苦荞属一年生双子叶蓼科植物,相对于小麦、水稻,苦荞被称为小宗杂粮[1]。我国是苦荞的发源地,栽培历史悠久,分布地域辽阔,品种资源丰富[2]。苦荞茶作为一种特色饮品,富含黄酮类化合物、荞麦碱[3]、膳食纤维、多酚、植物甾醇、维生素、类胡萝卜素和矿物质等[4-6]多种具有抗氧化、降血糖、降胆固醇及潜在抗癌等生物活性的物质[7-9]。近年来,由于苦荞及其制品潜在的健康益处,其在国内外市场愈发受到消费者青睐[10]。
苦荞茶是以苦荞为原料炒制的米茶,其香气成分不仅是决定产品品质与消费者接受度的关键因素,更蕴含着丰富的化学和感官信息。茶叶香气是茶叶品质的核心要素,而茶汤香气则是消费者品茶时最直观的体验。好茶用好水,水是茶的重要组成部分,水质对茶汤品质影响较大[11]。张婷等[12]对不同水质冲泡对苦荞茶茶汤品质和抗氧化活性的影响进行分析,结果显示用矿泉水冲泡苦荞茶茶汤的品质较好,抗氧化能力较强,对茶汤香气成分未做分析。蒲籽孝等[13]选用2种市销矿质水、纯净水、自来水作为研究对象,通过感官品评和理化成分含量分析研究不同水质对安康紫阳红茶茶汤品质的影响,结果表明,瓶装矿物质水适合作为紫阳红茶泡茶用水。曹学娇[14]以金观音和惠明茶为研究对象,选用纯净水、天然水等6种水质,结果表明,茶汤中的理化指标与水样各指标呈显著相关性,茶汤中的香气成分受水样和茶汤中的钙离子、镁离子、pH值、电导率影响,茶汤汤色受镁离子影响,茶汤苦味与钾离子相关。XU等[15]的研究表明,桓台苦荞茶(huantai tartary buckwheat tea,TBH)的香气成分组成较苦荞玫瑰花茶(tartary buckwheat rose tea,TBR)和苦荞茉莉花茶(tartary buckwheat jasmine tea,TBJ)更为丰富。实验结果显示,经过2次热水浸泡后,3种苦荞茶的抗氧化活性均呈现下降趋势,其中TBR和TBJ茶汤的抗氧化活性表现出更好的稳定性。GUO等[16]通过对比分析苦荞全谷物茶与苦荞全植物茶的营养组分和香气特征,发现二者在营养成分组成上存在显著差异。研究共检测出14种共有香气成分,但在抗氧化活性、α-葡萄糖苷酶抑制能力及总黄酮含量等关键指标上表现出明显不同,这些差异可能源于原料来源和加工工艺的特异性。周一鸣等[17]比较了甘肃、贵州、四川、云南、山西5个不同苦荞品种中主要挥发性物质的差异,结果表明,5个产地25个苦荞样品中共检测出63种挥发性物质,八类化合物,其中,醇类和醛类为苦荞中的主要挥发性物质。许青莲等[18]对比了云南、贵州、四川、山西和内蒙古5个产地的黑苦荞茶香气成分,发现不同产地的苦荞茶在香型及香气组成上存在显著差异。其中,贵州苦荞茶以醛类、碳氢化合物和含氮化合物为主,种类和相对含量均高于其他产地;而云南、四川、山西和内蒙古的苦荞茶则表现出更高的酯类和醛类成分含量。目前苦荞茶的香气、品质对不同产地、加工工艺、不同水质等方面比较研究得较多,而关于同一苦荞茶不同水质苦荞茶茶汤香气差异分析比较研究较少。
本实验基于顶空固相微萃取-气相色谱-质谱(headspace solid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry,HS-SPME-GC-MS)技术开展不同水质对苦荞茶茶汤香气差异的研究,不仅能够深入揭示水质对苦荞茶香气品质的影响机制,为优化苦荞茶冲泡方法提供理论依据,提升苦荞茶品鉴体验,还能为苦荞茶加工工艺的改进、产品质量的提升提供新的思路和方法,助力苦荞茶产业的健康和可持续发展。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
1.1.1 苦荞
供试样品为2024年9月上旬加工的苦荞,将苦荞依次经过清洗、烘烤、脱壳、粉碎的加工流程制备样品,每个样品设置3个生物学重复。
苦荞:筛选粒饱满无杂质无虫害的苦荞籽粒为原料。清洗:在pH值中性或偏碱性水温20 ℃下,浸泡6 h。烘烤:汽蒸时间15 min,在焙烤温度137 ℃下焙烤54 min。脱壳:脱壳机脱壳,风选使苦荞米与外壳分离。粉碎:粉碎机制成20～40目的颗粒。水质为:自来水、卓玛泉水、农夫山泉水、娃哈哈纯净水。
1.1.2 试剂
硝酸高纯试剂,天津风船化学试剂科技有限公司;磷酸二氢钾缓冲溶液,硼酸-氯化钾-氢氧化钠缓冲溶液,天津大茂化学试剂公司;邻苯二甲酸氢钾、磷酸二氢钾、氯化钾,天津市河东区红岩试剂厂;磷酸氢二钠,成都市科隆化学品有限公司;硒标准溶液1 000 μg/mL,铁标准溶液1 000 μg/mL,锌标准溶液1 000 μg/mL,铜标准溶液1 000 μg/mL,锰标准溶液1 000 μg/mL,钾标准溶液10.0 mg/mL,钙标准溶液10.0 mg/mL,镁标准溶液10.0 mg/mL,国家有色金属及电子材料分析测试中心;乙酸钾,天津市百世化工有限公司;六水合氯化铝,天津市科密欧化学试剂有限公司;芦丁标准品,上海安谱世标准技术服务有限公司。
1.2 仪器与设备
Thermo Trace 1300气相色谱-ISQ7000质谱联用仪,7800ICP-MS DB-wax色谱柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm),美国安捷伦公司。BSA224S-CW电子分析天平,赛多利斯公司;ARS6 CLASSIC微波消解器,安培有限公司;EHD-24石墨赶酸仪,北京东航科仪仪器有限公司;TYSP-500A高速多功能摇摆粉碎机,浙江省永康市红太阳机电有限公司;pHS-320酸度计,成都世纪方舟科技有限公司;YST309P-EC880电导率仪,大连依斯特科技有限公司;HH-2精密恒温水浴锅,上海助蓝科技。XGQ-2000电热鼓风干燥箱,上海尚义仪器设备有限公司;101-2A型恒温干燥器,上海捷呈实验仪器有限公式;UV4800紫外分光光度计,尤尼柯上海仪器有限公司。
1.3 实验方法
1.3.1 感官评审
感官评审参考GB/T 23776—2018《茶叶感官审评方法》和感官评价员的评价,称取5 g苦荞茶,加入100 mL、80 ℃沸水,冲泡10 min后获得茶汤。然后,由7名专业人员对4种苦荞茶茶汤滋味(醇厚、回甘、微苦、麦香和清爽)和香气(持久度、焦香、清香、甜香和浓度)进行感官测试。香气属性定量描述分析(quantitative descriptive analysis,QDA)[19]使用0～5分的等级对茶样品进行评级。强度0表示不存在,1表示可识别,2表示弱,3表示中等,4表示强,5表示极强。
1.3.2 水及茶汤的理化性质检测
a)水质pH值和电导率的测定:参照GB/T 5750.4—2023《生活饮用水标准检验方法 第4部分:感官性状和物理指标》玻璃电极法进行测定。
b)矿质元素测定:参照GB 5009.268—2025《食品安全国家标准 食品中多元素的测定》第一法电感耦合等离子体质谱(inductively coupled plasma mass spectrometry,ICP-MS)测定水样及茶汤中的 Ca、Mg、K、Mn、Fe、Cu、Zn、Se的含量。
c)实验方法参照NY/T 1295—2007《荞麦及其制品中总黄酮含量的测定》测定茶汤及茶渣中的总黄酮含量。
1.3.3 挥发性成分分析
样品前处理:准确称取2 g苦荞茶为1个茶样样品,按V(茶)∶V(水)=1∶20,用40 mL的80 ℃(自来水T1、卓玛泉水T2、农夫山泉水T3、娃哈哈纯净水T4)冲泡10 min,将茶汤倒出,过滤,取适量过滤后样本静置冷却至室温25 ℃,取3 mL样本于顶空瓶中,加入1 g的NaCl和500 ng的2-甲基-3-庚酮,涡旋90 s后上机,并使用配备硅胶顶空隔垫的钳口盖密封顶空瓶。在100 ℃恒温条件下振荡5 min后,进行全自动HS-SPME样本萃取。
HS-SPME条件萃取头(65 μm PDMS/DVB,1 cm,品牌:Supelco,货号:57310-U)在老化装置中,250 ℃温度下老化5 min后, 插入样品顶空瓶中,顶空萃取30 min,并在250 ℃下解析 5 min,进行GC-MS分离鉴定。
GC-MS条件:GC条件:DB-wax毛细管色谱柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm);升温程序:起始温度40 ℃,保持5 min;以 5 ℃/min升至220 ℃;以20 ℃/min升至250 ℃,保持15 min。不分流进样模式下,载气 (氦气)为恒流1.0 mL/min(纯度不小于99.999%);溶剂延迟3.5 min;进样口温度260 ℃。
MS条件:电子电离源;离子源、四极杆和质谱接口,温度分别为230、150、260 ℃;电子能量70 eV,扫描方式为全扫描模式;质量扫描范围m/z 20～550;NIST 2017谱库。
定性、定量分析:比较离子碎片模式、保留时间和m/z值,并通过质谱计算机数据系统检索及Wiley.lib数据库和美国国家标准技术研究所(National Institute of Standards and Technology,NIST)14.lib标准质谱图对比的结果予以分析。
定量方法:采用内标半定量法,计算出未知香气化合物的含量。
1.4 数据处理
试验数据利用SPSS26.0软件完成,基于拜谱生物云平台用于相关性网络图绘制。
2 结果与分析
2.1 感官分析
如图1所示,将4种不同水质茶汤的滋味和香气特征制成雷达图,在滋味方面,T1样品回甘和清爽强度高,醇厚、麦香、微苦强度低。T2样品微苦强度高,醇厚、麦香、清爽强度低。T3样品回甘强度高,清爽、醇厚、麦香、微苦强度低。T4样品醇厚和麦香强度高,微苦、清爽强度低。在香气方面,4种样品香气特征差异不大,均表现出持久度和甜香和焦香,并具有各自的香气特征。其中T1样品浓度的评分显著高于其他3种样品,T2具有较高的持久度,T3有明显的清香,T4具有焦香和甜香。
A-滋味;B-香气
图1 四种苦荞茶汤的滋味和香气特征雷达图
Fig.1 Radar chart of taste and aroma characteristics of four types of buckwheat tea infusion
图2 水样与茶汤中各指标之间的相关系数
Fig.2 Correlation coefficient between water samples and various indicators in tea soup
注:红色和蓝色分别表示正相关或负相关;*,P≤0.05;**,P≤0.01;***,P≤0.001。
2.2 水及茶汤的理化性质检测结果与分析
所选水样的pH值分布在7.7～6.4,苦荞茶浸泡后,茶汤pH值均显著下降,茶汤pH值为7.56～6.33,这与茶汤中溶解的酸性物质如芦丁、氨基酸、有机酸等有关,这些物质游离出H+能够中和水质,使pH值下降[20]。电导率能够反映溶液中离子浓度,浸泡前水样的电导率为0.002～392.67 ms/cm。冲泡后茶汤电导率均明显升高,电导率在205～570.33 ms/cm,说明苦荞茶冲泡过程中内离子浸出较多,其中T1的电导率最高。此外,茶汤测得电导率越高,茶汤内含物浸出越多。T3和T4冲泡的茶汤电导率增加量明显高于T1和T2,研究表明,浸泡茶汤水样的矿物含量越高对茶叶中元素提取率越低,可能发生络合反应抑制有机物的溶出[21]。
由表1可知,不同水样中均有一定量的矿物元素,Fe在不同水样中均未检出,T4中含有少量的 Ca、Mg、K;T1中 Ca、Mg含量较高,T2和T3中含有丰富的Ca、Mg、K和微量的Cu、Zn、Se。不同水样中矿质元素总量从高到低依次是:T1>T2>T3>T4。苦荞茶经冲泡后,矿质元素的含量均增加,尤其是K含量明显增加,表明苦荞茶中含有丰富的K,苦荞茶经冲泡后矿质元素析出。T4中不含Fe、Mn、Se这3种元素,苦荞茶经冲泡后浸出的这些微量元素。Ca、Mg、K、Fe、Cu、Zn、Mn、Se含量均增加,人们通过饮用苦荞茶能够直接从茶汤中获取微量元素,且苦荞茶中的矿质元素多以有机态存在,有利于人体的吸收。
表1 矿物元素含量表 单位:mg/L
Table 1 Table of mineral content
元素符号T1T2T3T4水样茶汤水样茶汤水样茶汤水样茶汤Ca226.85±14.62b306.33±2.52a71.78±0.54d150.67±13.58c44.20±0e 69.63±2.47d0.08±0.005f159.33±5.51c Mg328.60±22.45d406.33±73.45c71.54±0.27e801.33±10.01a47.60±0f602.67±3.79b0.13±0.006h416.67±1.15cK 6.02±0.42c 184.00±28.58a0.416 38±0.41c 194.66±0.58a 2.60±0.18c147.33±4.73b 0.16±0.03c 132.33±1.53b Fe— 0.90±0.009b—0.63±0.06c—1.19±0.015a— 0.31±0.007dCu 0.007±0.006c 0.03±0.000 5a 0.000 7±0.000 6d 0.03±0.000 1a 0.001±0.001d 0.03±0.000 2a0.000 1±0.001d 0.02±0.001b Zn0.010±0.000 4e0.25±0.003c0.002 0±0.000 05f0.32±0.002a0.001±0.000 08f0.30±0.005b0.002 0±0.000 4f0.20±0.008dMn 0.000 7±0.000 04e 0.010±0.000 6c— 0.010±0.0002b— 0.020±0.000 4a—0.009±0.000 4d Se0.000 4±0.000 03d0.004±0.000 6a 0.000 2±0.000 04d0.004±0.000 2ab 0.000 1±0.000 002d0.003±0.000 2b— 0.002±0.000 5c
注：不同小写字母表示组间存在显著差异(P<0.05)(下同),“—”表示未检出。
茶汤pH与水样中Mg、K、Fe、Cu、Zn、Mn呈负相关,而茶汤中pH、电导率、Ca、Mg、K、Fe、Cu、Zn、Mn、Se分别与水样中对应指标呈极显著正相关(P<0.001);同时,茶汤K与水样Cu、Zn,茶汤Fe与水样Mn,茶汤Cu与水样Zn亦呈极显著正相关(P<0.001),相关系数分别为0.98、0.98、0.95、0.98。此外,茶汤电导率与水样Ca,水样Mg与茶汤Zn、Cu、K,茶汤K与水样Se、Fe,茶汤Fe与水样Zn、Cu,茶汤Cu与水样Se、Mn,茶汤Zn与水样Se、Mn呈极显著正相关(P<0.01),相关系数分别为0.91、0.91、0.90、0.87、0.90、0.85、0.90、0.92、0.85、0.90、0.85、0.91;茶汤电导率与水样Se,水样Mg与茶汤Se、Mn、Fe,茶汤K与水样Mn,茶汤Fe与水样Se呈显著正相关(P<0.05),相关系数分别为0.78、0.72、0.79、0.75、0.83、0.81。综合上述结果可证明,茶汤中pH值显著减小主要与苦荞茶中Ca元素的浸出过程密切相关。
由图3可知,不同茶汤中均有一定量的黄酮浸出,T1、T2、T3、T4茶汤黄酮浸出量分别为0.062、0.069、0.058、0.067 mg/mL。T2冲泡苦荞中的总黄酮浸出量最多,T3冲泡苦荞茶中的总黄酮浸出最少。不同茶渣中均残留一定的黄酮,T1冲泡茶渣、T2冲泡茶渣、T3冲泡茶渣、T4冲泡茶渣中总黄酮含量为依次为6.76、6.83、6.9、7.13 mg/g。T4冲泡茶渣中总黄酮含量最多,T1冲泡茶渣中总黄酮含量最少,不同水质所含物元素含量不同,水质的pH值存在差异,影响黄酮物质的浸出[22],而刘巧灵等[23]和刘乾刚等[24]分析矿泉水中矿物质离子含量较高时,会与茶汤中的多酚类物质发生络合反应,进而使茶多酚的浸出率降低。不过这一研究结果与本研究结果存在差异,或许和不同物质在水中的浸出速度不同有关。
图3 茶汤及茶渣中总黄酮含量结果
Fig.3 Results of total flavonoid content in tea soup and tea residue
注:不同小写字母表示组间存在显著差异(P<0.05)。
2.3 不同水质苦荞茶茶汤挥发性成分组成分析
为了探究不同水质对茶汤香气成分的影响,采用HS-SPME-GC-MS技术对由4种不同水质中冲泡所得的苦荞茶汤的香气成分及含量进行鉴定和分析。由表2可知,在4种不同水质冲泡的苦荞茶汤中共鉴定出61种香气成分,这些物质主要涵盖了吡嗪类、醛酮类、醇酚类、萜烯类、酯类和烃类等,它们共同构成了苦荞茶独特的烘焙香气和风味轮廓。吡嗪类物质是赋予苦荞茶典型烘焙、坚果和焦香风味的核心功能成分。本研究中,2,3,5-三甲基 -6-丙基吡嗪(C3)组间差异显著,T4 组含量最高,显著高于 T2、T3 组。此外,2-丁基-3,5-二甲基吡嗪的含量在T2中显著高于T3。这些结果表明,水源的类型对不同结构的吡嗪类物质的溶出具有选择性影响。醛、酮类化合物,2,4,4-三甲基-3-(3-甲基丁基)环己-2-烯酮(C6)在T2中的含量显著高于其他3组(均为a),显示出特定矿泉水可能促进了某些酮类物质的释放。萜烯和酯类是花香和果香的主要来源。结果显示,T4对这类疏水性较强的化合物具有卓越的萃取能力,如具有花香的依兰烯在T4中的含量显著高于其他3组。异戊酸香叶酯的含量也在T4中表现出优势。这一现象有力地证明了,水中较低的总溶解固体(total dissolved solids,TDS)能够增强对萜烯、酯类等弱极性香气成分的溶解和释放。烷烃类及其他化合物中,长链烷烃含量差异可直观反映不同水质的萃取特性,2-甲基十八烷、姥鲛烷含量变化规律一致,均表现为T4>T1>T2>T3,组间差异显著。此外,2种外源性污染物含量差异显著,其中4,4′-(1-甲基亚乙基)双酚(双酚A)与邻苯二甲酸丁辛酯均为典型环境污染物,双酚A在T3、T2组含量显著高于T4、T1组,这些物质可能来源于水源地的环境因素或从瓶装容器中迁移而来。综上,冲泡水源是决定苦荞茶最终风味轮廓的关键因素。T4作为TDS含量极低的软水,它能普遍提升对各类疏水性风味物质的萃取能力,包括对烘焙风味至关重要的吡嗪类物质,以及贡献花果香的萜烯类和酯类物质。这可能是因为缺少矿物离子的“屏蔽效应”或竞争性吸附,使得水分子能更有效地与茶叶基质中的风味物质结合并将其溶出。T2和T3作为含有一定矿物质的天然水,其表现更为复杂。一方面,它们在萃取多种烃类和部分吡嗪时效率较低,这可能与水中的Ca2+、Mg2+等二价阳离子有关。另一方面,这些水中检测出更高含量的双酚A和邻苯二甲酸酯,提示在选择冲泡用水时,除了风味考量,也应关注其纯净度。
表2 不同水质茶汤香气含量 单位:mg/L
Table 2 Aroma content of tea soup in different water quality
序号化合物保留时间/minT1T2T3T4C1(2E,4E)-3,7-二甲基辛-2,4-二烯24.2550.21±0.12a0.15±0.07a0.23±0.03a0.13±0.07aC2(Z)-7-十六碳烯醛20.3640.42±0.26a0.23±0.09a0.22±0.22a0.53±0.38aC32,3,5-三甲基-6-丙基吡嗪27.7140.28±0.03ab0.23±0.01bc0.16±0.03c0.31±0.01aC42,3,5-三甲酚32.7850.57±0.08a0.61±0.05a0.64±0.05a0.60±0.04aC52,3-二乙基-5-甲基吡嗪24.3230.95±0.55a0.96±0.56a0.84±0.46a0.80±0.46aC62,4,4-三甲基-3-(3-甲基丁基)环己-2-烯酮31.530.49±0.04c1.03±0.21a0.69±0.09b0.56±0.04bcC72,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇33.5030.66±0.13ab0.48±0.09b0.47±0.04b0.89±0.09aC82,5-二甲基-3-(3-甲基丁基)吡嗪29.9111.65±1.85a1.60±1.89a1.58±1.89a1.42±1.54aC92,5-二甲基吡嗪14.143.80±0.24a3.52±0.24a3.08±0.80a3.28±0.17aC102-丁基-3,5-二甲基吡嗪26.22.36±0.06ab2.45±0.12a2.22±0.09b2.34±0.06abC112-丁基-3-甲基吡嗪28.0612.19±0.66a2.23±0.54a2.15±0.36a1.98±0.36aC122-乙基-3-甲基吡嗪18.151.71±0.15a1.42±0.02b1.36±0.08b1.39±0.07bC132-乙基-4-甲基戊醇19.2820.62±0.10a0.57±0.01a0.57±0.01a0.61±0.01aC142-乙基-5-甲基吡嗪18.2353.23±0.23a2.94±0.03ab2.75±0.14b2.90±0.06abC152-乙基-6-甲基吡嗪17.9931.83±0.17a1.62±0.01ab1.55±0.07b1.53±0.05bC162-十六烷氧基乙醇30.5471.42±0.19a0.94±0.09b0.75±0.23b1.64±0.06aC172-十六烷醇39.2840.33±0.18a0.19±0.11a0.22±0.07a0.27±0.15aC182-十四烷氧基乙醇38.6310.47±0.05a0.44±0.11a0.45±0.03a0.58±0.01aC192-叔丁基-4,5,6-三甲基-3-硝基苯胺41.7770.51±0.27b0.47±0.08b0.43±0.10b1.02±0.02aC202-异丁基-3-甲基吡嗪23.6220.47±0.22a0.46±0.26a0.39±0.19a0.45±0.17aC212-甲基-3-庚酮15.18457.83±8.58a58.29±3.40a48.11±10.14a45.33±10.11aC222-甲基丙酸-2-乙基-3-羟基己酯32.4040.43±0.07b0.57±0.05a0.50±0.04ab0.44±0.02bC232-甲基十八烷36.0573.80±0.86c2.41±0.67bc1.98±0.05b6.05±0.46aC243,5-二乙基-2-甲基吡嗪24.4662.04±1.00a1.97±0.92a1.83±0.90a1.65±0.83aC253,5-二叔丁基苯酚36.7060.88±0.74a0.28±0.03a0.36±0.01a0.77±0.26aC263,5-二甲基-2-丙基吡嗪24.6150.27±0.12a0.26±0.09a0.22±0.06a0.25±0.00aC273,7,11-三甲基-1-十二烷醇29.8390.40±0.29ab0.28±0.14b0.27±0.15b0.47±0.27aC283-(2,6,6-三甲基-1-环己烯-1-基)-2-丙烯醛27.0470.45±0.05a0.39±0.01ab0.36±0.01b0.36±0.02bC293-乙基-2,5-二甲基吡嗪32.550.37±0.05a0.37±0.03a0.37±0.02a0.35±0.02aC303-乙基-5-(2′-乙基丁基)十八烷47.2940.37±0.08c0.28±0.07bc0.19±0.02b0.56±0.06aC314,4′-(1-甲基亚乙基)双酚 (双酚A)52.8211.91±0.73bc3.72±0.47b6.20±0.78a1.11±0.37cC324,5-二甲基-邻苯二胺28.6970.53±0.04a0.39±0.01b0.36±0.01b0.56±0.02aC33N,N,N′,N′-四甲基-1,3-苯二胺27.2210.55±0.21a0.37±0.02a0.47±0.12a0.42±0.11aC34N,N,N′,N′-四甲基-1,4-苯二胺27.1220.48±0.08a0.39±0.01a0.41±0.02a0.38±0.05aC35α,β-葡辛糖酸内酯26.70.30±0.17a0.35±0.08a0.27±0.05a0.24±0.07aC36γ-榄香烯26.4720.27±0.06a0.20±0.09a0.45±0.29a0.26±0.13aC37二十七烷42.1651.41±0.86ab0.58±0.26b0.44±0.06b2.56±1.14aC38二异丁酸-2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇酯39.1790.42±0.14a0.90±0.24a0.84±0.18a0.78±0.20aC39二氢-β-紫罗兰酮29.1180.52±0.27ab0.61±0.05a0.62±0.04a0.19±0.02bC40依兰烯33.720.64±0.09c0.47±0.02b0.46±0.01b0.82±0.02aC41十一烷22.2720.92±0.27a0.84±0.19a0.91±0.04a1.00±0.06aC42十九烷28.872.21±0.49ab1.99±1.25ab1.79±1.27b3.04±0.44aC43十六烷39.4991.50±0.17b1.49±0.10b1.50±0.05b2.18±0.06aC44十四烷33.2572.59±1.32a3.17±1.56a3.15±1.81a3.39±1.80aC45地泊孤喹36.1280.19±0.07a0.11±0.01a0.29±0.20a0.18±0.04aC46壬醛22.5030.75±0.14a0.68±0.05a0.73±0.11a0.74±0.14aC47姥鲛烷35.9240.99±0.21c0.69±0.15bc0.58±0.02b1.54±0.12aC48对甲苯甲酸(4-甲氧羰基)苄酯26.4250.48±0.32a0.27±0.14a0.52±0.08a0.72±0.03aC49山萮醇38.220.31±0.15ab0.24±0.14b0.27±0.20b0.46±0.19aC50异戊酸香叶酯27.9040.33±0.16b0.26±0.20b0.28±0.19b0.44±0.19aC51异菖蒲二醇38.7230.25±0.04ab0.17±0.05b0.20±0.00b0.34±0.01aC52曲安奈德53.8650.46±0.20ab0.27±0.07b0.30±0.10b0.69±0.01aC53泼尼松52.9090.67±0.54a0.56±0.11a0.33±0.49a0.68±0.08aC54灭草猛25.8870.25±0.03a0.40±0.30a0.38±0.29a0.34±0.08aC55环氧油酸48.2630.52±0.34a0.23±0.31a0.32±0.33a0.13±0.01aC56石竹烯氧化物35.4170.36±0.34a0.22±0.17a0.19±0.06a0.16±0.03aC57硬脂酸苯甲酯28.3430.32±0.04a0.25±0.02a0.41±0.29a0.30±0.01aC58花生四烯酸甲酯30.1660.25±0.06ab0.24±0.03ab0.17±0.06b0.30±0.08aC59菖蒲酮B32.9990.36±0.04a0.32±0.04a0.32±0.05a0.27±0.01aC60邻苯二甲酸丁辛酯46.2330.34±0.04b0.61±0.09a0.33±0.16b0.45±0.07abC61顺-8,11,14-二十碳三烯酸10.4630.13±0.14b0.38±0.05a0.37±0.09a0.32±0.01ab
2.4 不同水质茶汤苦荞茶香气成分的差异分析
2.4.1 关键挥发性成分差异分析
本研究采用SIMCA14.1软件对4种茶汤挥发性成分检测数据进行主成分分析(principal component analysis,PCA),PC1和PC2的方差贡献率分别为48.6%和13.5%。总贡献率为62.1%。且得分图的所有样品均在95% Hotelling的T2椭圆内。可以较好地反映4种茶汤之间的关系。由图4所示。T1和T2在得分图上明显分开,T3和T4在得分图上区分不明显,挥发性成分更加相似。这与感官评价结果一致。为验证 正交偏最小二乘法判别分析(orthogonal partial least squares-discriminant analysis,OPLS-DA) 模型的可靠性并排除过拟合风险,对该模型进行了置换检验(图 4-c)。置换检验的核心评估指标显示,原始模型的累计解释率R2=0.598、累计预测率Q2=-0.42,Q2回归线与纵轴的相交点小于0,说明原模型具有良好的稳健性,不存在过拟合现象。模型验证有效,认为该结果可用于茶汤香气的差异鉴定分析。
a-PCA;b-PLS-DA;c-置换检验
图4 多元统计分析
Fig.4 Multivariate statistical analysis
通过对比4种不同水质的苦荞茶,各个苦荞茶样品的香气成分主要以吡嗪类物质为主,其次是酯类、醛类和醇类。QIN等[25]和PENG等[26]研究表明,吡嗪类在苦荞茶香气中发挥重要作用,与本研究结果一致。吡嗪类化合物通常带有特殊的坚果香、花生香和面包香,苦荞在加工过程中,由于要经过高温焙烤,从而引起挥发性化合物发生了较大改变。本研究共检测出4种吡嗪类化合物,均为4种茶汤共有的香气成分。其中,2-乙基-3-甲基吡嗪呈现出典型的坚果香与花生香;2,3,5-三甲基-6-乙基吡嗪则兼具坚果香与热带果香;2-乙基-5-甲基吡嗪的香气特征更为丰富,表现为坚果香、烤香、焦糖香及青草香的复合香气;2-丁基-3-甲基吡嗪则带有独特的药草香气与甘草气息[27]。酯类化合物是构成苦荞茶果香特征的重要物质,2-乙基-3-羟基己基2-甲基丙酸酯呈现出青气、水果香及冬青香、薄荷气息;异戊酸香叶酯则带有明显的苹果、菠萝般的果香特征,为茶汤增添了清新的果味层次。醛类化合物对苦荞茶的香气清新度具有重要影响,(Z)-7-十六碳烯醛具有柑橘类水果的清新气息,能够提升茶汤的清爽感;3-(2,6,6-三甲基-1-环己烯基)-2-丙烯醛则以香草醛甜香为主,伴随轻微辛香,为整体香气增添了温暖与层次感。醇类化合物通常带有特殊的花香与青香[28],本研究检测到的2-十六醇、3,7,11-三甲基十二烷醇均为4种茶汤共有的香气成分,呈现出玫瑰香、木质味及甜香,为苦荞茶的香气轮廓提供了柔和的基底。综上所述,上述各类香气成分均为4种茶汤共检测出的物质,是构成苦荞茶独特香气轮廓的重要芳香化合物,其种类与相对含量的差异可能是导致不同苦荞茶产品感官品质差异的关键因素。此外,还有3,5-二叔丁基苯酚有轻微的芳香味、二氢-β-紫罗兰酮有木香和花香也是苦荞茶茶汤香气成分中重要的芳香化合物。综上,这些内含物质的含量不同以及复杂性促使不同水质的苦荞茶具有丰富的香型,对苦荞本身的滋味也具有较大影响。
2.4.2 香气差异代谢物筛选及分析
为了进一步分析不同茶汤香气成分的贡献率,根据P<0.05且变量投影重要性(variable importance in projection,VIP)大于1的标准,筛选出4种茶汤的差异香气物质27种(图5),其中醇类3种、醛类2种、酮类3种、酯类4种、含N化合物2种、吡嗪类8种、烷烃类4种和酚类1种。分别为:依兰烯、2-叔丁基-4,5,6-三甲基-3-硝基苯胺、2-乙基-6-甲基吡嗪、2-乙基-3-甲基砒嗪、2-乙基-5-甲基吡嗪、(Z)-7-十六碳烯醛、2-异丁基-3-甲基吡嗪、2,3-二乙基-5-甲基吡嗪、3,5-二乙基-2-甲基吡嗪、3-(2,6,6-三甲基-1-环己烯基)-2-丙烯醛、N,N,N′,N′-四甲基-1,4-苯二胺、2-丁基-3-甲基吡嗪、4,5-二甲基-邻苯二胺、十九烷、二氢-β-紫罗兰酮、3,7,11-三甲基-1-十二烷醇、2,5-二甲基-3-(3-甲基丁基)吡嗪、2-十六烷氧基乙醇、2,4,4-三甲基-3-(3-甲基丁基)环己-2-烯酮、花生四烯酸甲酯、2-甲基丙酸-2-乙基-3-羟基己酯、菖蒲酮B、异戊酸香叶酯、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇二异丁酸酯、十六烷、山萮醇、二十七烷。热图中的颜色变化直观地反映了各组间化合物含量的显著差异。T1和T2处理组的共同特征在于多种吡嗪类物质(如2-乙基-5-甲基吡嗪、2,5-二甲基吡嗪、菖蒲酮B等)和部分醛类物质的相对含量显著较高(图5中深红色区域)。与此形成鲜明对比的是,这些样品在一系列酯类物质(如花生四烯酸甲酯)、酮类物质[如2,4,4-三甲基-3-(3-甲基丁基)环己-2-烯酮]和醇类物质上含量极低(图5中深蓝色区域)。
图5 不同水质茶汤的差异香气成分聚类热图
Fig.5 Heat map of different aroma composition clustering of tea soups of different water quality
3 结论
本研究以苦荞茶为原料,选用T1、T2、T3、T4分别冲泡苦荞茶,研究不同水质对苦荞茶茶汤品质的影响。结果表明,不同水质对茶汤品质影响较大。茶汤的pH值均下降,电导率均明显升高,矿质元素的含量均增加,尤其在滋味与香气品质上,T4组茶汤醇厚饱满,麦香、焦香与甜香特征表现最为突出。
采用GC-MS技术对不同水质茶汤的香气成分进行定性定量检测分析。结果表明,4种茶汤中共检测出61种香气成分,不同茶汤香气成分组成相似,但具体含量略有不同。其中吡嗪类、酯类、醛类和醇类物质是构成苦荞茶香气的基础。通过OPLS-DA,证明基于茶汤中香气物质建立的模型可用于茶汤香气的差异鉴定分析。基于P<0.05且VIP值>1,进一步筛选到与茶汤香气品质相关的27种香气物质,包括依兰烯、2-叔丁基-4,5,6-三甲基-3-硝基苯胺、2-乙基-6-甲基吡嗪、2-乙基-3-甲基吡嗪、2-乙基-5-甲基吡嗪、(Z)-7-十六碳烯醛、2-异丁基-3-甲基吡嗪、2,3-二乙基-5-甲基吡嗪、3,5-二乙基-2-甲基吡嗪、3-(2,6,6-三甲基-1-环己烯基)-2-丙烯醛、N,N,N′,N′-四甲基-1,4-苯二胺等。在本研究中,2,3,5-三甲基-6-丙基吡嗪在T4中的含量最高,2-丁基-3,5-二甲基吡嗪的含量在T2中显著高于T3,2,4,4-三甲基-3-(3-甲基丁基)环己-2-烯酮在T2中的含量显著高于其他3组,依兰烯在T4中的含量显著高于其他3组。异戊酸香叶酯的含量也在T4中表现出优势,2-甲基十八烷、姥鲛烷含量变化规律一致,均表现为T4>T1>T2>T3,组间差异显著。水质是决定苦荞茶挥发性风味物质轮廓的重要因素,T4在提升多种关键烘焙香和花果香化合物的溶出方面表现最佳。相比之下,T3等天然矿泉水在萃取多种风味物质上效率较低,且存在较高的外源性化学物(如双酚A)迁移风险。因此,从最大化风味体验和保障饮用纯净度的双重角度考量,选用纯净水或低矿化度的软水是冲泡苦荞茶的更优选择。
综上分析,从感官评价和香气成分来看,T4适合冲泡此类苦荞茶。GC-MS技术分析结果揭示了苦荞茶在不同水质中冲泡的主要香气成分,为深入认识不同水质对苦荞茶类香气特征提供了数据参考。未来可采用GC-嗅闻、香气活度值(odor activity value,OAV),智能感官、GC-O-MS技术,对各项香气成分的强度进行测定。
[1] 彭湃, 王晓龙, 马兰, 等.燕麦麸粉和苦荞皮粉的添加对小麦面条结构、蒸煮品质及消化特性的影响[J].中国农业科学, 2023, 56(20):4102-4114.PENG P, WANG X L, MA L, et al.Effects of oat bran flour and tartary buckwheat bran flour on structure, cooking quality and digestive characteristics of wheat noodles[J].Scientia Agricultura Sinica, 2023, 56(20):4102-4114.
[2] 何伟俊, 曾荣, 白永亮, 等.苦荞麦的营养价值及开发利用研究进展[J].农产品加工, 2019(12):69-75.HE W J, ZENG R, BAI Y L, et al.The nutritive value and progress in development and utilization of tartary buckwheat[J].Agricultural Products Processing, 2019(12):69-75.
[3] 徐浪, 王玉, 王祥儒, 等.苦荞贮存及加工过程中黄酮类成分含量变化和利用研究[J].作物杂志, 2025(3):85-91.XU L, WANG Y, WANG X R, et al.Study on the flavonoids content changes and utilization guidance in storage and processing of tartary buckwheat[J].Crops, 2025(3):85-91.
[4] HUDA M N, LU S, JAHAN T, et al.Treasure from garden:Bioactive compounds of buckwheat[J].Food Chemistry, 2021, 335:127653.
[5] ZHU F.Buckwheat proteins and peptides:Biological functions and food applications[J].Trends in Food Science &Technology, 2021, 110:155-167.
[6] 章汪玥, 吴奇泳, 赵江林, 等.苦荞麸皮对葡聚糖硫酸钠诱导小鼠结肠炎的改善作用[J].食品科学, 2025, 46(17):180-188.ZHANG W Y, WU Q Y, ZHAO J L, et al.Ameliorative effect of tartary buckwheat bran on dextran sodium sulfate-induced colitis in mice[J].Food Science, 2025, 46(17):180-188.
[7] 赵建强, 孟婷婷, 康孟娜, 等.苦荞多酚的分布、鉴定及体外生物活性分析[J].中国食品学报, 2025, 25(5):218-230.ZHAO J Q, MENG T T, KANG M N, et al.Distribution, identification and bioactivity analysis of tartary buckwheat polyphenol extracts[J].Journal of Chinese Institute of Food Science and Technology, 2025, 25(5):218-230.
[8] PENG W P, WANG N, WANG S M, et al.Effect of co-treatment of microwave and exogenous L-phenylalanine on the enrichment of flavonoids in tartary buckwheat sprouts[J].Journal of the Science of Food and Agriculture, 2023, 103(4):2014-2022.
[9] ZHONG L Y, LIN Y J, WANG C, et al.Chemical profile, antimicrobial and antioxidant activity assessment of the crude extract and its main flavonoids from tartary buckwheat sprouts[J].Molecules, 2022, 27(2):374.
[10] SHI J, TONG G Q, YANG Q, et al.Characterization of key aroma compounds in tartary buckwheat (Fagopyrum tataricum Gaertn) by means of sensory-directed flavor analysis[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2021, 69(38):11361-11371.
[11] 冯雨, 李杰, 李俊玲, 等.中国古代茶书中的泡茶用水研究[J].广东茶业, 2023(5):2-6.FENG Y, LI J, LI J L, et al.Study on the water for making tea in China ancient tea books[J].Guangdong Tea Industry, 2023(5):2-6.
[12] 张婷, 崔林花, 程哲, 等.不同水质冲泡对苦荞茶茶汤品质和抗氧化活性的影响[J].食品研究与开发, 2025, 46(6):9-15.ZHANG T, CUI L H, CHENG Z, et al.Effects of different brewing water quality on the quality and antioxidant activity of tartary buckwheat tea infusion[J].Food Research and Development, 2025, 46(6):9-15.
[13] 蒲籽孝, 张涛, 周琼.不同水质对安康紫阳红茶茶汤品质的影响[J].粮食加工, 2025, 50(1):38-41;48.PU Z X, ZHANG T, ZHOU Q.Effect of different types water on the quality of Ankang Ziyang black tea soup[J].Grain Processing, 2025, 50(1):38-41;48.
[14] 曹学娇. 不同包装饮用水的水质研究及其对泡茶品质的影响[D].上海:上海师范大学, 2020.CAO X J.Research on water quality of different packaged drinking water and its impact on tea brewing quality[D].Shanghai:Shanghai Normal University, 2020.
[15] XU Q L, WANG L, LI W X, et al.Scented tartary buckwheat tea:Aroma components and antioxidant activity[J].Molecules, 2019, 24(23):4368.
[16] GUO H M, YANG X S, ZHOU H T, et al.Comparison of nutritional composition,aroma compounds,and biological activities of two kinds of tartary buckwheat tea[J].Journal of Food Science, 2017, 82(7):1735-1741.
[17] 周一鸣, 魏佳南, 朱思怡, 等.不同产地苦荞挥发性物质测定及其特征香气分析[J].中国粮油学报, 2023, 38(7):214-220. ZHOU Y M, WEI J N, ZHU S Y, et al.Determination of volatile substances and characteristic aroma analysis of tartary buckwheat from different areas[J].Journal of the Chinese Cereals and Oils Association, 2023, 38(7):214-220.
[18] 许青莲, 郭训练, 蒋子敬, 等.HS-SPME-GC-MS结合智鼻对不同产地苦荞茶香气成分分析与鉴别[J].食品与发酵工业, 2017, 43(8):233-239.XU Q L, GUO X L, JIANG Z J, et al.Analysis and identification of aroma components of tartary buckwheat tea from different habitats by HS-SPME-GC-MS combined with electronic nose[J].Food and Fermentation Industries, 2017, 43(8):233-239.
[19] ZHENG Y C, HU Q C, WU Z J, et al.Volatile metabolomics and coexpression network analyses provide insight into the formation of the characteristic cultivar aroma of oolong tea (Camellia sinensis)[J].LWT, 2022, 164:113666.
[20] 杨转, 董博然, 郭桂义.冲泡条件对信阳毛尖茶汤pH的影响[J].湖南农业科学, 2019(6):83-85.YANG Z, DONG B R, GUO G Y.Influence of brewing conditions on pH of Xinyang Maojian tea soup[J].Hunan Agricultural Sciences, 2019(6):83-85.
[21] MOSSION A, POTIN-GAUTIER M, DELERUE S, et al.Effect of water composition on aluminium, calcium and organic carbon extraction in tea infusions[J].Food Chemistry, 2008, 106(4):1467-1475.
[22] 蒋鹏飞, 赵甜甜, 史冠莹, 等.不同饮用水对香椿发酵茶茶汤品质和抗氧化活性的影响[J].食品工业科技, 2024, 45(15):91-99.JIANG P F, ZHAO T T, SHI G Y, et al.Impact of different brewing water on the quality and antioxidant activity of Toona sinensis fermented tea infusions[J].Science and Technology of Food Industry, 2024, 45(15):91-99.
[23] 刘巧灵, 牛丽, 朱海燕.水质对茶汤品质影响研究综述[J].茶叶通讯, 2020, 47(4):563-567.LIU Q L, NIU L, ZHU H Y.Review on the effect of water quality on the quality of tea infusions[J].Tea Communication, 2020, 47(4):563-567.
[24] 刘乾刚, 郑少燕.不同水样水质、热稳定性及其对白茶茶汤理化性质的影响[J].茶叶通讯, 2020, 47(3):478-484.LIU Q G, ZHENG S Y.Effects of water qualities and thermal stability of different water samples on the physicochemical properties of white tea infusion[J].Journal of Tea Communication, 2020, 47(3):478-484.
[25] QIN P Y, MA T J, WU L, et al.Identification of tartary buckwheat tea aroma compounds with gas chromatography-mass spectrometry[J].Journal of Food Science, 2011, 76(6):S401-S407.
[26] PENG L X, ZOU L, WANG J B, et al.Flavonoids, antioxidant activity and aroma compounds analysis from different kinds of tartary buckwheat tea[J].Indian Journal of Pharmaceutical Sciences, 2015, 77(6):661-667.
[27] 李淑荣, 王丽, 张春红, 等.烘烤花生中关键香味化合物的研究[J].中国农业科学, 2010, 43(15):3199-3203.LI S R, WANG L, ZHANG C H, et al.Analysis of the key odorants of roasted peanut[J].Scientia Agricultura Sinica, 2010, 43(15):3199-3203.
[28] 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.