、萎凋、发酵和干燥等）有关，从而每一个茶叶品牌都能确定其“指纹识别”[26]。由表2可知，红碎茶样品中最丰富的3 类挥发性化合物为萜烯类、酮类和酯类，其中萜烯类化合物占10.38%～60.34%，酮类物质占1.1%～22.09%，酯类物质占3.18%～41.83%。可见，样品中萜烯类化合物是发现的最丰富的芳香化合物。此结果与前人研究红茶香气成分结果一致[19-24]。

CTC和OTD相比，CTC萎凋较轻。红碎茶揉切后，与重萎凋叶相比，轻萎凋叶的发酵能力更强[27]。CTC滚子粉碎的茶叶比传统滚子粉碎的茶叶发酵速度快。因此，由表1可知，同一地区的茶叶样品中，CTC红碎茶的挥发性醛类和醇类化合物的含量低于OTD红碎茶；可能是由于轻萎凋叶的发酵更充分。而CTC红碎茶酯类化合物的含量高于OTD红碎茶，可能是由于发酵充分使醇类转化成为酯类。但在2 个广东红碎茶样品中，传统红碎茶中检测到的挥发性化合物成分数量却较高，OTD红碎茶样品中检测到40 个挥发性化合物，CTC红碎茶中却检测到30 个，这可能与重萎凋叶发酵速率低有关，导致OTD红碎茶中醛类和醇类化合物等较多。OTD红碎茶和CTC红碎茶挥发性成分的差异可能会影响2 种类型红碎茶的香气特征。

2.2 萜烯指数分析

不同的茶树品种在不同地理区域的栽培条件下以及在不同的加工和农艺处理条件下，芳樟醇和香叶醇的含量都存在较大差异。然而，每一个茶的品种都有一个特定的萜烯指数，只随采摘方法的不同而变化，这一指标已被证明是茶叶品种鉴别的可靠统计工具[28]。由表2可知，萜烯指数的值只能在0～1之间，且不同地区生产的茶叶萜烯指数相差较大，只有湖南和斯里兰卡、安徽和四川的红碎茶之间萜烯指数相当。

由此可知，萜烯指数是专门针对茶叶品种的指数，不受加工方法的影响。然而，根据以往的研究，将萜烯指数作为化学分类标准存在一些问题[29]。首先，采摘标准对萜烯指数有影响。其次，萜烯指数在0～1之间的茶叶存在很多品种，这说明有些茶叶品种具有相同的萜烯指数，这一点从湖南和斯里兰卡红碎茶中萜烯指数可以看出。因此萜烯指数可作为茶叶产地鉴别的一种手段，但还缺乏精准性，需结合其他参数鉴定茶叶产品产地。

3 结论与讨论

加工方法会改变茶叶的化学成分。本实验比较了CTC和OTD技术对红碎茶的影响，发现OTD技术通常比CTC技术生产的红碎茶挥发性化合物成分更高。在不同加工方法的红碎茶中共鉴定出59 种挥发性化合物，其中萜烯类化合物占10.38%～60.34%，酮类物质占1.1%～22.09%，酯类物质占3.18%～41.83%，这3 类化合物是其含量最丰富的化合物。结果表明，CTC红碎茶中挥发性成分数量较低，醛类和醇类化合物含量较低，但酯类化合物含量高于OTD红碎茶。不同地区生产的茶叶萜烯指数相差较大，只有湖南和斯里兰卡、安徽和四川的红碎茶之间萜烯指数相当，说明只用萜烯指数鉴别茶叶产地还缺乏精准性，其他参数需被结合应用鉴别和鉴定茶叶产品产地。

CTC红碎茶是通过揉碎/切碎、撕裂和卷曲的特殊加工方式使茶叶破碎、细胞损伤，促进其内含物质的降解、转化，形成区别于传统红碎茶的色泽和外形，具有独特品质风格[30]。茶叶中的香气依据嗅感不同主要有两类，一类是嗅感为不愉快的青草类气味，其主要的挥发性化合物为脂类物质降解产物，其中不饱和脂肪酸降解产物占90%以上[31]；另一类为愉快的花香、甜香、清香等香味，主要是由类胡萝卜素、氨基酸和萜类化合物降解的挥发性化合物。CTC红碎茶相较于OTD红碎茶随着茶叶由类胡萝卜素、氨基酸和萜类化合物降解的挥发性化合物含量降低，但主体萜烯类的挥发性物质还在。同时，茶叶在细胞损伤、破碎，使得脂氧合酶作用于细胞膜脂，促使细胞膜中不饱和脂肪酸分离、分解[32]，产生醇、醛、酯类等挥发性成分[33]。CTC红碎茶相较于OTD红碎茶，不饱和脂肪酸前体物产生的挥发性化合物降低，其中醛类和醇类挥发性化合物含量大幅降低，但醛类挥发性化合物始终占茶叶中总醛类的70%以上。醛类挥发性化合物对总体风味影响巨大，低分子质量C4、C5醛通常具有愉快的香味，中等分子质量的醛（C6～C9）则具有清香、油香和脂香[34]，含量降低，茶叶甜味随之下降，这一结果同感官审评的结果一致。这可能与茶叶中不饱和脂肪酸的含量有关，含量越低，其分解产物也降低。因此，对于红碎茶的香气前体物质不饱和脂肪酸、类胡萝卜素、氨基酸和萜类化合物等的分析可作为以后研究的重点。

[1] 莫岚. 茶叶香气的提取与检测研究进展[J]. 广东茶业, 2016(4): 31-33.DOI:10.3969/j.issn.1672-7398.2016.04.012.

[2] KUMAZAWA K, WADA Y, MASUDA H. Characterization of epoxydecenal isomers as potent odorants in black tea (Dimbula)infusion[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2006, 54(13):4795-4801. DOI:10.1021/jf0603127.

[3] SCHUH C, SCHIEBERLE P. Characterization of the key aroma compounds in the beverage prepared from Darjeeling black tea:quantitative differences between tea leaves and infusion[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2006, 54(3): 916-924. DOI:10.1021/jf052495n.

[4] 孙慕芳, 郭桂义, 张洁, 等. 蒸青绿茶和炒青信阳毛尖绿茶香气品质的GC-MS分析[J]. 食品科学, 2014, 35(12): 151-155. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201412030.

[5] KAWAKAMI M, KOBAYASHI A. Carotenoid-derived aroma compounds in tea[J]. Abstracts of Papers of the American Chemical Society, 2001, 219: U32. DOI:10.1021/bk-2002-0802.ch011.

[6] KAWAKAMI M. Comparison of extraction techniques for characterizing tea aroma and analysis of tea by GC-FTIR-MS[M]//Plant volatile analysis. Berlin Heidelberg: Springer, 1997: 211-229.

[7] JELEŃ H H, MAJCHER M, DZIADAS M. Microextraction techniques in the analysis of food flavor compounds: a review[J].Analytica Chimica Acta, 2012, 738: 13-26.

[8] 龙立梅, 宋沙沙, 李柰, 等. 3 种名优绿茶特征香气成分的比较及种类判别分析[J]. 食品科学, 2015, 36(2): 114-118. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201502022.

[9] 施莉婷, 江和源, 张建勇, 等. 茶叶香气成分及其检测技术研究进展[J]. 食品工业科技, 2018, 39(12): 347-351. DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2018.12.062.

[10] TANG X W, HE H J, LIU Y, et al. Identification of aroma compounds in watermelon juice by SPME-GCMS[J]. Acta Horticulturae, 2012,944: 183-191. DOI:10.17660/ActaHortic.2012.944.24.

[11] GENOVESE A, GAMBUTI A, LAMORTE S A, et al. An extract procedure for studying the free and glycosilated aroma compounds in grapes[J]. Food Chemistry, 2013, 136(2): 822-834. DOI:10.1016/j.foodchem.2012.08.061.

[12] WEN Y Q, HE F, ZHU B Q, et al. Free and glycosidically bound aroma compounds in cherry (Prunus avium L.)[J]. Food Chemistry,2014, 152(1): 29-36.

[13] GOUGENON R, MARIANNA D, BOUTEGRABET L, et al.Authentication approach of the chemodiversity of grape and wine by FTICR-MS[M]//Authentication of food and wine. ACS Publications,2011: 69-88.

[14] XUELI P, QIN Z H, ZHAO L, et al. Development of regression model to differentiate quality of black tea (Dianhong): correlate aroma properties with instrumental data using multiple linear regression analysis[J]. International Journal of Food Science and Technology,2012, 47(11): 2372-2379.

[15] 张莹, 钟应富, 袁林颖, 等. 茶叶香气成分研究现状与展望[J]. 南方农业, 2011, 5(5): 104-106. DOI:10.3969/j.issn.1673-890X.2011.05.035.

[16] BIANCHI F, CANTONI C, CARERI M, et al. Characterization of the aromatic profile for the authentication and differentiation of typical Italian dry-sausages[J]. Talanta, 2007, 72(4): 1552-1563.

[17] 杨彬, 彭远菊, 闫刚, 等. SPME/GC-MS法分析云南蒸酶茶的香气成分[J]. 热带农业科技, 2018, 41(2): 24-27. DOI:10.16005/j.cnki.tast.2018.02.004.

[18] LV H P, ZHONG Q S, ZHI L, et al. Aroma characterisation of Pu-erh tea using headspace-solid phase microextraction combined with GC/MS and GC-olfactometry[J]. Food Chemistry, 2012, 130(4): 1074-1081.

[19] 乔如颖, 郑新强, 李清声, 等. 茶叶挥发性香气化合物研究进展[J]. 茶叶, 2016, 42(3): 135-142. DOI:10.3969/j.issn.0577-8921.2016.03.001.

[20] 赵丹, 吕有才. 红茶香气研究进展[J]. 安徽农业科学, 2016, 23(44):45-46. DOI:10.3969/j.issn.1004-874X.2011.18.035.

[21] 任洪涛, 周斌, 方林江, 等. 云南红茶的香气特征研究[J]. 茶叶科学技术, 2012(3): 1-8. DOI:10.3969/j.issn.1007-4872.2012.03.002.

[22] 徐元骏, 何靓, 贾玲燕, 等. 不同地区及特殊品种红茶香气的差异性[J]. 浙江大学学报(农业与生命科学版), 2015, 41(3): 323-330.DOI:10.3785/j.issn.1008-9209.2014.10.091.

[23] 王秋霜, 陈栋, 许勇泉, 等. 广东红茶香气成分的比较研究[J]. 茶叶科学, 2012, 32(1): 9-16. DOI:10.3969/j.issn.1000-369X.2012.01.002.

[24] RAVICHANDRAN R. Carotenoid composition,distribution and degradation to flavour volatiles during black tea manufacture and the effect of carotenoid supplementation on tea quality and aroma[J]. Food Chemistry, 2002, 78(1): 23-28.

[25] PRIPDEEVECH P, WONGPORNCHAI S. Odor and flavor volatiles of different types of tea, in tea in health and disease prevention[M].Academic Press, 2013: 307-322.

[26] 刘盼盼, 龚自明, 高士伟, 等. 茶叶香气质量评价方法研究进展[J].湖北农业科学, 2016, 55(16): 4085-4089. DOI:10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.16.002.

[27] ULLAH M R, ROY P C. Effect of withering on the polyphenol oxidase level in the tea leaf[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture, 1982, 33(5): 492-495.

[28] OWUOR P O, TADAKAZU T, HIROSHI H, et al. Differentiation of clonal teas by terpene index[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture, 1987, 40(4): 341-345.

[29] 沈力飞, 刘更生, 张聪, 等. 茶叶香气的形成及检测研究进展[J].农产品加工(学刊), 2014(21): 58-61.

[30] BORAH S, HINES E L, BHUYAN M. Wavelet transform based image texture analysis for size estimation applied to the sorting of tea granules[J]. Journal of Food Engineering, 2007, 79(2): 629-639.

[31] OWUOR P O, MUNAVU R M, MURITU J W. The effects of pruning and altitude on the fatty acid composition of tea (Camellia sinensis L.)shoots[J]. Tropical Science, 1990, 30: 299-306.

[32] RAVICHANDRAN R, PARTHIBAN R. Occurence and distribution of lipoxygenase in Camellia sinensis L.O Kuntze and their changes during CTC black tea manufacture under southern Indian conditions[J].Journal of the Science of Food and Agriculture, 1998, 78: 67-72.

[33] GANESHAN V, RAMASAMY V. Pacha taint in tea[J]. Planters Chronicle, 1996: 91-95.

[34] 毕艳兰. 油脂化学[M]. 北京: 化学工业出版社, 2005.

Comparative Analysis of Volatile Profiles Orthodox Black Teas and CTC Black Teas Using HS-SPME-GC-MS

LIU Honglin1, ZENG Yitao2, ZHAO Xin1,*
(1. Chongqing Collaborative Innovation Center for Functional Food, Chongqing Engineering Research Center of Functional Food,Chongqing Engineering Laboratory for Research and Development of Functional Food, Chongqing University of Education,Chongqing 400067, China； 2. Chongqing Furen High School, Chongqing 400067, China)

Abstract: A total of 14 different commercial brands of black teas including orthodox (OTD) and crush, tear and curl(CTC) teas were collected from markets in six regions of China as well as Sri Lanka, and their volatile flavor compounds(VFC) were comparatively analyzed using headspace solid phase micro-extraction coupled with gas chromatography-mass spectrometry (HS-SPME-GC-MS). In total, 59 volatiles were identified from these teas among which terpenes (10.38%-60.34%), ketones (1.1%-22.09%) and esters (3.18%-41.83%) represented the most abundant compounds. The results showed that CTC teas contained a lower number of volatile components and lower contents of aldehydes and alcohols but higher contents of esters than did OTD teas. The data presented in this study also suggested that terpene index might be used as an alternative approach for the determination of the geographical origin of teas, but the accuracy is not sufficient yet, and other parameters are needed to identify the origin of tea products.

Keywords: orthodox black tea； crush, tear and curl black tea； volatile profiles； headspace solid phase micro-extraction coupled with gas chromatography-mass spectrometry

基金项目：重庆高校创新团队建设计划资助项目（CXTDX201601040）

第一作者简介：刘洪林（1991—）（ORCID: 0000-0003-4744-4795），男，讲师，博士研究生，研究方向为茶学。E-mail: 475844900@qq.com

*通信作者简介：赵欣（1981—）（ORCID: 0000-0001-9798-7865），男，教授，博士，研究方向为食品化学与营养学。E-mail: zhaoxin@cque.edu.cn

引文格式：刘洪林, 曾艺涛, 赵欣. HS-SPME-GC-MS对传统红碎茶和CTC红碎茶挥发性化合物分析和比较[J]. 食品科学, 2019,40(18): 248-252. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20180927-308. http://www.spkx.net.cn

LIU Honglin, ZENG Yitao, ZHAO Xin. Comparative analysis of volatile profiles orthodox black teas and CTC black teas using HS-SPME-GC-MS[J]. Food Science, 2019, 40(18): 248-252. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20180927-308. http://www.spkx.net.cn