基于挥发性风味成分的湖北绿茶产地判别

王雪萍，郑鹏程，高士伟，叶 飞，王胜鹏

（湖北省农业科学院果树茶叶研究所/湖北省农业科技创新中心果茶分中心/湖北省茶叶工程技术研究中心，武汉 430064）

香气是绿茶的主要品质之一，是决定茶叶品质与风味的重要因素。茶叶中的挥发性香气物质主要包括萜烯类及其衍生物、脂肪类衍生物（醇类、醛类、酮类、酯类、酸类等）、芳香族化合物及呋喃、吡啶、吡嗪等其他化合物［1］。不同产地茶叶有其各自香气品质特征，基于香气组分的多元统计分析可将不同产地茶叶进行有效区分［2-5］。湖北是产茶大省，已形成鄂西武陵山富硒绿茶和宜昌三峡名优绿茶及宜红茶区、鄂西北秦巴山高香绿茶区、鄂东大别山优质绿茶区、鄂南幕阜山名优早茶及边销茶区等四大优势茶区。本研究对来自湖北不同茶区具代表性的春季名优绿茶，采用顶空-固相微萃取结合气相色谱-质谱联用法检测样品挥发性香气组分，再利用SPSS、SIMCA-P 等数据分析软件对不同茶区绿茶样品香气组分进行统计分析［6］，揭示不同茶区绿茶样品香气组分差异，探讨基于挥发性风味组分对湖北不同茶区绿茶样品进行有效区分的可行性。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

40 份春季名优绿茶分别来自鄂西武陵山及宜昌三峡茶区的宜昌市7 份、恩施州6 份，鄂西北秦巴山茶区的襄阳市5 份、十堰市10 份、随州市3 份，鄂东大别山茶区的孝感市3 份、黄冈市3 份，鄂南幕阜山茶区的咸宁市3 份。茶叶生产时间为4 月上旬至中旬，原料嫩度一芽一叶至一芽二叶。

气相色谱-质谱联用仪，美国Agilent公司TRACE GC 2000 联TRACE DSQ，固相微萃取（SPME）手柄和50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取头，美国Supelco公司。

1.2 方法

1.2.1 香气提取及色谱分析条件 称取5.0 g 磨碎茶样于萃取瓶中，加入50 mL 沸去离子水，将装有萃取头（试验前需250 ℃老化15 min）的SPME 手持器通过瓶盖的橡皮垫插入萃取瓶中，50 ℃水浴平衡5 min 后推出纤维头吸附70 min，最后在气相色谱-质谱（GC-MS）进样口于230 ℃下解吸5 min。

色谱条件：色谱柱为DB-5MS 毛细管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm），不分流进样，柱流速1 mL/min，进样口温度230 ℃；柱温50～230 ℃，起始温度50 ℃，保持5 min，再以2 ℃/min 升至180 ℃，保持1 min，再以10 ℃/min 升到230 ℃，保持1 min。

质谱条件：EI 离子源，电离能70 eV；离子源温度220 ℃；50～650m/z全扫描；载气为99.999%的高纯氦气。

1.2.2 香气组分定性与定量 采用NIST 谱库对得到的质谱图进行串联检索和人工解析，结合相关文献报道、各香气组分的相对保留时间等进行定性分析，以各香气组分的峰面积占总峰面积比值的百分数进行相对定量。

1.3 数据统计分析

香气组分差异显著性分析及逐步判别分析采用SPSS 19.0 数据处理软件［7］，不同茶区的特征性香气成分分析及偏最小二乘判别分析（PLS-DA）采用SIMCA-P11.5 软件［8，9］。

2 结果与分析

2.1 不同茶区绿茶香气组分分析

40 份绿茶样品中共鉴定出71 种香气组分（表1），包括醇类10 种、醛类4 种、酮类9 种、酯类11 种、烷烃类5 种、芳香烃类6 种、萜烯类18 种、杂环类3种、其他5 种。醛类、酯类、烷烃类、芳香烃类、杂环类物质的相对含量在不同茶区绿茶样品间差异显著（P＜0.05）。鄂西武陵山及宜昌三峡茶区绿茶样品醇类物质含量在四大茶区中最低而烷烃类物质含量最高；鄂西北秦巴山茶区绿茶样品酮类物质和其他类物质含量高于其他茶区绿茶；鄂东大别山茶区绿茶样品醇类、醛类、酯类和杂环类含量高于其他茶区绿茶，而烷烃类、芳香烃类、萜烯类和其他类物质含量低于其他茶区绿茶；鄂南幕阜山茶区绿茶样品芳香烃类、萜烯类物质含量高于其他茶区绿茶，醛类、酮类、杂环类物质含量低于其他茶区绿茶样品。

表1 不同茶区绿茶香气组分及相对含量（单位：%）

续表1

2.2 香气组分判别分析

2.2.1 偏最小二乘判别分析（PLS-DA）采用SIMCA-P11.5 对40 份绿茶样品香气组分进行偏最小二乘判别分析，以71 个挥发性组分的相对含量为自变量，建立PLS-DA 模型（拟合参数为R2Y=0.711，Q2=0.405）。由PLS-DA 得分（图1）可知，鄂东大别山茶区的茶样和其他茶区的茶样可明显区分，鄂西武陵山及宜昌三峡茶区、鄂西北秦巴山茶区的茶样存在部分交叉，鄂南幕阜山茶区的茶样则与鄂西武陵山及宜昌三峡茶区、鄂西北秦巴山茶区的茶样无法区分开。将建立模型时的因变量随机排列200 次，Q2回归直线与Y 轴的截距为-0.290，R2=0.608，该判别模型不存在过拟合现象。

图1 PLS-DA 得分

PLS-DA 变量投影重要度（VIP）值可量化每个变量对分类贡献的大小，值越大表示贡献越大，VIP值大于1的变量属于分类鉴定中的重要标记指标［10］。71 种挥发性组分中28 个挥发性物质VIP＞1.0，可作为区分不同茶区绿茶香气特征的标志物，其中序号为28、27、36、37、64、39、31、5、38的9 个挥发性物质变量VIP 值大于1.5。从PLS-DA 载荷（图2）可知，十三烷、十四烷、十七烷、十五烷、2-正戊基呋喃可作为鄂西武陵山及宜昌三峡茶区绿茶的特征挥发性组分；邻氨基苯甲酸甲酯、2，4-二甲氧基甲苯、苯乙氰可作为鄂西北秦巴山茶区绿茶的特征挥发性组分；香叶醇、藏红花醛、丁酸-反-2-已烯酯、顺-3-已烯乙酸酯、已酸-3-已烯酯、邻苯二甲酸二丁酯可作为鄂东大别山茶区绿茶的特征挥发性组分。

图2 PLS-DA 因子载荷

2.2.2 逐步判别分析 采用SPSS 软件对不同茶区绿茶香气组分进行逐步判别分析，依次筛选出贡献率较大的13 个判别指标：橙花醇（X1）、顺-橙花叔醇（X2）、邻氨基苯甲酸甲酯（X3）、二十烷（X4）、2-乙基-4，5-二甲基噻唑（X5）、吲哚（X6）、香叶醇（X7）、植醇（X8）、丁酸-反-2-已烯酯（X9）、顺-3-已烯乙酸酯（X10）、2-甲基奈（X11）、柠檬烯（X12）、δ-杜松烯（X13），建立不同产区绿茶判别模型。

提取模型前3 个典型判别函数F1、F2、F3，特征值分别为37.144、3.686、2.476，方差贡献率分别为85.80%、8.50%、5.70%，对判别函数的统计学意义进行检验，P＜0.01。以40 个样品的前两个判别函数得分作散点（图3），4 个不同茶区的绿茶样品能较好地分开。对样品进行回代检验和交叉检验分析，回代检验判别率为100.00%，交叉检验判别率97.50%（表2）。

表2 不同产区绿茶产地判别分析结果

图3 判别函数1、2 得分散点

3 结论

采用SPME/GC-MS 方法，从湖北4 大茶区40 份春季名优绿茶中共鉴定出71 种挥发性香气化合物。采用偏最小二乘判别分析鉴定出鄂西武陵山及宜昌三峡茶区绿茶样品特征挥发性组分为十三烷、十四烷、十七烷、十五烷、2-正戊基呋喃；鄂西北秦巴山茶区绿茶样品特征挥发性组分为邻氨基苯甲酸甲酯、2，4-二甲氧基甲苯、苯乙氰；鄂东大别山茶区绿茶样品特征挥发性组分为香叶醇、藏红花醛、丁酸-反-2-已烯酯、顺-3-已烯乙酸酯、已酸-3-已烯酯、邻苯二甲酸二丁酯。不同茶区绿茶样品的特征挥发性组分在其茶区绿茶样品中的含量明显高于其他茶区。

偏最小二乘判别分析可将不同茶区绿茶样品初步区分，逐步判别分析能较好地将不同茶区样品区分开，区分判别效果优于偏最小二乘判别分析。逐步判别分析筛选的用于不同茶区绿茶判别的13 个香气组分中，顺-橙花叔醇、邻氨基苯甲酸甲酯等9个香气组分在偏最小二乘判别分析中的VIP 值大于1.0，橙花醇、吲哚、2-甲基奈、柠檬烯4 个香气组分的VIP 值小于1.0。在进行判别分析时，可采用多种判别分析方法，本研究利用逐步判别分析可对不同茶区绿茶样品进行有效区分，结合偏最小二乘判别分析得出不同茶区的特征性香气组分。