白茶饮料高温贮藏期间香气感官评价及挥发性物质分析

白茶是我国传统六大茶类之一,属于微发酵茶,因其特有的“不炒不揉”加工工艺,使得白茶具有内质汤色黄亮明净,毫香显,滋味鲜醇,叶底嫩匀的品质特征[1]。白茶的主产地在福建,主要有福鼎、政和、建阳、松溪等产区。根据鲜叶原料的不同,白茶可分为白毫银针、白牡丹、贡眉和寿眉4个等级[2]。近年来,由于人们对白茶健康功效的认知逐步加深,喜饮白茶的人群越来越多,白茶的市场占有率逐渐升高。但随着人们生活方式的改变,消费者对饮品的需求也在发生变化,相比于传统茶叶冲泡的饮用方式,即饮茶饮料能够给消费者带来更为方便、快捷的饮茶体验,逐渐成为越来越多人的选择对象。

茶饮料在整个货架期内,由于温度、光照、氧气等环境因素的作用,随着时间的延长,其内含物质会发生一定的改变,改变积累到一定程度就引起了风味的劣变[3-5],造成饮用价值的降低或丧失,从而缩短产品的货架期。刘盼盼等[4]研究了不同纯茶饮料灭菌贮藏过程中品质的变化,结果表明,灭菌、贮藏过程中绿茶和乌龙茶纯茶饮料外观颜色变深,风味品质下降,儿茶素总量、酯型儿茶素含量显著下降,H2O2产生量较高;红茶和普洱茶纯茶饮料风味品质较稳定,特别是普洱茶饮料一直保持着较好的风味品质。陈金华等[6]研究发现高温贮藏会导致茶饮料中茶多酚、儿茶素、氨基酸等主要品质化学成分的损失,且温度越高,其损失量越大。而在绿茶饮料贮藏过程中儿茶素的氧化会引起挥发性物质的改变,如儿茶素等物质氧化降解后使得萜烯醇类香气成分含量增加,且二者存在显著的相关性[7-8]。汪洁琼[3]的研究发现表没食子儿茶素没食子酸酯(epigallocatechin gallate,EGCG)溶液在不同处理条件下都会产生H2O2,而在茶饮料中H2O2的不断累积会进一步诱导其他风味化学成分发生一系列的化学反应,进而引起茶饮料中香气的变化。香气是评价茶饮料品质的主要指标之一,香气的风味劣变直接影响消费者的感官体验。但目前国内外学者对茶饮料贮藏期间香气变化的研究多集中在绿茶和乌龙茶上,对白茶饮料的研究较少。

气相色谱-质谱联用技术是常规检测和鉴定香气物质的技术,气相离子迁移谱(gas chromatography-ion mobility spectroscopy,GC-IMS)是一种将气相色谱和离子迁移谱相结合的新技术,其能基于每种待分析组分特征离子峰的漂移时间提供定性信息,并根据峰高或峰面积提供定量信息,具有无需样品前处理、高灵敏度、低检出限的特点[9-11]。本研究旨在通过高温加速实验模拟白茶饮料在货架期内的风味劣变过程,采用定量描述分析技术对白茶饮料进行香气感官评价,通过GC-MS结合GC-IMS技术揭示白茶饮料贮藏过程中挥发性成分的动态变化。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

制作饮料用白茶原料等级为白牡丹和寿眉。白牡丹茶叶,福建闽运茶叶有限公司;寿眉茶叶,杭州建德市天羽茶叶有限公司;2-辛醇(>99%),上海安谱实验科技股份公司;氯化钠(分析纯),广东光华科技股份有限公司;C7～C30正构烷烃混合物(99%),美国Sigma公司;维生素C,帝斯曼维生素贸易(上海)有限公司;碳酸氢钠,宁波丰浩贸易有限公司。

1.2 仪器与设备

7890A-5975C GC-MS仪,美国Agilent公司;FlavourSpec气相离子迁移谱联用仪,采用固件版本4.00、自动进样器PAL3-RSI系列Ⅱ,德国G.A.S.公司;50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取头及手动固相微萃取(solid phase microextraction,SPME)进样器,美国Supelco公司;Talboys基本型干式加热器,美国Troemner LTD公司;管式超高温灭菌机,日本Powerpoint International公司。

1.3 实验方法

样品制备方法参照文献[12]并稍作修改,将一定数量的茶叶按照1∶50(g∶mL)的料液比加入80 ℃的纯净水中,然后在80 ℃的水浴环境下浸提12 min,每3 min 搅动一次。浸提完毕,用200目的纱布对茶汤进行过滤,之后加入维生素C和碳酸氢钠,并按照一定比例进行调配,随后使用超高温瞬时杀菌设备对半成品进行杀菌,用预先杀菌的饮料瓶进行热灌装,最后密封、冷却。新制备冷却好的样品分为两部分,一部分置于4 ℃冰箱保存,作为对照样(贮藏0 d样品);另一部分置于55 ℃恒温箱进行高温贮藏实验,作为加速处理样[13-14]。贮藏周期为14 d,在2、4、6、8、10、12、14 d分别取样进行检测。

1.3.2 香气的定量描述分析

按国标GB/T 16291.1—2012《感官分析选拔、培训与管理评价员一般导则第1部分:优选评价员》,优选出12位感觉敏锐者组成审评小组,小组成员经培训[15]后参与香气审评,经小组讨论得出各感官属性描述词如表1所示。采用7点强度法,根据表1所列感官属性对白茶饮料香气强度进行打分,强度尺度为0～7,0代表嗅闻不到,7代表香气极强。每个样品嗅闻3次,各评价员给出得分平均值即为样品最终得分[16]。

样品处理:吸取5 mL白茶饮料于20 mL顶空瓶中,于60 ℃下孵化(500 r/min)15 min后进行顶空进样,进样口温度80 ℃。

GC-IMS分析条件[11,17]:色谱柱类型:MXT-5(15 m×0.53 mm×1 μm);柱温:80 ℃;载气:高纯N2,纯度≥99.999%;运行时间:30 min;气体流量:载气起始流速2 mL/min,保持2 min后,8 min内线性增至10 mL/min,10 min内线性增至100 mL/min,10 min内线性增至150 mL/min。

样品处理:称取7.500 g样品于20 mL的顶空瓶中,加入3.500 g氯化钠,再加入10 μL 2-辛醇(239 mg/L)作为内标,混合均匀后,将顶空瓶置于50 ℃干式加热器中,待温度稳定后将萃取头插入顶空瓶中吸附30 min,随后立即取出萃取头并插入GC进样口,解析5 min,进行GC-MS分析,每个样品重复3次。

GC分析条件[18]:HP-INNOWAX毛细管柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm);载气为高纯氦气,流速为0.8 mL/min;进样口温度250 ℃,不分流进样。程序升温:初始柱温50 ℃,保持5 min,以2 ℃/min升至160 ℃,保持5 min,再以12 ℃/min升至250 ℃,保持5 min。

MS分析条件:电子轰击电离源,电子能量为70 eV;传输线温度270 ℃;离子源温度230 ℃;质量扫描范围m/z为33～450。

1.4 数据处理

GC-MS定性定量方法:使用NIST17标准谱库对GC-MS质谱数据进行检索,保留相似度大于80的化合物,利用正构烷烃(C7～C30)测量计算保留指数(retention index,RI),结合文献报道对挥发性化合物进行定性;定量方法:根据单个样品中各组分色谱峰面积与2-辛醇内标物的峰面积之比进行相对定量。GC-IMS定性方法:采用仪器配套的分析软件LAV(laboratory analytical viewer)和三款插件(Reporter、Dynamic PCA、Gallery Plot)以及GC×IMS Library Search对挥发性有机物进行数据处理。所有实验均重复3次。

2 结果与分析

2.1 不同处理时间样品的定量描述分析结果

审评人员评估了不同处理时间样品感官特性的差异,参考文献报道[19]白茶香气类型,筛选出了9个香气属性,并据此对8支样品进行了打分,结果如图1所示,随着高温贮藏时间的延长,花香、清香、果香、甜香属性的得分逐渐降低,花香、清香属性在高温贮藏2 d后即表现出明显的减弱,后续贮藏过程中呈现缓慢下降的趋势;药香、酸味、霉味、水闷味几个属性的得分逐渐升高,贮藏0 d的对照样品中没有霉味,但随着贮藏时间的延长,霉味逐渐凸显,在55 ℃-14 d时显著增加;干草香、枣香的得分变化较小,整体呈现先下降后上升而后又下降的波动趋势,其中干草香在所有样品中的得分均较高,说明高温对该香气属性的影响较小。贮藏0～4 d的样品以清香、花香、甜香、干草香为主;6～10 d的样品以果香、甜香、干草香、药香为主;12～14 d的样品以干草香、枣香、药香、水闷味为主。

2.2 基于GC-MS分析样品中挥发性化合物的变化

2.2.1 各种类挥发性化合物总量的变化

从图2可以看出,白茶饮料的挥发性化合物中醇类物质的占比最高,贮藏0 d的对照样品中醇类物质占化合物总量的59.13%,其次是醛类(29.24%)和酮类(6.18%)。随着高温贮藏时间的延长,挥发性化合物的含量发生较大变化,醇类含量先短暂上升后显著降低,酮类含量明显增加,醛类和酯类化合物呈波动变化,贮藏6 d时醛类化合物的占比最高,贮藏2 d时酯类化合物的含量最高。

2.2.2 挥发性化合物相对含量的变化

从表2可以看出,所有样品共计检测出挥发性化合物35种,其中酮类8种、醛类8种、酯类8种、醇类11种。白茶中的香气成分以醇类、醛类、酯类物质为主[19],其中贮藏0 d的对照样品检测出挥发性化合物19种,主要有芳樟醇(3.64 μg/mL)、苯甲醛(2.11 μg/mL)、香叶醇(0.90 μg/mL)、α-松油醇(0.86 μg/mL)、β-紫罗兰酮(0.78 μg/mL)、苯乙醇(0.71 μg/mL)、月桂醇(0.71 μg/mL)和2-乙基己醇(0.64 μg/mL)这类物质主要呈现清香、花香属性[20-24],这可能是对照样品定量描述分析中清香、花香得分较高的原因。贮藏14 d的样品中检测到挥发性化合物21种,主要有芳樟醇(4.46 μg/mL)、苯甲醛(2.64 μg/mL)、十四烷醛(1.82 μg/mL)、香叶醇(0.95 μg/mL)、β-环柠檬醛(0.86 μg/mL)、β-紫罗兰酮(0.74 μg/mL)和苯乙醇(0.58 μg/mL)。高温处理使得白茶饮料中挥发性化合物的种类及相对含量均发生较大变化,其中芳樟醇的含量在贮藏2 d的时候发生短暂的上升,4～12 d又逐渐下降,原因可能是在温度的作用下,儿茶素类物质发生氧化降解,导致萜烯类和芳香醇类配糖体大量水解生成了芳樟醇,而芳樟醇发生异构化反应,转变为橙花醇,橙花醇可继续转化为香叶醇,从而导致橙花醇和香叶醇的含量增加[7-8],这也解释了对照样品中没有检测到橙花醇,但从贮藏6 d开始检测到橙花醇的现象。香叶醇与苯乙醇的含量变化一致,呈波动变化趋势,其含量最高点出现在高温贮藏第2天。此外,苯甲醛的含量在贮藏初期有明显的增加,10～12 d时含量下降,随后又升高,β-紫罗兰酮含量在贮藏8 d时出现短暂的增加,这类物质主要呈现花香、果香属性[25],β-紫罗兰酮是对茶叶香气起关键作用的一种类胡萝卜素衍生物[26],有研究报道,儿茶素的氧化会引起类胡萝卜素类物质的氧化降解,导致β-紫罗兰酮含量的升高,且β-紫罗兰酮含量的升高与儿茶素的氧化呈显著正相关,而儿茶素的氧化和过氧化氢的产生则是苯甲醛含量升高的主要原因[7];高温处理0～14 d的各样品中共有成分8种,其中β-环柠檬醛具有木香、药香,且在不同浓度下呈现出不同的气味,如青草味、甘草味、木头味和烟草味[27],其在新鲜样品中的含量较低,随着高温贮藏的进行,其含量显著增加,这可能是贮藏过程中白茶饮料药香逐渐增加的原因;2-乙基己醇、脱氢芳樟醇的含量在高温贮藏过程中呈现出波动的态势,贮藏14 d后其相对含量略低于对照样。2,2,6-三甲基环己酮、6-甲基-5-庚烯-2-酮(果香)、正己醇(草本香气)、甲酸己酯(甜香)、丙二酸二乙酯(甜的醚气味)、6-甲基-3,5-庚二烯-2-酮等16种化合物在新鲜样品中未检测到,说明这些化合物是经高温处理之后产生的。其中6-甲基-5-庚烯-2-酮在贮藏2 d的样品中即出现,且在后续的贮藏过程中整体呈现增加的趋势。

2.3 基于GC-IMS分析样品中挥发性化合物的变化

2.3.1 高温贮藏各阶段样品的GC-IMS定性分析

表3是利用GC-IMS内置数据库对挥发性化合物进行定性分析的结果,所有样品共计检测到挥发性化合物单体34种以及部分物质的二聚体,其中醛类11种、醇类2种、酯类5种、酮类5种、酸类3种、其他类8种。GC-IMS由于其较低的检测限,主要用于对痕量挥发物的检测分析,因此分析结果与GC-MS分析结果存在一定差异,2种检测手段共同检出的挥发性化合物是苯甲醛。

2.3.2 高温贮藏各阶段样品中挥发性化合物的指纹图谱及其差异谱图分析

为直观显示高温贮藏各阶段白茶饮料中挥发性化合物的动态变化,分别对各时间节点样品进行检测,得到GC-IMS图谱中所有风味物质斑点,由仪器自带插件可视化高温处理各阶段白茶饮料的挥发性有机物指纹谱图(图3)。图中横向显示不同处理阶段样品(从上至下分别为贮藏0～14 d的样品,每个样品重复测定3次),纵向显示不同阶段样品中同一种挥发性化合物,其含量由颜色来区分,含量越高,则亮度越高,颜色越鲜艳。由图3可知,不同贮藏阶段样品的挥发性化合物种类差异不大,但含量存在明显差异,图中红框内化合物含量随着高温处理时间的延长而降低,主要包括苯甲醛(苦杏仁香、苹果香)、己醛(青草气及苹果香味)、2-已烯醛(浓郁新鲜水果、绿叶清香气)、丁酸丁酯(苹果香味)、异戊醛(苹果香气)、2-庚酮(果味、甜草本、木香)、反式-2-戊烯醛(D,水果香气)、己酸甲酯(菠萝似香气)、3-甲硫基丙醛(蔬果香)等化合物;图中绿框内化合物含量随着高温处理时间的延长而升高,主要包括甲基叔丁基醚、反式-2-戊烯醛(M)、丁酸(M,刺激性及难闻的气味)、丙烯酸乙酯(辛辣气味)、2,3-丁二酮(奶油香味)、2-乙基呋喃(焦香香气)、2-戊酮(果香)、丙酸(酸败刺鼻气味)等化合物。选择差异对比模式(图4),得到高温贮藏各阶段样品的GC-IMS差异谱图,图中红色斑点表示该物质在该样品中的含量高于对照样,蓝色斑点则表示低于对照样,而含量相同的物质颜色抵消后呈白色。以0 d样品为对照,55 ℃-6 d和55 ℃-14 d的样品所含挥发性成分扣减对照后的对比差异情况如图4所示,55 ℃-6 d时部分化合物含量明显增加,红色部分较多,55 ℃-14 d时蓝色部分逐渐加深,部分挥发性化合物含量降低。

3 结论

本文采用香气感官评价结合GC-MS、GC-IMS技术对高温贮藏不同阶段的白茶饮料进行了分析。由定量描述分析结果可知,高温贮藏期间白茶饮料整体呈现出花香、清香、甜香属性减弱,药香、酸味、霉味、水闷味属性逐渐增加的趋势。所有样品经GC-MS共计检测出挥发性化合物35种,其中醇类11种、醛类8种、酯类8种、酮类8种;高温贮藏过程中,醇类化合物含量先短暂上升后显著降低,醛类化合物含量先降低后升高随后又降低,酮类化合物含量先显著增加后波动变化,含量占比较大的一些典型香气化合物变化趋势较为明显。GC-IMS共计检测到挥发性化合物单体34种以及部分物质的二聚体,其中醛类11种、醇类2种、酯类5种、酮类5种、酸类3种、其他类8种;醛类化合物的占比最大,其含量在贮藏过程中呈现逐渐下降的趋势,酮类化合物含量呈增加的趋势;高温贮藏过程中,白茶饮料整体呈现出具有愉悦香气属性的化合物逐渐减少,不愉悦香气属性化合物逐渐增加的趋势。由于GC-MS和GC-IMS技术对物质检出的灵敏度不同,检出结果存在一定差异,2种技术共同检出的化合物是苯甲醛。白茶饮料贮藏期间其挥发性化合物的变化与香气感官变化之间的具体联系还需通过进一步实验来验证。

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