《食品科學(xué)》：天津農(nóng)學(xué)院張軍教授等：普洱熟茶關(guān)鍵香氣物質(zhì)熱釋放規(guī)律分析
2023-12-21作者：來源：責(zé)任編輯：食品界
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普洱熟茶是一種特殊的微生物后發(fā)酵茶，屬于黑茶，是云南經(jīng)濟的重要產(chǎn)業(yè)。它以其獨特的風(fēng)味特點和突出的保健功效深受消費者的喜愛。普洱茶的香氣與滋味一樣，是評價普洱茶品質(zhì)的重要指標(biāo)之一。頂空固相微萃取（HS-SPME）法是目前較為成熟的萃取技術(shù)，與氣相色譜類儀器聯(lián)合使用，已廣泛應(yīng)用于茶葉等食品中揮發(fā)性成分的提取檢測分析。氣相色譜-嗅聞（GC-O）技術(shù)（直接強度、稀釋因子和檢測頻率）和氣味活性值（OAV）通常聯(lián)合應(yīng)用于研究復(fù)雜基質(zhì)中的揮發(fā)性成分。近年來，香氣成分的富集回收方面研究逐漸受到重視，其中采用蒸餾法收集茶香水就是一種較為新穎的方法。
目前，有許多文獻對普洱茶中關(guān)鍵性香氣成分進行研究，但是對于普洱茶沖泡或者煮沸過程中關(guān)鍵性香氣成分變化的研究較少。鑒于此，天津農(nóng)學(xué)院食品科學(xué)與生物工程學(xué)院的石禾云、楊豆豆、張軍*等采用常壓水中蒸餾方式從普洱熟茶中提取較高濃度揮發(fā)性化合物的茶香水，并通過GC-O、氣相色譜-質(zhì)譜（GC-MS）聯(lián)用技術(shù)、香氣提取液稀釋（AEDA）法和OAV等感官導(dǎo)向風(fēng)味分析方法對普洱茶香水中關(guān)鍵香氣化合物進行表征。最后，研究連續(xù)沸水浸提過程中關(guān)鍵香氣化合物的釋放規(guī)律。本研究將為普洱茶在煮沸過程中釋放的關(guān)鍵香氣物質(zhì)及其釋放規(guī)律分析提供新的理論依據(jù)。01 普洱茶關(guān)鍵香氣物質(zhì)的篩選
如表1所示，將普洱茶茶香水用二純水以4n 倍稀釋后進行GC-O嗅聞實驗，篩選出FD在16以上（即log4FD≥2）的22 種香氣物質(zhì)，其中FD值高達1024的香氣化合物有苯甲醛、芳樟醇、異佛爾酮、3,4-二甲氧基甲苯、1,2,3-三甲氧基苯、1,2,4-三甲氧基苯、β-紫羅蘭酮7 種。02 普洱茶關(guān)鍵香氣物質(zhì)的確定
用香氣物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)品配制混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，MS掃描模式采用選擇離子掃描模式進行GC-MS檢測分析，建立香氣物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線（表2）。根據(jù)表2的標(biāo)準(zhǔn)曲線計算FD值不小于16的22 種香氣物質(zhì)濃度，并根據(jù)濃度和香氣閾值公式計算OAV，將OAV不小于1的香氣化合物確定為普洱茶香水的關(guān)鍵香氣物質(zhì)，OAV計算結(jié)果見表3，F(xiàn)D值≥16的22 種香氣物質(zhì)OAV均大于1，故這22 種香氣物質(zhì)是普洱茶茶香水的關(guān)鍵性香氣化合物。其中OAV不小于10000的關(guān)鍵香氣化合物有：苯乙醛、芳樟醇、α-松油醇、香葉醇、α-紫羅蘭酮、β-紫羅蘭酮、二氫獼猴桃內(nèi)酯7 種，其中芳樟醇和β-紫羅蘭酮的FD值為1024，可見芳樟醇和β-紫羅蘭酮2 種香氣化合物是普洱茶茶香水中貢獻最大的關(guān)鍵香氣物質(zhì)。03 非線性擬合模型分析各類關(guān)鍵性香氣化合物熱釋放規(guī)律
將普洱茶加到沸水中不斷加熱，沸水浸提回收冷凝水的方式連續(xù)分段接收水中蒸餾茶香水40 管，每管接收30 mL，經(jīng)過GC-MS檢測分析。采用非線性擬合模型直觀的呈現(xiàn)總體及各大類關(guān)鍵香氣化合物變化趨勢，以茶香水接收的離心管數(shù)為橫坐標(biāo)（x）及其相應(yīng)關(guān)鍵香氣物質(zhì)總量為縱坐標(biāo)（y）分析關(guān)鍵香氣化合物熱釋放規(guī)律。
如圖1所示，甲氧基苯類、醇類、酮類、其他類4 大類關(guān)鍵香氣化合物總量和22 種關(guān)鍵香氣化合物總量均能被指數(shù)函數(shù)ExpDec1模型成功擬合，雖然他們擬合模型相同，但是每類香氣化合物的釋放規(guī)律不同。關(guān)鍵香氣化合物總量變化趨勢符合ExpDec1模型（R2=0.98）變化，隨著離心管接收的管數(shù)增加而緩慢減少，值得注意的是第1管中香氣濃度較高，偏離模型擬合范圍，說明普洱熟茶受熱后最開始香氣化合物釋放速率最快；甲氧基苯類香氣化合物與ExpDec1模型擬合度較高（R2=0.99），在前20 管時甲氧基苯類香氣化合物保持著較高的釋放量，20 管之后釋放速率減慢，從縱坐標(biāo)數(shù)值看，甲氧基苯類香氣物質(zhì)是所有香氣物質(zhì)中含量最高的一類香氣物質(zhì)，在每管中甲氧基苯類香氣化合物含量占所有關(guān)鍵香氣化合物總量的70%以上，可見甲氧基苯類香氣物質(zhì)是對普洱熟茶香氣呈香貢獻最大的一類化合物；醇類香氣化合物與ExpDec1模型擬合度相比于其他幾類化合物較低（R2=0.83），在前10 管中醇類香氣物質(zhì)釋放速率呈斷崖式下降，在第10管后釋放速率較平緩，變化趨勢近似于直線，這將導(dǎo)致在10 管后茶香水中醇類香氣物質(zhì)比例減少，香氣組成發(fā)生了很大的改變，感官嗅聞發(fā)現(xiàn)第8管后陳味、霉味、不愉快氣味加重；酮類香氣化合物與ExpDec1模型擬合（R2=0.85）結(jié)果如圖1所示，隨著接收管數(shù)的增加，酮類香氣化合物快速釋放，第1管質(zhì)量濃度為102.51 mg/L，第2管迅速降到70 mg/L以下，第11管之后釋放量低于40 mg/L，29管以后每管的釋放量已經(jīng)不足10 mg/L；其他類香氣化合物也成功與ExpDec1模型擬合（R2=0.89），變化趨勢呈30°左右的傾斜角度直線下降的趨勢，第1管中的含量較高，且也偏離擬合范圍，在前10 管中每管其他類香氣化合物質(zhì)量濃度均在200 mg/L以上，第11管之后降到170 mg/L以下。但在第40管時其他類香氣化合物質(zhì)量濃度依然保持在110 mg/L以上，可見其在普洱熟茶中的穩(wěn)定持久性，始終保持著較高的釋放量，本研究中其他類香氣化合物包括二氫獼猴桃內(nèi)酯和吲哚兩種，其中在這40 管茶香水樣品中二氫獼猴桃內(nèi)酯質(zhì)量濃度為吲哚的38～71 倍，即其他類香氣化合物主要為二氫獼猴桃內(nèi)酯，二氫獼猴桃內(nèi)酯呈現(xiàn)木香；醛類是產(chǎn)生甜味的關(guān)鍵化合物，本研究中醛類香氣化合物的熱釋放規(guī)律變化趨勢較復(fù)雜，它的變化規(guī)律與其他幾類香氣化合物都不同，并沒有隨著釋放量的增加而減少，其變化趨勢無法與ExpDec1模型擬合，能與正弦函數(shù)（sin）成功擬合（R2=0.63），其變化趨勢呈先增后減再增加的趨勢。綜上所述，普洱熟茶香氣物質(zhì)在第1管釋放的量最多，而后釋放量緩慢減少，由于各大類關(guān)鍵香氣物質(zhì)釋放規(guī)律不同，釋放速率存在差異，故普洱茶在連續(xù)沸水浸提過程中，關(guān)鍵香氣物質(zhì)受熱釋放時各香氣成分含量比值發(fā)生較大變化，導(dǎo)致每一階段茶香水感官嗅聞結(jié)果差異較大，呈現(xiàn)陳腐氣味的甲氧基苯類香氣物質(zhì)含量緩慢減少，總含量一直穩(wěn)居最高水平，而醇類、酮類和其他類香氣物質(zhì)釋放速度過快，使得香氣成分組成發(fā)生變化，這可能是茶香水接收后期呈現(xiàn)不愉快氣味加重的主要原因。
04 熱圖聚類分析關(guān)鍵性香氣化合物熱釋放規(guī)律
為更直觀呈現(xiàn)出普洱熟茶各種關(guān)鍵香氣物質(zhì)熱釋放規(guī)律，采用聚類熱圖分析分段截流收取的40 管普洱熟茶茶香水中22 種關(guān)鍵香氣化合物。如圖2所示，下方橫坐標(biāo)表示茶香水接收的離心管數(shù)，右側(cè)縱坐標(biāo)為22 種關(guān)鍵香氣化合物名稱，熱圖上方是對茶香水接收的離心管數(shù)進行聚類，左側(cè)是對22 種關(guān)鍵香氣化合物進行的聚類，方塊顏色越紅含量越高，顏色越藍含量越低甚至為0（未檢出），以22 種關(guān)鍵香氣化合物濃度為評價指標(biāo)，考察隨著茶香水接收的管數(shù)的增加各種關(guān)鍵香氣化合物含量變化情況。從圖2可以看出，可將分段截流管數(shù)分為4 大類，第1、2管由于關(guān)鍵香氣化合物含量極高而被分為一大類，可見在前60 mL的水蒸氣釋放量里總體關(guān)鍵香氣化合物釋放的速度最快；第3～16管含量僅次于前兩管，被分為1 類；第17～31管組成1 類，1,2,3-三甲氧基苯、1,2,4-三甲氧基苯、1,2,3,4-四甲氧基苯等在普洱茶中含量最高的甲氧基苯類化合物含量逐漸減少；第32～40管分為1 類，在這一階段，茶香水香氣變淡，不愉快氣味變強，絕大多數(shù)關(guān)鍵香氣物質(zhì)含量降到最弱。根據(jù)22 種關(guān)鍵香氣化合物含量變化趨勢對22 種關(guān)鍵香氣化合物進行聚類，可以將它們分為兩大類，第一大類為順-茉莉酮、β-紫羅蘭酮、香葉基丙酮、香葉醇、二氫獼猴桃內(nèi)酯、異佛爾酮、3,4-二甲氧基甲苯、α-松油醇、苯乙酮、4-萜烯醇、橙花醇、α-紫羅蘭酮12 種關(guān)鍵香氣化合物，它們主要在第1～16管中含量均比較高，在第17～40管中含量較低或未檢出；第二大類香氣化合物為1,2,3-三甲氧基苯、1,2,4-三甲氧基苯、1,2,3,4-四甲氧基苯、苯甲醛、β-環(huán)檸檬醛、苯乙醇、吲哚、苯甲醇、苯乙醛、芳樟醇10 種關(guān)鍵香氣化合物，它們在第1～40管中絕大多數(shù)方塊顏色為紅色，即含量普遍較高，總體釋放速率較慢，有的甚至釋放得越來越多，或者釋放量雖然有在下降，但在茶香水接收后期才開始加速下降。并不是所有關(guān)鍵香氣化合物在1～40管中均存在，它們的性質(zhì)不穩(wěn)定，也可能是由于加熱過程中發(fā)生的美拉德反應(yīng)、熱降解等化學(xué)反應(yīng)，因此，一些原本在茶葉中不存在或濃度很低的香氣物質(zhì)在達到一定水蒸氣釋放量后才釋放出來。而部分關(guān)鍵香氣化合物則與之相反，在水蒸氣釋放量達到一定程度后部分香氣化合物未檢出。苯甲醇在第1管中含量為0（即未檢出），第2管開始少量出現(xiàn)，之后含量呈逐漸增加的趨勢；苯乙醛在第1～7管茶香水內(nèi)未檢出，第8管后含量呈現(xiàn)出上升趨勢；吲哚在第1、2管中未檢出，從第3管后被穩(wěn)定檢測到，而且其含量一直保持在一個穩(wěn)定的數(shù)值范圍內(nèi)，故其熱圖色帶只有紅色和藍色兩種顏色；4-萜烯醇在第1管中的含量最高，然后急速下降，第1管到第2管下降幅度極高，第3～10管中含量很微弱，到第11管及其之后的茶香水中4-萜烯醇不再被檢測出，可見4-萜烯醇在茶葉受熱沸騰后能瞬間大量釋放出來，并能在極短時間內(nèi)釋放完全；與4-萜烯醇具有相似的釋放規(guī)律的化合物是α-紫羅蘭酮，α-紫羅蘭酮在第1管中具有最高釋放量，但第2管急速下降，到第30管及其之后未檢出；異佛爾酮在第1～25管中含量呈逐漸減少趨勢，在第26管及之后不再被檢測出。 本實驗以普洱熟茶為原料，采用水中蒸餾方式收取茶香水，將茶香水樣品采用梯度稀釋方式進行GC-O嗅聞實驗，篩選出log4FD不小于2的22 種重要香氣活性成分，使用香氣化合物標(biāo)準(zhǔn)曲線，進行定量分析，計算OAV，將OAV大于1的22 種香氣活性成分定為普洱茶關(guān)鍵性香氣化合物。采用分段截流方式收取茶香水，接收40 管茶香水，每管接收30 mL，進行GC-MS定性定量分析。實驗結(jié)果采用非線性擬合模型分析關(guān)鍵香氣物質(zhì)熱釋放規(guī)律，實驗結(jié)果表明茶葉在連續(xù)保持煮沸條件下，香氣化合物總濃度逐漸減少，甲氧基苯類、醇類、酮類、其他類等關(guān)鍵香氣化合物含量也是隨著水蒸氣釋放量的增加而呈現(xiàn)不同程度下降的趨勢，醛類香氣物質(zhì)呈現(xiàn)出先增加后減少再增加的變化趨勢；熱圖聚類分析將22 種關(guān)鍵香氣化合物分為兩大類，第1類主要在第1～16管中含量均比較高，在第17～40管中含量較低或未檢出，第2類在第1～40管中絕大多數(shù)均比較高或者釋放速率較慢。每種關(guān)鍵香氣化合物在受熱后釋放的規(guī)律有不同程度的差異，1,2,3-三甲氧基苯等甲氧基苯類化合物在茶香水中含量一直保持最高，且隨著水蒸氣釋放量的增加，它們的含量逐漸減少。有部分香氣化合物在水蒸氣釋放量達到一定程度后才開始釋放，有的則在茶香水接收到一定階段后釋放量接近于零或者不再檢出。分段截留管數(shù)分為4 大類，第1類：第1、2管，含量極高；第2類：第3～16管，含量僅次于前兩管；第3類：第17～31管；第4類：第32～40管，茶香水香氣很淡。本實驗研究了普洱熟茶在煮沸過程中釋放的關(guān)鍵香氣物質(zhì)及其釋放規(guī)律，有助于了解采用水中蒸餾方式富集回收高濃度的揮發(fā)性化合物混合物的回收量及其香氣品質(zhì)，為普洱熟茶香氣化合物回收應(yīng)用提供一定的理論基礎(chǔ)。
本文《普洱熟茶關(guān)鍵香氣物質(zhì)熱釋放規(guī)律分析》來源于《食品科學(xué)》2023年44卷16期243-250頁. 作者：石禾云，楊豆豆，張婭，王超，張軍. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20221027-285.
