红茶起源于中国,属于全发酵茶,亦是世界上产量最多、销售区域最广、国际贸易量最大的茶类[1-2],已成为全球最受欢迎的饮品之一。我国红茶种类较多,产地分布较广,主要集中在福建、云南、安徽、广东、广西、湖南等地[3]。红茶的香型主要包括甜香、果香、蜜香、花蜜香及花果香[4-5]。目前花果香型红茶主要采用金牡丹、黄观音、金观音等乌龙茶高香品种经萎凋、做青、揉捻、发酵、干燥等工艺制成,具有独特花果香品质特征[1, 6],其中金牡丹制成的花果香红茶品质特征最为典型。研究表明红茶的芳香物质含量仅有0.01%～0.03%[7],但其种类繁多,目前已检测出的红茶香气物质高达600余种[8],主要包含醇类、醛类、酮类、酸类、酯类、烯类、含氮化合物和其他类等[9],香气类型差异主要是受到芳香物质的含量、种类、比例及其强度因子的影响。
香气是评价茶叶品质的重要指标[10],顶空固相微萃取-气相色谱-质谱技术(headspace solid phase microextraction coupled with gas chromatography-mass spectrometry, HS-SPME-GC-MS)在香气富集过程中实现全自动化,综合了HS-SPME的安全性和准确性、GC的高分辨率和MS的物质鉴别能力,具有便捷、高效等优点[11]。人体对茶叶香气的感知是多种挥发性物质通过浓度组合对嗅觉神经综合作用形成,嗅觉神经对物质的敏感性受物质感官阈值(perceived threshold)的影响,气味变化并不是简单的加和关系,由主要特征化合物之间的感知交互作用共同影响。气味活度值(odor activity value, OAV)是量化单个挥发性香气成分对总体气味贡献度的重要指标之一,通过结合物质浓度和嗅觉阈值来评估香气成分对整体风味的贡献度,在茶叶香气研究中被广泛应用[12]。汤海昆等[13]通过HS-SPME-GC-MS法发现在云南10个茶树品种制备的日晒红茶中醇类物质的相对含量均是最高,且芳樟醇的相对含量最高。WU等[14]基于GC-MS、气相色谱-嗅辨联用(gas chromatography-olfactometry, GC-O)技术结合OAV分析表明,花果香型金牡丹红茶中关键呈香物质为芳樟醇、苯乙醛和δ-癸内酯。YUE等[15]基于电子鼻和GC-MS分析了金观音和福云6号工夫红茶的香气特征,鉴定了高香红茶与传统工夫红茶的特征香气组分差异。江新凤等[16]通过HS-SPME-GC-MS法共鉴定出68种香气成分,主要表现为花香、果香、青香、甜香。QIU等[17]运用OAV法发现梅占绿茶中呈现花香和木香的β-紫罗兰酮、β-环柠檬醛等成分的贡献度较大。金友兰等[18]通过OAV法研究茯砖茶、发花白茶砖及发花红茶砖特征香气成分,发现3, 5-辛二烯-2-酮和(E, E)-2, 4-壬二烯醛在3种发花砖茶中OAV均是最高。杨霁虹等[19]、罗学平等[20]分别对黄山和四川地区不同茶树品种红茶香气成分进行比较,发现甜香型为主要香型,醇类化合物是香气贡献的主要成分。阳景阳等[21-22]通过对比多种干燥方式红茶的鉴定、区分和判别,发现冻干和热风干燥组合对桂热2号红茶效果最佳,结合提香工艺解决冻干红茶青味重的问题。
研究不同干燥方法对花果香型红茶的香气成分影响具有较高的实用价值,本文通过热风干燥(hot air drying, HAD)、真空干燥(vacuum drying, VD)、日晒干燥(sun drying, SD)、真空冷冻干燥(vacuum freeze drying, VFD)4种不同干燥方式处理,采用HS-SPME-GC-MS联用技术方法对花果香型金萱红茶的挥发性关键香气进行成分定性和定量检测,运用OAV法筛选出构成茶样香气特征的关键香气成分后,结合主成分分析(principal component analysis, PCA)和正交偏最小二乘回归法(orthogonal partial least squares-discrimination analysis, OPLS-DA)进行风味分析,确定差异组分,评价不同干燥方式中红茶关键香气成分与感官特征的差异性,为花果香型红茶加工、品质控制、工艺创新开发等提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料与仪器
1.1.1 试验材料
金萱茶鲜叶,栽培于广西壮族自治区广西南亚热带农业科学研究所茶叶加工研究中心试验基地(北回归线以南,北纬22°左右,海拔100米以上)于2023年8月采摘,标准为一芽二叶,无病虫害、无机械损伤、不夹带其他杂物。
1.1.2 主要仪器设备
6CWD-6型茶叶萎凋槽,南宁市创宇茶叶机械有限公司;6CR-25型揉捻机,浙江武义增荣食品机械有限公司;6CWS-75型解块机,福建省安溪县西坪永兴农业机械厂;CTFD-50S真空冷冻干燥机,青岛永合创信电子科技有限公司;6CTH-60型烘干机,浙江上洋机械有限公司;DZF6090真空干燥机,深圳市三莉科技有限公司;茶叶标准审评用具;CTC 三位一体自动进样器、7890B-5977B GC-MS联用仪,美国安捷伦公司;50/30 μm DVB/CARon/PDMS萃取头,瑞士思特斯分析仪器有限公司。
1.2 试验方法
1.2.1 制茶方法
红茶制作工艺流程如下:
鲜叶→萎凋→做青→揉捻→发酵→干燥
采用自然条件下室内萎凋12～15 h,摊叶厚度3 cm,温度28～32 ℃,萎凋至含水量60%左右揉捻;揉捻采用轻-重-轻原则,空揉10 min、轻揉20 min、重揉10 min、轻揉5 min后解块;将揉捻叶摊厚10 cm,室温25～30 ℃,相对湿度85～95%,发酵5～6 h,直至青草气消失,出现花果香;发酵完成后将茶样分成4份,采用不同干燥方式进行干燥;后经过筛分、除杂、拣剔等精制工艺制成红茶样品。
1.2.2 干燥处理
HAD组:发酵叶摊叶厚度0.5～0.8 cm,两段式干燥,温度100 ℃,干燥10 min;温度70 ℃,干燥90 min,烘干至茶叶含水量7%以下。
VD组:将发酵叶平摊至烘干架,摊叶厚度0.5～0.8 cm,真空度0.1 mbar,烘干温度100 ℃,干燥10 min;温度70 ℃,干燥150～180 min,烘干至茶叶含水量7%以下。
SD组:将发酵叶平摊在干燥架上,放于阳光直射的位置晒干1～2 d,环境温度32～35 ℃,地表温度40～50 ℃,晒干至含水量7%以下。
VFD组:将发酵叶放入封口袋中,置于超低温冰箱(-78 ℃)速冻2 h,冷冻成型后放入冷冻干燥机,设置真空度0.8 mbar,温度-30 ℃,时间1 h;随后进行冻干,真空度0.1 mbar,温度-40 ℃,时间8～10 h,干燥至茶叶含水量7%以下。
1.2.3 GC-MS测定分析
1.2.3.1 样品前处理
准确称取磨碎茶样1.00 g装入15 mL顶空瓶,加入5 mL超纯沸水,10 μL内标癸酸乙酯(0.174 mg/mL),使用配备硅胶顶空隔垫的钳口盖密封。顶空瓶于50 ℃恒温振荡15 min后,进行样本萃取。
1.2.3.2 HS-SPME
使用50/30 μm DVB/CARon/PDMS的萃取头在老化装置250 ℃下预先老化5 min后,插入样品顶空瓶中,顶空萃取30 min、振荡速度250 r/min、解析5 min,GC循环50 min。
1.2.3.3 GC-MS分析条件
GC条件:DB-wax(30 m×0.25 mm×0.25 μm)色谱柱;进样温度260 ℃;不分流;载气He(99.999%);流量1 mL/min;柱温40 ℃ 保持5 min,以5 ℃ /min 升至220 ℃,20 ℃/min 升至250 ℃,保持2.5 min。
MS条件:接口温度260 ℃;检测器电压0.80 kV;离子源温度230 ℃;四级杆温度150 ℃;电离方式EI+,70 eV;全扫描方式,质量扫描范围20～400 m/z。
1.2.3.4 香气成分定性与定量分析
将质谱数据在NIST 2017谱库中进行对比检索,保留匹配度>90%的化合物,对基峰、质荷比和相对峰度等方面进行分析,将C8～C40正构烷烃单独进样,检测条件与样品检测条件一致,计算保留指数(retention index, RI)对各香气成分进行定性,以癸酸乙酯作为内标物,计算香气化合物的含量。
1.2.4 OAV值分析
在各挥发性成分的定量分析的基础上,根据挥发性物质在水中的风味阈值,计算各成分的OAV值。
(1)
式中:C,香气成分的质量浓度,ng/g;OT,香气成分的气味阈值,μg/kg。
1.3 数据分析
每个样品测定均设置3个平行,数据用“平均值±标准差”表示,采用Excel 2013软件处理数据及绘制旭日图;使用Origin 2022软件绘制堆叠柱状图;TBtools绘制热图;通过SIMCA 14.1软件进行多元统计分析。
2 结果与分析
2.1 不同干燥方式红茶香气成分分析
茶叶香气是多种芳香物质以不同浓度的综合表现,在不同干燥方式的4组样品中共定性72种挥发性香气成分,依据化学结构分为8类,包含醇类19种、醛类9种、酸类4种、酯类12种、酮类10种、碳氢化合物11种、其他7种,具体结果见表1。为直观地观察挥发性香气成分的化合物种类、数量及含量分布,绘制堆叠柱状图、Venn图以及旭日图。
表1 不同干燥方式红茶香气成分及含量的HS-SPME-GC-MS分析鉴定结果
Table 1 HS-SPME-GC-MS analysis and identification of aroma components in black tea dried by different drying methods
编号保留时间/min化合物化学式RICAS相对含量/(ng/g)HADVDSDVFD11.767 2553,3-二甲基-2-丁醇C6H14O832464-07-3——61.92±15.08—29.596 325顺-3-己烯醇C6H12O905928-96-148.03±4.91———310.287 1丁醇C4H10O90871-36-35.85±0.333.55±0.997.14±0.7111.01±0.65410.771 11-戊烯-3-醇C5H10O912616-25-184.34±4.72—131.21±0.71102.34±6.06515.657 25顺-2-戊烯-1-醇C5H10O9541576-95-084.83±2.4526.59±0.6722.90±0.9423.43±2.60615.741 8橙花醇C10H18O990106-25-2—94.23±5.2481.63±6.6654.58±8.86716.648 21-己醇C6H14O1 002111-27-344.76±1.3727.39±1.2555.39±1.7257.59±0.29817.458 6反-橙花叔醇C15H26O1 00940716-66-382.48±0.8446.53±1.4817.51±0.2525.38±0.06917.780 9α-松油醇C10H18O1 12510482-56-169.34±2.9041.60±0.7074.00±5.29137.00±0.211017.927 42-丁氧基乙醇C6H14O21 150111-76-221.06±1.0417.97±0.8210.01±0.638.97±0.701119.050 8顺-芳樟醇氧化物(呋喃型)C10H18O21 2275989-33-3128.23±29.23250.96±4.1184.00±7.41—1220.326 12-乙基己烷-1-醇C8H18O1 264104-76-713.04±0.1610.00±0.3412.00±1.0642.42±3.221320.828 02-癸醇C10H22O1 2801120-06-5—23.76±0.5919.13±1.27—1421.738 7芳樟醇C10H18O1 30878-70-6180.55±4.07101.34±1.54105.53±5.0699.78±2.181522.027 31-辛醇C8H18O1 320111-87-5——5.76±0.5011.40±3.691623.217 93,7-二甲基-1,5,7-辛三烯-3-醇C10H16O1 43229957-43-519.03±3.2139.35±1.9710.77±0.15—1728.570 5香叶醇C10H18O1 525106-24-1155.28±1.80154.22±3.6373.87±4.1333.64±8.131829.054 7苯甲醇C7H8O1 564100-51-6106.69±2.2597.74±2.7565.43±1.08142.38±7.121929.805 42-苯乙醇C8H10O1 57060-12-849.21±7.6855.53±3.1182.14±5.2786.05±7.04202.571 25异丁醛C4H8O83778-84-238.02±2.9228.23±1.2736.39±0.9528.07±2.88213.179 78甲基丙烯醛C4H6O85078-85-3——9.06±1.26—
续表1
编号保留时间/min化合物化学式RICAS相对含量/(ng/g)HADVDSDVFD223.639 4452-甲基丁醛C5H10O86296-17-369.51±4.5865.55±4.2233.04±1.2636.73±3.63233.717 3柠檬醛C10H16O8665392-40-5126.17±10.1675.75±0.9860.98±2.5491.21±0.28245.018 41戊醛C5H10O875110-62-344.43±2.323.40±0.0592.73±5.6845.43±6.55258.163 87己醛C6H12O89866-25-133.56±7.62—53.65±4.0026.45±3.792611.601 9庚醛C7H14O926111-17-730.80±3.92—17.34±2.9250.68±0.432712.374 9反-2-己烯醛C6H10O933505-57-757.73±4.75—32.02±4.7635.03±4.382820.885 7苯甲醛C7H6O1 396100-52-758.95±0.7035.71±1.1624.54±3.4941.39±1.482919.055 7异丁酸C4H8O21 24479-31-212.09±7.338.13±0.149.14±2.35—3021.321 2正戊酸C5H10O21 304109-52-45.35±1.684.03±0.73——3122.116 15己酸C6HO21 389142-62-1110.28±1.67149.10±2.00115.21±8.97—3228.441 32-乙基丁酸C6H12O21 48788-09-5246.04±5.92248.88±5.60—22.31±6.783312.45茉莉内酯C10H16O293525524-95-285.08±2.6060.17±1.0561.77±7.5625.39±4.173413.060 9乙基己酸酯C8H16O2938123-66-017.12±0.55—28.51±1.1754.43±4.843518.353 4异丁酸己酯C10H20O21 1982349-07-74.03±0.83—4.46±0.5413.10±0.823619.784 2顺-3-己烯醇2-甲基丁酸酯C11H18O21 25253398-85-9229.10±6.23203.19±1.02162.32±3.34190.68±6.043723.391 1γ-丁内酯C4H6O21 46896-48-023.67±2.3015.95±0.5919.73±1.00—3824.350 6顺-3-己烯酸丁酯C10H18O21 47316491-42-2———26.19±6.983926.855 9水杨酸甲酯C8H8O31 480119-36-820.24±0.8918.44±0.7934.36±0.6876.24±6.594029.005 7己酸己酯C12H24O21 5546378-65-0105.78±2.3297.22±2.5674.87±10.60142.38±7.124130.178 5棕榈酸甲酯C17H34O21 572112-39-05.29±0.234.60±0.249.24±0.907.26±0.424236.201 94-羟基-3,5-二甲氧基苯甲酸乙酯C11H14O51 5773943-80-43.61±0.363.55±0.233.80±0.56—4337.423 5溴烯酚内酯C16H13Br21 57988070-98-82.55±0.333.04±0.102.57±0.23—4444.836 95棕榈酸乙酯C18H36O21 583628-97-75.57±0.325.91±0.515.03±0.48—452.580 3丙酮C3H6O83967-64-1—28.23±1.2735.67±1.57—463.441 9苯乙酮C8H8O85696-86-241.75±1.05—20.75±1.4160.54±3.40474.934 52,3-丁二酮C4H6O2873431-03-81.43±0.070.34±0.021.91±0.424.51±0.59486.098 185香豆素C9H6O288491-64-553.07±5.10—35.27±2.00210.28±5.404912.157 1香叶基丙酮C13H22O9323796-70-149.56±0.30———5014.389 13-羟基-2-丁酮C4H8O2945513-86-04.26±0.236.74±0.363.86±0.29—5114.551 52-辛酮C8H16O948111-13-69.85±0.3010.87±0.579.50±0.25—5214.773 6羟基丙酮C3H6O2950116-09-610.42±0.1918.81±0.7834.88±3.39—5316.059 3甲基庚烯酮C8H14O997110-93-0——37.84±1.9444.17±4.175430.440 7β-紫罗兰酮C13H20O1 77679-77-6———25.93±1.88555.689 61癸烷C10H22879124-18-510.31±0.6742.64 ±2.8724.34±2.91—566.957 795苯乙烯C8H8889100-42-510.68±1.0422.58±1.39—115.20±10.45577.408 712-甲基癸烷C11H248956975-98-0—19.97±0.659.85±1.14—588.656 96十一烷C11H249031120-21-49.96±0.7445.34±3.2921.26±2.36—5910.824 7月桂烯C10H16921123-35-382.34±4.72——13.27±2.196013.431 6十二烷C12H26940112-40-36.58±0.34——20.93±0.966113.632十七烷C17H36941629-78-7131.39±3.46———6214.245 054,6-二甲基十二烷C14H3094461141-72-8—18.74±1.3014.42±1.0131.89±1.396318.056 1十四烷C14H301 175629-59-472.83±6.6039.46±4.7663.81±5.76—6420.574 82,6,10-三甲基十五烷C18H381 2693891-98-3——30.56±0.58—6520.661 3十五烷C15H321 273629-62-969.06±12.8721.47±7.7224.53±4.47—662.784 522,3-二氢呋喃C4H6O8421191-99-74.63±0.052.66±0.076.68±0.445.83±3.08673.148 32乙基乙烯醚C4H8O845109-92-213.09±2.53———684.383 652-乙基呋喃C6H8O8693208-16-04.91±0.532.14±0.1716.32±1.9719.02±2.69699.631 932-甲氧基呋喃C5H6O290725414-22-6—95.33±5.02——7012.932-正戊基呋喃C9H14O9373777-69-322.37±0.98—50.31±4.0313.42±1.877122.258 35二甲基亚砜C2H6OS1 40867-68-526.97±1.5716.78±0.3212.49±0.2812.87±0.717229.108 1N-乙基琥珀酰亚胺C6H9NO21 5672314-78-55.43±0.075.92±0.0010.23±0.65—
注：物质的差异显著性以小写字母表示(P<0.05);—表示未检出;MS表示通过MS检测器结合NIST 2017质谱库检索鉴定;RI表示通过实际测得保留指数与文献保留指数对比鉴定。
表2 不同干燥方式红茶特征香气成分OAV及风味特征描述
Table 2 OAV and flavor description of characteristic markers of aroma components in black tea dried by different drying methods
序号化合物阈值/(μg/kg)OAVHADVDSDVFD香气描述12-乙基丁酸10 000<1<1<1<1青气2顺-芳樟醇氧化物(呋喃型)621.3741.8314.00—木香、花香3香豆素250<1—<1<1甜香4十七烷NFNF———51-戊烯-3-醇0.4205.85—328.03255.85花果香、青草气6己酸150<1<1<1—7苯乙烯6.51.643.47—17.72甜香、花香82-甲氧基呋喃30——3.18—甜香9香叶醇7.520.7020.569.854.49玫瑰花香、甜果香10橙花醇22—4.283.712.48柠檬香11戊醛1.237.032.8477.2837.86果香、青草气
续表2
序号化合物阈值/(μg/kg)OAVHADVDSDVFD香气描述12月桂烯1.268.62——11.05花香、果香13芳樟醇630.0916.8917.5916.63甜花香143,3-二甲基-2-丁醇100——<1—青气15苯甲醇335.5632.5821.8147.46花香16α-松油醇300<1<1<1<1花香17十四烷NFNFNFNF—18顺-2-戊烯-1-醇72 000<1<1<1<1青草气19顺-3-己烯醇2-甲基丁酸酯1062.161.921.531.80花香20己酸己酯6 400<1<1<1<1果香、青草香21柠檬醛431.5418.9415.2522.80柠檬香222-正戊基呋喃4.84.66—10.532.80青气23己醛4.57.46—11.925.88青草香、苹果香24反-橙花叔醇253.301.86<11.02木香、果香25反-2-己烯醛3 000<1—<1<1果香、蔬菜香26香叶基丙酮60<1———青气27顺-3-己烯醇50<1———青草气28十五烷NFNFNFNF—29茉莉内酯300<1<1<1<1果香30苯乙酮65<1—<1<1芳香、薄荷味
注：表中阈值均为化合物在水中的感官阈值;—表示样品中未检出;NF表示未在相关文献查阅到相关信息,未计算。
由图1-a和图1-b可知,不同干燥方式处理的红茶中所含挥发性成分的种类和数量均含有较大差异,其中HAD 59种、VD 50种、SD 60种、VFD 44种,共有香气有25种,占比45.59%～59.94%,HAD组样品挥发性香气成分含量最高且显著高于其他3组,达3 066.61 ng/g,其次为VD组(2 519.61 ng/g)、VFD组(2 326.78 ng/g)和SD组(2 275.60 ng/g),挥发性香气成分含量与干燥方式息息相关,高温更容易促进香气物质的形成与挥发,这与王婷婷等[23]的研究结果一致。各类物质总含量有差异,样品茶中含量最高的香气组分是醇类,其次是酯类、醛类,与杨霁虹等[19]、罗学平等[20]、石渝凤等[24]对红茶香气成分测定结果一致,但彭靖茹等[25]测定的广西杏仁香红茶中含量最高的是醛类,其次是醇类和酯类。醇类物质共鉴定出19种,占各组挥发性物质成分的35.57%(HAD)、39.32%(VD)、40.44%(SD)、35.93%(VFD),主要共有醇类物质有芳樟醇、香叶醇、苯甲醇、2-苯乙醇、2-乙基己烷-1-醇、壬烷醇、反-3-己烯-1-醇、2-丁氧基乙醇、1-己醇、顺-2-戊烯-1-醇、丁醇等。醇类物质已被证实通常具有花果香气特征[26-27],在红茶发酵过程中,内源性糖苷酶将芳香糖苷水解成醇[28],香叶醇、芳樟醇及其氧化物是红茶的重要香气成分,芳樟醇表现出兰花香、果香,芳樟醇氧化物表现为木香、花香[24]、香叶醇表现为花香、甜香[8]、苯甲醇有芳香味、苯乙醇表现为玫瑰花香。含有较高的香叶醇、芳樟醇及其氧化物,对红茶的花果香、甜香贡献较大,从试验结果来看,两者在红茶中的含量和含量占比不同,具体表现为HAD组红茶中芳樟醇含量最高,为(180.55±4.07) ng/g,芳樟醇氧化物的含量为(128.23±29.23) ng/g,分别占醇类香气成分的16.55%和11.76%,VD组的芳樟醇氧化物含量最高,达(250.96±4.11) ng/g。HAD、VD、SD组样品中,香叶醇、芳樟醇及其氧化物含量加和为(133.42±9.41)～(506.52±7.09) ng/g,远高于VFD组,相较于其他3组,VFD不利于红茶香气的保留。碳氢化合物,烷烃类香气较微弱或几乎没有香气,对香气的贡献率很小,在茶叶香气成分分析时,可将其省略。酯类化合物主要来源于氨基酸和脂肪酸的代谢[29],通常呈现果香、酮类化合物一般带有甜香和花果香。
a-香气成分的种类与含量;b-香气成分的种类与数量;c-香气成分的Venn图;d-不同干燥方式下红茶特征差异香气成分
图1 不同干燥方式红茶样品中香气成分分布及含量
Fig.1 Distribution and contents of aroma components in black tea dried by different drying methods
由图1-c可以看出,4个干燥方式共有香气成分25种,HAD组和VD组、SD组、VFD组分别共有44种、50种、38种,VD组与SD组、VFD组分别共有46种和29种,SD组和VFD组共有38种。共有9个差异香气物质被检出,其中4个香气物质仅在HAD组检出,3个香气物质仅在SD组样品中检出,2个香气物质仅在VFD组检出,1个香气物质仅在VD组检出,具体见图1-d。
HAD是以高温低湿热的空气为加热介质的干燥方法,具有高效率、低成本、操作简单、方便快捷等优点,广泛应用于大宗农副产品的脱水干制。采用HAD干制的红茶样品中含量最高的是醇类(1 090.73 ng/g),其次是酯类(502.06 ng/g)、醛类(459.18 ng/g)、酸类(373.76 ng/g)。醇类化合物主要以糖苷类水解[30]、氨基酸和脂肪酸代谢产生[31-32]。而酸类物质含量较高的原因可能加热干燥初期,发酵并未停止,部分酸类物质在加热条件下继续生成,如己酸、异丁酸、戊酸,在HAD、VD组样品中均被检出,VFD组样品中未检出,SD组含有少量己酸、异丁酸。茶树鲜叶中含有的十四碳烯酸(C14∶1)、棕榈油酸(C16∶1)、油酸(C18∶1)、亚油酸(C18∶2)、亚麻酸(C18∶3)等多种不饱和脂肪酸,含量占脂肪酸总量高达90%左右[33]。这些脂肪酸在红茶加工过程中,一部分仍以脂肪酸的形式存在于茶叶中,一部分经降解转化为挥发性香气物质。
VD是通过将物料放在密闭的干燥室内,利用真空系统不断抽出气体形成负压环境,同时对物料进行加热,实现物料干制的目的。在负压环境下水分沸点会相应的降低,在和HAD同等加热温度条件下,显著提高水分迁移速率,从而提高干燥效率,缺点是真空干燥的动力消耗和设备投资高。VD组含量最高的是醇类(990.76 ng/g)、其次是酸类(410.15 ng/g)、酯类(432.06 ng/g)和醛类(208.63 ng/g),相较于HAD组,酯类物质的占比更高,达17.15%。
相较于HAD和VD组,VFD组无升温加热过程,一定程度上阻碍了美拉德反应、类胡萝卜素热降解、焦糖化反应等非酶促氧化反应发生,共分离鉴定出挥发性成分含量为2 326.78 ng/g,显著低于HAD和VD组(P<0.05),与SD组无显著性差异。干燥期间,茶叶中的氨基酸、肽、蛋白质等化合物与醛、酮、还原糖的羰基发生缩合、环化反应,生成不稳定的中间产物N-糖基胺,在Amadori重排下,生成1-氨基-1-脱氧-2-酮糖,在高温、高pH下,裂解生成二羰基化合物,可与氨基酸发生Strecker降解,生成α-酮和Strecker醛,是茶叶重要挥发性香气成分的来源[34]。
SD为露天晾晒,环境温度32～35 ℃左右,地表温度40～50 ℃,低于HAD、VD组但又高于VFD组干燥温度。在SD组,含量最高的是顺-3-己烯醇2-甲基丁酸酯(162.32 ng/g),主要是由有机酸和醇类酯化反应生成,表现出果香和花香。其中含量较高的己酸己酯,是4种干燥方式共有香气成分,并在其他3组均表现出较高含量。
2.2 不同干燥方式红茶香气成分差异性分析OPLS-DA及VIP分析
OPLS-DA是一种具有监督判别模式的统计方法,可通过预设分类,尽可能地除去控制变量对数据造成的影响,同时可以量化特征风味物质造成样品之间的差异程度,减少结果误差[19]。通过R2和Q2对模型的可靠性和预测能力进行评估,R2和Q2均大于0.5表示模型拟合度可接受,越接近1表示拟合程度越好,预测能力越强。以检测的72种香气组分作为因变量,不同干燥方式为自变量,通过OPLS-DA可以实现4种干燥方式的红茶样品有效区分。本次分析中的自变量拟合指数
为
为0.999,Q2为0.997,R2和Q2均超过0.5表示模型拟合结果良好。
经过200次置换检验,如图2-c所示,Q2回归线与纵轴的相交点小于0,说明不存在过度拟合,模型验证有效,认为该结果可用于反映不同干燥方式红茶的风味特征。
a-HCA图;b-OPLS-DA模型;c-交叉验证
图2 不同干燥方式红茶香气物质的多元统计分析
Fig.2 Multivariate statistical analysis of aroma components in black tea dried by different drying methods
图3 不同干燥方式红茶特征香气成分聚类热图
Fig.3 Cluster heatmaps of differential characteristic markers of aroma components in black tea dried by different drying methods
变量投影重要度(variable importance for the projection, VIP)可反应OPLS-DA模型中香气成分对整体风味的贡献程度,VIP≥1认为对整体风味有重要贡献[35],根据此标准筛选差异特征标记物,仅对VIP≥1的香气成分进行分析。为了进一步分析各个香气成分对红茶整体风味的贡献率,根据VIP值>1的标准,筛选出30种差异香气物质,其中醇类11种、醛类4种、酸类2种、酯类3种、酮类3种、碳氢化合物5种、其他2种。
2.3 差异香气成分的OAV分析
单一香气化合物成分对整体风味的贡献主要取决于其含量和阈值,可通过计算OAV进行表征,评价单个香气对茶叶整体香气的贡献度,通常赋予茶叶香气特征的是具有较高OAV的香气成分。为进一步确定红茶的关键香气成分,基于GC-MS结果,根据VIP>1的标准,筛选出30种差异香气物质,其中HAD、VD、SD、VFD组样品分别筛选出27、18、25和21种。采用OAV评价各个香气组分对样品整体风味的贡献程度,一般认为1≤OAV≤10,该香气成分对整体香气贡献较大;OAV>10,该香气成分对茶叶整体香气贡献极大,且被确定为重要香气成分;0.1≤OAV<1,该物质对整体风味有修饰作用[11]。
顺-芳樟醇氧化物(呋喃型)、1-戊烯-3-醇、香叶醇、戊醛、芳樟醇、苯甲醇、柠檬醛的OAV>10,认为这些香气物质可能是红茶的关键香气成分,主要呈现花香、果香、甜香和甜花香,共同组成红茶的香气基调,其中1-戊烯-3-醇(花果香、青草气)的OAV>100,表明它是关键香气成分之一,在HAD、SD、VFD组均有较高表现。金萱为乌龙茶品种,经过做青、发酵等工艺,茶样会保留少量青气,同时也呈现独特花果香。香叶醇、芳樟醇、苯甲醇、戊醛、柠檬醛、顺-3-己烯醇2-甲基丁酸酯为共有修饰性风味产物。戊醛(果香)在SD组中OAV表现水平显著高于其他3组,可能原因是日晒干燥整体干燥温度较低,青草气挥发程度较轻。HAD组中芳樟醇的OAV接近VD、SD、VFD组的2倍;HAD组中月桂烯OAV超过VFD组的6倍,在其他2组均未检出;苯乙烯、柠檬醛、苯甲醛、反-橙花叔醇等OAV也较其他3组表现出较高水平,推测出升温加热促进了风味物质的积累,表明加热干燥的处理方法对干制茶叶风味的形成有重要影响。
3 结论与讨论
本研究采用HS-SPME-GC-MS技术,对HAD、VD、SD、VFD 4种干燥方式制备花果香型红茶的香气成分进行比较分析,结果表明不同干燥方式花果香型红茶香气成分在种类和含量上差异显著,具有明显的加工差异特征。共检测出72种挥发性物质,其中HAD 59种、VD 50种、SD 60种、VFD 44种,共有香气成分有25种,占比48.29%～59.94%,HAD组样品挥发性成分含量最高且显著高于其他3组,达3 066.61 ng/g,其次为VD组(2 519.61 ng/g)、VFD组(2 326.78 ng/g)和SD组(2 275.60 ng/g)。不同干燥方式红茶样品可通过OPLS-DA实现有效区分,在OPLS-DA结果的基础上通过VIP值从GC-MS中筛选出30种差异香气物质,基于GC-MS分析结果的VIP值结合OAV进一步分析表明,顺-芳樟醇氧化物(呋喃型)、1-戊烯-3-醇、香叶醇、戊醛、芳樟醇、苯甲醇、柠檬醛的OAV>10,认为这些香气物质可能是红茶的关键香气成分,主要呈现花香、果香、甜香和甜花香,共同组成红茶的香气基调,其中1-戊烯-3-醇(花果香、青草气)的OAV>100,在HAD、SD和VFD组均有较高表现,认为是红茶的关键香气成分之一,对风味的形成至关重要。
本研究分析了HAD、VD、SD、VFD 4种干燥方式下花果香型红茶香气特征,认为干燥工艺对红茶品质影响显著,SD可促进风味物质种类数量丰富程度的积累,HAD能较大程度上产生和累积更多风味物质。挥发性香气成分的组成与含量形成了茶叶的香气特征,并受茶树品种、原料嫩度和加工工艺的影响。挥发性香气成分含量与干燥方式息息相关,高温条件下更容易促进香气物质的形成与挥发,在干燥过程中,生物酶活性在高温下失活,香气物质主要通过糖苷类水解、氨基酸降解、美拉德反应、脂肪酸降解、类胡萝卜素的热降解、焦糖化反应等非酶促氧化反应生成,高温作用下,低沸点的香气成分挥发散失,使得发酵过程中产生的挥发性化合物含量逐渐减少,干燥方式和干燥温度会显著的影响茶叶的香气成分种类及含量,香气化合物在红茶加工过程中总体呈现先减少后增加的趋势,但香气的种类变得比鲜叶更加丰富。本研究结果可为花果香型红茶干燥工艺的选择提供理论依据,而关于这些关键香气成分的合成及调控机制还有待深入研究。
[1] 王金源, 张佳慧, 庄莉萍, 等.HS-SPME-GC-TOF-MS结合ROAV分析花果香型红茶特征香气成分[J].天然产物研究与开发, 2023, 35(12):2015-2026.WANG J Y, ZHANG J H, ZHUANG L P, et al.Analysis of characteristic aroma compounds of black tea with flowery-fruity flavour by HS-SPME-GC-TOF-MS combined with ROAV[J].Natural Product Research and Development, 2023, 35(12):2015-2026.
[2] 刘亚芹, 王辉, 朱林, 等.茶树品种对祁门红茶挥发性代谢谱及关键呈香物质的影响[J].食品科学, 2024, 1-15.LIU Y Q, WANG H, ZHU L, et al.The influence of tea varieties on the volatile metabolic profiling and key odorants of Keemun black tea[J].Food Science, 2024, 1-15.
[3] KANG S, YAN H, ZHU Y, et al.Identification and quantification of key odorants in the world’s four most famous black teas[J].Food Research International, 2019, 121:73-83.
[4] 曾亮, 王杰, 柳岩, 等.小种红茶与工夫红茶品质特性的比较分析[J].食品科学, 2016, 37(20):51-56.ZENG L, WANG J, LIU Y, et al.Comparative analysis of quality characteristics of souchong and congou[J].Food Science, 2016, 37(20):51-56.
[5] 李俊, 祝愿, 方舒婷, 等.基于固相微萃取气质联用对贵州红茶香气成分特征的研究[J].食品工业科技, 2021, 42(13):304-316.LI J, ZHU Y, FANG S T, et al.Study on aroma composition characteristics of Guizhou black tea by solid phase microextraction-gas ChromatographyMass spectrometry[J].Science and Technology of Food Industry, 2021, 42(13):304-316.
[6] 夏益民, 王近近, 袁海波.后发酵工艺对夏秋红茶品质形成的影响[J].食品与发酵工业, 2021, 47(13):180-189.XIA Y M, WANG J J, YUAN H B.Effect of post-fermentation process on the quality of summer-autumn black tea[J].Food and Fermentation Industries, 2021, 47(13):180-189.
[7] 张娅楠, 欧伊伶, 覃丽, 等.红茶中香气物质的形成及工艺对其影响的研究进展[J].食品工业科技, 2019, 40(11):351-357.ZHANG Y N, OU Y L, QIN L, et al.Research progress on the formation of aroma substances and its influence of processes in black tea[J].Science and Technology of Food Industry, 2019, 40(11):351-357.
[8] 牛云蔚, 马一玮, 肖作兵, 等.红茶特征香气成分的鉴定及感知交互作用[J].食品科学, 2023, 44(6):292-300.NIU Y W, MA Y W, XIAO Z B, et al.Identification and perceptual interaction of characteristic aroma compounds in black tea[J].Food Science, 2023, 44(6):292-300.
[9] 艾安涛, 陈曦, 李燕丽, 等.不同品种“遵义红” 红茶香气成分分析[J].食品与生物技术学报, 2023, 42(4):103-111.AI A T, CHEN X, LI Y L, et al.Analysis of aroma components in different varieties of “Zunyi red” black tea[J].Journal of Food Science and Biotechnology, 2023, 42(4):103-111.
[10] YIN X, HUANG J A, HUANG J, et al.Identification of volatile and odor-active compounds in Hunan black tea by SPME/GC-MS and multivariate analysis[J].Lwt, 2022, 164:113656.
[11] 邵淑贤, 徐梦婷, 林燕萍, 等.基于电子鼻与HS-SPME-GC-MS技术对不同产地黄观音乌龙茶香气差异分析[J].食品科学, 2023, 44(4):232-239.SHAO S X, XU M T, LIN Y P, et al.Differential analysis of aroma components of Huangguanyin oolong tea from different geographical origins using electronic nose and headspace solid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry[J].Food Science, 2023, 44(4):232-239.
[12] 阳景阳, 陈远权, 梁贤智, 等.HS-SPME-GC-MS结合OAV对乌龙茶树品种制花香型红茶的香气评价[J].食品工业科技, 2025, 46(6):315-324.YANG J Y, CHEN Y Q, LIANG X Z, et al.HS-SPME-GC-MS coupled with OAV to evaluate the aroma of flowery black tea made from oolong tea varieties[J].Science and Technology of Food Industry, 2025, 46(6):315-324.
[13] 汤海昆, 杨方慧, 张艳梅, 等.基于HS-SPME-GC-MS分析不同茶树品种晒红茶的香气成分[J].食品工业科技, 2023, 44(7):260-268.TANG H K, YANG F H, ZHANG Y M, et al.Analysis of the aroma composition of sun-dried black tea samples processed by different varieties based on HS-SPME-GC-MS[J].Science and Technology of Food Industry, 2023, 44(7):260-268.
[14] WU Q Y, ZHOU Z W, ZHANG Y N, et al.Identification of key components responsible for the aromatic quality of Jinmudan black tea by means of molecular sensory science[J].Foods, 2023, 12(9):1794.
[15] YUE C N, YANG P X, QIN D D, et al.Identification of volatile components and analysis of aroma characteristics of Jiangxi Congou black tea[J].International Journal of Food Properties, 2020, 23(1):2160-2173.
[16] 江新凤, 李琛, 曹挥华, 等.基于顶空固相微萃取-气相色谱-质谱法分析不同嫩度河红茶香气的差异[J].食品安全质量检测学报, 2022, 13(22):7305-7313.JIANG X F, LI C, CAO H H, et al.Analysis of characteristic aroma components of different tenderness of Hekou black tea based on headspace solid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry[J].Journal of Food Safety &Quality, 2022, 13(22):7305-7313.
[17] QIU Z H, LIAO J M, CHEN J H, et al.The cultivar effect on the taste and aroma substances of Hakka stir-fried green tea from Guangdong[J].Foods, 2023, 12(10):2067.
[18] 金友兰, 黄甜, 蒋容港, 等.不同类型发花砖茶特征香气成分研究[J].食品与发酵工业, 2021, 47(3):188-196.JIN Y L, HUANG T, JIANG R G, et al.Characteristic volatile components of different types of fermented brick tea[J].Food and Fermentation Industries, 2021, 47(3):188-196.
[19] 杨霁虹, 周汉琛, 刘亚芹, 等.基于HS-SPME-GC-MS和OAV分析黄山地区不同茶树品种红茶香气的差异[J].食品科学, 2022, 43(16):235-241.YANG J H, ZHOU H C, LIU Y Q, et al.Differences in aroma components of black tea processed from different tea cultivars in Huangshan by using headspace-solid phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry and odor activity value[J].Food Science, 2022, 43(16):235-241.
[20] 罗学平, 李丽霞, 练学燕, 等.响应面法优化顶空固相微萃取条件结合气相色谱-质谱法测定四川红茶挥发性成分[J].食品安全质量检测学报, 2021, 12(16):6472-6479.LUO X P, LI L X, LIAN X Y, et al.Determination of volatile components in Sichuan black tea by response surface optimized headspace solid phase microextraction combined with gas chromatography-mass spectrometry[J].Journal of Food Safety &Quality, 2021, 12(16):6472-6479.
[21] 阳景阳, 李子平, 陆金梅, 等.不同干燥方式的桂热2号红茶香气成分分析及判别[J].食品工业科技, 2020, 41(16):67-73;87.YANG J Y, LI Z P, LU J M, et al.Analysis and discrimination of aroma compounds of Guire 2 black tea treated with different drying methods[J].Science and Technology of Food Industry, 2020, 41(16):67-73;87.
[22] 阳景阳, 罗莲凤, 骆妍妃, 等.桂热2号红茶冷冻干燥关键技术研究及品质评价[J].食品与发酵工业, 2021, 47(20):97-104.YANG J Y, LUO L F, LUO Y F, et al.Research on freeze-drying key technology and quality evaluation of Guire2 black tea[J].Food and Fermentation Industries, 2021, 47(20):97-104.
[23] 王婷婷, 罗学平, 李丽霞, 等.不同干燥工艺对红茶滋味和香气的影响[J].食品研究与开发, 2022, 43(22):121-128.WANG T T, LUO X P, LI L X, et al.Effect of different drying technology on flavor and aroma of black tea[J].Food Research and Development, 2022, 43(22):121-128.
[24] 石渝凤, 邸太妹, 杨绍兰, 等.花香型红茶加工过程中香气成分变化分析[J].食品科学, 2018, 39(8):167-175.SHI Y F, DI T M, YANG S L, et al.Changes in aroma components in the processing of flowery black tea[J].Food Science, 2018, 39(8):167-175.
[25] 彭靖茹, 温立香, 张芬, 等.广西杏仁香茶树种质资源试制不同茶类品质分析[J].食品科学, 2023, 44(14):291-297.PENG J R, WEN L X, ZHANG F, et al.Quality analysis of different kinds of trial-processed tea from tea germplasm with almond-like aroma in Guangxi[J].Food Science, 2023, 44(14):291-297.
[26] YUN J, CUI C J, ZHANG S H, et al.Use of headspace GC/MS combined with chemometric analysis to identify the geographic origins of black tea[J].Food Chemistry, 2021, 360:130033.
[27] 尹峰, 罗建群, 吴曼曼, 等.基于SPME-GC×GC-TOFMS技术的丹参红茶和丹参绿茶香气成分分析[J].浙江理工大学学报(自然科学), 2023, 48(5):638-644.YIN F, LUO J Q, WU M M, et al.Analysis of the aroma components in Salvia miltiorrhiza Bge.black tea and S.miltiorrhiza Bge.green tea based on SPME-GC×GC-TOFMS[J].Journal of Zhejiang Sci-Tech University (Natural Sciences), 2023, 48(5):638-644.
[28] MA C H, QU Y Q, ZHANG Y X, et al.Determination of nerolidol in teas using headspace solid phase microextraction-gas chromatography[J].Food Chemistry, 2014, 152:285-290.
[29] SHI J, XIE D C, QI D D, et al.Methyl jasmonate-induced changes of flavor profiles during the processing of green, oolong, and black tea[J].Frontiers in Plant Science, 2019, 10:781.
[30] LI P L, ZHU Y, LU M L, et al.Variation patterns in the content of glycosides during green tea manufacturing by a modification-specific metabolomics approach:Enzymatic reaction promoting an increase in the glycosidically bound volatiles at the pan firing stage[J].Food Chemistry, 2019, 279:80-87.
[31] ZHOU Z W, WU Q Y, YAO Z L, et al.Dynamics of ADH and related genes responsible for the transformation of C6-aldehydes to C6-alcohols during the postharvest process of oolong tea[J].Food Science &Nutrition, 2020, 8(1):104-113.
[32] 郭丽, 彭群华, 赵锋, 等.不同等级新九曲红梅茶的风味化学特征[J].食品科学, 2021, 42(4):215-220.GUO L, PENG Q H, ZHAO F, et al.Flavor chemistry characteristics of new jiuqu Hongmei tea of different grade levels[J].Food Science, 2021, 42(4):215-220.
[33] 廖书娟, 童华荣.不同茶树品种脂肪酸和糖苷类香气前体分析[J].西南大学学报(自然科学版), 2008, 30(8):62-66.LIAO S J, TONG H R.Studies on the fatty acid and glycoside aroma precursors of different tea varieties[J].Journal of Southwest University (Natural Science Edition), 2008, 30(8):62-66.
[34] YAYLAYAN V A.Recent advances in the chemistry of Strecker degradation and Amadori rearrangement:Implications to aroma and color formation[Review[J].Food Science and Technology Research, 2003, 9(1):1-6.
[35] 戴宇樵, 罗学尹, 刘亚兵, 等.灵芝菌固态发酵夏秋梅占红茶风味特征分析[J].食品安全质量检测学报, 2024, 15(1):10-19.DAI Y Q, LUO X Y, LIU Y B, et al.Analysis of flavor characteristics of summer-autumn Meizhan black tea produced by solid state fermentation of Ganoderma lucidum[J].Journal of Food Safety &Quality, 2024, 15(1):10-19.