浅析绿茶香气成分

作者：郑晓敏

  由于茶叶香气含量低、组成复杂、易挥发、不稳定，在提取过程中易发生氧化、聚合、缩合等反应。因此，选择适宜的提取方法十分重要，它直接关系到茶叶香气的定性和定量分析结果。

  同时蒸馏萃取法( SDE)是目前广泛使用的方法之一，此方法设备简单，操作容易，其优点在对于中等至高沸点的成分萃取回收率较高，萃取液中无不挥发性成分。液液萃取技术具有处理量大、分离效果好、回收率高以及可连续操作等特点，因此，在香气提取方面也得到了广泛的应用。固相微萃取( SPME)无需有机溶剂、成本低、所需样品量少、灵敏度高、重现性及线性好、操作简单、方便快捷，集采样、萃取、浓缩、进样为一体，能较真实地反映样品特别是活体样品的风味组成，广泛用于易挥发性和半挥发性成分的分析。顶空蒸馏萃取技术是对样品进行加热处理，挥发性成分逸出，难挥发性成分保留在样品里，因而萃取剂里含的挥发性物质多，也便于浓缩处理。

  试验分别采用固相微萃取( SPME)、液液萃取( IIE)、同时蒸馏萃取(SDE)和顶空蒸馏萃取( HDE)并结合GC-MS对绿茶的香气成分的提取进行了比较，旨在确定适宜绿茶香气成分分析的最佳提取方法，以确定其主要挥发性香气成分，为其进一步研究奠定科学基础。

1  材料与方法

1.1材料、仪器与设备

  西湖龙井茶样：市售。

  黑色平头部分交联75 μm CAR/PDMS（碳分子筛／聚二甲基硅氧烷）萃取头：美国Supelco公司；蒸馏萃取装置和顶空蒸馏装置：上海有机化学研究定制；7890A气相色谱-5975C质谱联用仪：美国安捷伦公司；电子分析天平：METTLER TOLEDO公司；HH2-数显恒温水浴锅：金坛市国旺实验仪器厂；500目标准筛：上海精网筛滤器材有限公司；SPME专用样品瓶：上海安谱科学仪器有限公司。

1.2样品处理方法

1.2.1  固相微萃取(SPME)处理茶样

  准确量取已加热至80℃的纯净水80 mL于250 mL具塞锥形瓶中，于80 0C恒温水浴锅中。平衡10 min后，加入精确称取6 9茶样。每隔2 min摇匀，浸泡10rmn（期间每隔2 min摇匀1次）。经标准筛过滤后的茶汤迅速经冰水冷却，放入4℃冰箱中备用。取10 mL茶汤于15 mL的SPME样品瓶中，加盖密封，于50 cC的水浴锅中平衡10 min。固相微萃取吸附40 min后，转入气质联用仪，进样口250℃解析5 min，进行GC-MS

分析。

1.2.2液液萃取(IIE)处理茶样

  准确量取已加热至80℃的纯净水120 mL于250 mL具塞锥形瓶中，于80℃恒温水浴锅中。平衡10 min后，加入精确称取9 9茶样。每隔2 min摇匀，浸泡10min（期间每隔2 min摇匀1次）。经标准筛过滤后的茶汤迅速经冰水冷却，放入4℃冰箱中备用。取100 mL茶汤，依次用( 20+10+10) mL_氯甲烷萃取3次，得到的萃取液加入少许无水硫酸钠除去水分，然后用氮气吹扫将萃取液浓缩至1  mL（已有白色固体析出）。滤膜过滤后放人4℃冰箱中，供气相色谱一质谱联用仪( GC-MS)分析。

1.2.3  同时蒸馏萃取(SDE)处理茶样

  准确量取已加热至80℃的纯净水400 mL于500 mL具塞锥形瓶中，于80℃恒温水浴锅中。平衡10 min后，加入精确称取30 9茶样。每隔2 min摇匀，浸泡10min（期间每隔2 min摇匀1次）。经标准筛过滤后的茶汤迅速经冰水冷却，放入4℃冰箱中备用。量取300mL滤液，放人500 mL圆底烧瓶中，置于同时蒸馏萃取仪的轻相一侧；50 mL=氯甲烷放人100 mL圆底烧瓶，置于装置的重相一侧，加热使装置的两端保持微沸状态。出现回流时开始计时2h，合并溶剂侧的萃取液与U型管中的溶剂层，加入适量无水硫酸钠除水，过滤得提取液。经氮吹仪吹扫浓缩至1mL，用于气相一质谱( GC-MS)分析。

1.2.4顶空蒸馏萃取(HDE)处理茶样

  准确量取400 mL纯净水于蒸馏瓶中，用电热套加热煮沸；准确称量30 9茶样于样品瓶中，连接好顶空蒸馏装置（图1），用4℃-6℃的乙醇（冷凝泵循环）通人冷凝管冷却；从收集瓶中有液滴滴下时开始计时，蒸馏持续30 min，收集到约80g蒸馏组分（香气物质+水）。

  将收集到的蒸馏组分依次用( 20+10+10) mL=氯甲烷萃取3次，得到的萃取液加入少许无水硫酸钠除去水分，于4℃冰箱中静置过夜。次日，用氮气吹扫将萃取液浓缩至1mL，放人4℃冰箱中，供气相色谱一质谱联用仪( GC-MS)分析。

1.3  GC-MS参数设置

1.3.1  CrC条件

  色谱柱：Innowax，60 m×0.25 mm×0.25μm;载气：He；载气流速：1 mL/min；进样口温度：250℃；程序升温：柱温初始为40℃，保持6 min，以3℃/min升至100℃，再以50C/min升至230℃保持10 mln;进样方式：不分流进样。LLE、SDE和HDE法进样量为lμL。

1.3.2  MS条件

  离子源：EI源；离子源温度：230℃；电子能量：70 eV;质量扫描范围：30-350 u；扫描模式：全扫描。

1.4谱图分析

  定性：由GC-MS分析得到的质谱数据经计算机在NIST11标准谱库的检索定性。

  定量：用峰面积归一化法算出各成分的相对含量。

2结果与分析

2.1 4种不同提取方法萃取得到绿茶香气成分比较

  采用固相微萃取( SPME)、液液萃取(IIE)、同时蒸馏萃取( SDE)和顶空蒸馏萃取(HDE)结合GC-MS分离鉴定的绿茶的香气成分，从绿茶中鉴定出的挥发性化合物的总离子流图见图2~图5。

  由图2~图5对比可以明显看出，图3在66 min左右咖啡碱峰很大，且浓缩过程中也有白色不溶物析出，说明液液萃取( IIE)的溶剂里含有大量的不易挥发性成分（咖啡碱等），造成浓缩困难，离子碎片丰度较弱，出峰效果差。故液液萃取( IIE)技术不适用于试验，因此就不对其做定性与定量分析。

  采用固相微萃取( SPME)、同时蒸馏萃取( SDE)和顶空蒸馏萃取(HDE)结合GC-MS分离鉴定的绿茶的香气成分，其结果经NISTlI数据库检索，结合保留指数进行定性分析，并采用峰面积归一化法定量分析。结果如表1所示。

  表1中列出了固相微萃取( SPME)、同时蒸馏萃取( SDE)和顶空蒸馏萃取(HDE)三种方法所检测出的香气化合物。从表1中可以看出SPME法共检出香气成分104种，主要成分是醛类18种(29.39%)、醇类1 8种(  14.05%)、酮类1 6种(9.67%)和杂环类（吡嗪、吡咯和呋喃等）19种(8.18%)。含量较多的成分有二甲基硫醚(27.43%)、异戊醛( 10.62%)、2-甲基丁醛(7.72%)、4-甲基-3-戊烯-2-酮(5.14%)、2一甲基丙醛( 3.61%)、二甲基亚砜( 2.90%)、芳樟醇(2.50%)、己醛(2.05%)等。SDE法共检出香气成分98种，主要成分是醇类24种( 46.61%)、杂环类19种(12.27%)、酯类8种( 11.71%)和酮类11种(10.71%)。含量较多的成分有芳樟醇(1 1.47%)、香叶醇(5.41%)、邻苯二甲酸二异丁酯( 5.31%)、苯甲醇(4.85%)、苯乙醇(4.29%)、4-乙烯基苯酚(4.01%)、环氧芳樟醇( 3.63%)、吲哚(3.45%)、松油醇(3.07%)、顺式茉莉酮( 2.89qo)、叶绿醇(2.61%)等。HDE法共检出香气成分98种，主要成分是醇类25种( 39.73%)、杂环类25种(27.29%)、酮类1 3种(8.67%)和酯类8种(6.76%)。含量较多的成分有叶绿醇(8.59%)、2-乙酰基吡咯( 7.01%)、香叶醇( 6.31%)、糠醇(6.21%)、4-乙烯基苯酚( 5.70%)、苯乙醇(5.04%)、苯甲醇(3.87%)、芳樟醇( 3.48%)、香豆素(3.16%)、顺式茉莉酮(2.46%)等。3种方法检测到的香气成分的在组成和含量上都具有一定的差异。

3讨论

  1)从总离子流图可以看出，图3液液萃取法的离子碎片丰度较弱，出峰信号差，得到挥发性物质少，而固相微萃取、同时蒸馏萃取和顶空蒸馏萃取出峰信号强，得到挥发性物质多。其原因在于直接液液萃取法中，茶汤中含有大量的茶多酚和咖啡碱等不易挥发性成分在萃取时被转移到了萃取相中，造成香气成分难以浓缩，从而降低了待测样品中香气成分的含量。固相微萃取灵敏度高，对易挥发性和中等挥发性香气成分吸附效果好，因而出峰信号强。同时蒸馏萃取和顶空蒸馏萃取过程中，溶剂仅对样品加热释放的挥发性成分进行萃取，萃取的挥发性物质多，便于浓缩，因此出峰效果也很好。

  2)从表1可以看出，易挥发性香气成分（前40种香气成分）固相微萃取检测出33种，同时蒸馏萃取检测出21种，顶空蒸馏萃取检测出27种。由此说明固相微萃取法适宜于分析检测绿茶的易挥发性香气成分。顶空蒸馏萃取法和同时蒸馏萃取法对中等挥发性香气成分提取效果较好，分析结果中香气物质的种类均为98种，但顶空蒸馏萃取的提取物香气较同时蒸馏萃取法浓，香气更接近原茶样。二甲基硫醚是绿茶新茶香的主要成分，其在顶空蒸馏萃取中也有检测到，说明顶空蒸馏萃取法能较全面地提取茶样的香气成分，避免过多香气成分的损失和转化，并可较好地保持茶样原有的香气特征。这主要是由于顶空蒸馏萃取方法高温处理时间(0.5 h)较同时蒸馏萃取(2h)时间短，热敏性易挥发性香气物质损失较少，香气保真性好。

4结论

固相微萃取技术无需有机溶剂、成本低、所需样品量少、灵敏度高、重现性及线性好、操作简单、方便快捷，提取的化合物大多数都是沸点低、分子量小的化合物，且此方法与萃取头的选择有关，也不能真实反映龙井茶各香气化合物的真实含量；液液萃取技术由于萃取相中含有大量的茶多酚和咖啡碱等不易挥发性成分造成香气成分难以浓缩，从而降低了待测样品中香气成分的含量。因此，该方法不适于绿茶香气的提取；顶空蒸馏萃取高温处理时间较同时蒸馏萃取短，热敏性易挥发性香气物质损失较少，香气保真性好。由此可见，固相微萃取技术适宜于分析易挥发性香气成分，而顶空蒸馏萃取将固相微萃取适宜于分析中等挥发性香气成分；将两种方法结合起来，可以有效地分析研究绿茶的香气成分。

5摘  要  以绿茶为原料，采用固相微萃取(SPME)、液液萃取(LLE)、同时蒸馏萃取(SDE)和顶空蒸馏萃取(HDE)4种方法提取绿茶的香气成分并进行了GC-MS分析。结果表明，SPME适宜于分析绿茶的易挥发性香气成分；直接液液萃取不适用于绿茶香气的提取；HDE和SDE适宜于分析绿茶的中等挥发性香气成分，但HDE法的香气品质高于SDE法，结果表明SPME和HDE结合可以有效地分析绿茶的香气成分。