贵州凤冈有机茶中香气成分检测方案(感官智能分析)

2009·全国中药创新与研究论坛·论文集 电子鼻与 GC-MS 技术分析贵州凤冈有机茶香气成分的对比研究 李雪春向晓玲 禹玉洪2韩小敏²戴荣继’孟薇薇”邓玉林 (解放军防化指挥工程学院，北京102206；北京理工大学生命学院，北京100081) 摘要： 目的分析贵州凤冈富锌有机茶的香气成分，并比较电子鼻与GC-MS技术分析茶叶香气成分的优缺点。方法采用电子鼻与GC-MS技术分析茶的香气成分。结果电子鼻技术可以检测到茶叶特征性香气成分的整体变化，可将茶叶与茶水和茶底的香香成分区分开，并可监测茶叶冲泡过程中芳香性成分的溢出动态； GC-MS技术鉴定出贵州凤冈茶41种香气化合物，其含量较高的是乙酸顺-3-己烯酯、苯甲酸甲酯、N-苯基-1-萘、3-乙氧基-丙腈、苯酚、3，7-二甲基-1，5，7-辛三烯-3-醇、苯甲醇、1-乙基-2-甲醛基-2-吡咯、香叶醇、橙花醇、2，6-特丁基-对甲酚、正十七烷等，这11种化合物是凤冈茶赋香物质的基础，构成其香气的基本成分。结论电子鼻技术检测茶叶香气成分具有样品不需前处理，绿色环保，方便快速和智能化的特点，对未知样品具有人工智能的识别作用，特别适宜大样本的分析检测； GC-MS技术分析准确，提供香气单成分详细信息的特点。 关键词：凤冈富锌有机茶；香气成分：电子鼻：GC-MS 茶叶具有特殊的香气，人们称其为“茶香”，它是审评茶叶品质特征的一项重要指标，香气的分析测定一直是茶叶科研领域的一个重要课题。茶叶的香气，主要是由芳香物质的种类、浓度决定的。迄今为止，已从茶叶中分离出700多种香气物质，包括醇、醛、酮、酯、酸、氨、氧杂化合物等在内的十余个大类的化合物。茶叶中的香气物质含量低微、组分复杂、易挥发、不稳定，在提取过程中由于受外界条件的影响，很容易发生氧化、缩合、聚合、基团转移等复杂的化学反应，使提取的香精油不能很好的反映茶叶本身的香气特征，从而不能正确判断茶叶的品质。以往学者们对香气的提取分离方法主要有常压水蒸气蒸馏并同时萃取法(SDE)、减压蒸馏萃取法(VDE)、减压水蒸气蒸馏法(SDRP)、过柱吸附法(TLA)等，而电子鼻无损检测技术在食品、医药领域得到了广泛的探索与应用·2。例如， S.K.Lee等利用电子鼻技术通过检测红参中芳香性化合物区分红参的质量；Nabarum Bhattacharya等利用电子鼻技术在线监控黑茶发酵过程中化学成分的变化，确定了黑茶发酵的最佳时间，为工业生产提供了理论依据。本试验尝试用电子鼻技术对全国优质茶叶贵州凤冈富锌有机茶的香气成分进行分析，并与常用的 SDE 法进行对比，以期找到一个快速、灵敏、绿色的茶叶香气分析方法。 1仪器与材料 1.1仪器 PEN2型便携式电子鼻(Portable Electronic Nose)系统：德国Airsens公司； GC-MS仪： Thermo-Finnigen公司， 型号 Polaris-Q；毛细管柱： TR-5MS毛细管(30m×0.25mmx0.25um)。 1.2茶叶 贵州凤冈富锌有机茶：贵州省凤岗县茶园提供。 1.3试剂均为分析纯。 2试验方法 2.1电子鼻对凤冈茶香气成分分析 2.1.1茶叶、茶水及茶底样品的制备 取茶叶10份各5g置于500ml烧杯中，密封静置45min至饱和。茶叶5g用100℃的纯净水250mL冲泡，时间为5min， 然后将茶水滤出；二次冲泡茶叶5min后倒出茶水；同样方法三次冲泡茶底5min。得到3次冲泡后的茶水及茶底静置45min冷却饱和至室温，待测，重复8次 茶叶：直接取茶叶粉末。 2.1.2测定 将不同样品放置于500ml烧杯中，并用处理后的封口膜封口，采用预实验结果静止10min使烧杯中的气体达到顶空平衡，再用电子鼻监测。首先用针头将挥发性气体吸到电子鼻的传感器通道，然后对清洗时间、检测时间等参数进行设定；多次预实验结果表明，电子鼻的传感器的信号响应值从40S左右开始趋于稳定，为保证检测数据的稳定性和准确度，本次试验中，均取50s处的检测信号，流速60ml/min，稀释比例为1：4，清洗时间60s。 由于茶叶中水分含量非常少，不会对对电子鼻信号有明显影响，故检测茶叶时，不必使用吸附/解吸附单元。茶水和茶底中水蒸气很多，所有检测时要放一些硅胶，以减少水蒸气的影响。 2.1.3电子鼻信号数据处理方法 提取实验中每次采样所取的10个传感器的50s处的信号响应值。数据处理分别采用主成分分析(PCA)和线性判别(LDA)的模式分析。主成分分析对于原来相关性较强的多个指标化为较少的几个综合指标的一种统计方法，可以讨论各变量对分类作用的大小和性状变异的方向。降维后的综合指标之间互不相关，却能反映原来多指标的信息。LDA分析室是利用PCA分析的相关性进一步分析10个变量的贡献率，在PCA坐标系上位点表示分别所在两个主成分上的贡献率，越接近于(0，0)位点，其在两个主成分上的比重越小。其贡献率比较大的传感器对于样品的区分贡献越大。 2.2利用GC-MS分析冈冈茶的香气成分 2.2.1 GC-MS工作参数 GC条件：色谱柱： TR-5MS毛细管柱(30mx0.25mmx0.25um)。程序升温：40℃(2min)~250℃(8min)； 流速： 3℃/min。进样：进样口温度250℃；不分流进样。载气：氦气(He)，恒流速度：1ml/min。全波长扫描。 MS条件： EI离子源，源温200℃，电子能量70eV， 加速电压 6kV， 收集电流 200pA， 分辨率1000，扫描范围： 34~600amu， 扫描速度 1s/dec。 2.2.2供试品溶液的制备 茶样总香气成分提取：取10g粉碎凤冈茶用70ml乙醚浸泡，振荡，静置过夜。超声提取10min。静置过滤，残渣用乙醚洗涤一次，合并滤液；无水硫硫钠脱水，过滤，即得。 茶水中香气成分提取：采用挥发油提取器进行提取。取凤冈茶20g装入1000mL磨口圆底烧瓶中，加入蒸馏水600mL，连接好挥发油提取器和冷凝器，加入乙醚10mL，沸水浴加热直至乙醚层高度稳定。收集乙醚层，无水硫酸钠脱水，即得。 2.2.3测定 分别精密吸取上述2种供试品溶液各 2pl 注入GC-MS 仪器中，测定。记录色谱图，对主要色谱峰进行 MS的分析，以初步判断其可能的结构。 3 试验结果 3.1电子鼻对凤冈茶香气成分的分析 贵州凤岗茶叶、茶水和茶底的香气成分分析采用的电子鼻系统是德国AIRSENSE公司的PEN3便携式电子鼻(Portable Electronic nose)。仪器组成主要包含：气体采样系统、传感器控制系统、信号采集系统等(见图1)。PEN3电子鼻包含W1C、W5S、W3C、W6S、W5C、W1S、W1W、W2S、W2W和W3S10个金属氧化物传感器阵列(见表1)，其检测范围是医药工业常见气体。当传感器接触到样品挥发物后的电导率G相对于经过标准活性性过滤气体的传感器的初始电导率G0的比值发生改变，响应气体浓度越大，产生的信号值越偏离1。记录10个不同选择性的传感器G/G0比值，来进一步进行统计分析。结合WinMuster软件对数据进行采集、测量和分析。 图1PEN3电子鼻结构与原理图 表1 各传感器的响应特性 传感器 主要应用 检测范围/ppm S3 芳香成分 10 灵敏度大，对氨氧化合物很灵敏 1 氨水，对芳香成分灵敏 10 主要对氢气有选择性 100 烷烃，芳香成分 1 对甲烷灵敏，极限为10×10-6，检测范围大，性能与第8个传感器类似 100 对硫化物成分灵敏，对烃和硫的有机成分较灵敏 1 对乙醇灵敏 100 芳香成分，对有机硫化物灵敏 1 S10 对浓度灵敏，极限为>100(ppm)， 并具有选择性 100 由图2可知电子鼻在线检测茶叶香气成分过程中10个传感器的信号物质变化。图中横轴为响应时间，中轴为各传感器在样品品发性成分中的电导(G)与纯净空气中的电导(G0)的比值。从图2中可以看出，10个传感器对各顶空空间的响应特性比较类似，但是传感器2、6响应最为强烈；传感器4、10响应最弱。各传感器的响应应该是样本中挥发性成分浓度不同综合作用的结果。 图210个传感器的电导值 根据图形分析，干茶样、第一次浸泡茶水与茶底、二三次茶水茶底被分为三个区域，即代表各自相似度。由表2的区分度指数(数值越高，区分度越大)可知，于茶样与浸泡后的茶水和茶底有；二三次浸泡后的茶水和茶底相似度较高。PCA和LDA分都都可以将茶叶与三次浸泡后的茶水和茶底的香气成分区分开(见图3和4)。 用SAS8.2单因素方差分析以及传感器响应盒子图。对应1~10号传感器类型分析：1芳香类、2氨水芳香、 7硫化物、8乙醇、9有机硫成分含量下降；4氢气、10传感器变化不明显。大部分芳香类成分可以通过这种冲泡方法充分产生，并去除一些异味气体。 表2茶叶、茶水及茶底的 PCA 分析结果 PCA-Analysis normalization： PCA ： Matrix . Correlation-M. Algarithm： PCA Variance：： 96.409% 1. main axis： 81.576% 2.main axis： 14.834% Pattern File：F：数据\cha模型.mus Discrimination power： 千茶 茶底1 茶水1 茶： 茶底3 茶水3 千茶 0.884 0.920 0.977 0.978 0.984 0.989 茶底1 0.884 0.671 0.800 0.884 0.848 0.877 茶水1 0.920 0.671 0.951 0.970 0.971 0.979 条底2 0.977 0.800 0.951 0.573 0.175 0.773 0.978 0.884 0.970 0.573 0.492 0.380 茶底3 0.984 0.848 0.971 0.175 0.492 0.853 茶水3 0.989 0.877 0.979 0.773 0.380 0.853 图3茶叶、茶水及茶底PCA的分析结果 3.2 GC-MS分析凤冈茶的香气成分 从表3和图6可以看出， 贵州凤冈茶中共鉴定出41种香气化合物，其含量较高的是乙酸顺-3-己烯酯、苯甲酸甲酯、N-苯基-1-萘、3-乙氧基-丙腈、苯酚、3，7-二甲基-1，5，7-辛三烯-3-醇、苯甲醇、1-乙基-2-甲醛基-2-吡咯、香叶醇、橙花醇、2，6-特丁基-对甲酚、正十七烷等，这11种化合物是凤冈茶赋香物质的基础，构成其香气的基本成分，而其它的芳香物质，则对调整基本香型格调起作用。本绿茶中含有一般绿茶特征香气成分，如芳樟醇、橙花醇、乙酸丙酯等。芳樟醇具有清淡爽快的铃兰香味，橙花醇具有玫瑰花香等，这些物质协同作用，构成了绿茶清新独特、清爽怡人的香型特点。 图6干茶样中香气成分的总离子流图 表3茶叶中主要香气成分的组成及含量 编号 成分 COMPOUNDS 相对含量(%) 1 异丁醇 2-Butanol 0.12 2 乙酸乙酯 Ethyl acetate 0.49 3 乙酸顺-3-己烯酯 Cis-3-Hexen-1-o-acetate 1.83 4 顺-3-己烯醇 Cis-3-Hexen-1-O1 0.73 5 芳樟醇氧化物Ⅱ Linalooloxide II 0.49 6 苯甲醛 Benzaldehyde 0.37 7 芳樟醇 Linalool 0.85 8 苯甲酸甲酯 Methyl benoate 1.95 9 乙酸苯甲酯 Phenylmethyl acetate 0.24 10 2，2-二甲基戊醛 Pentanal， 2，2-dimethyl) 0.37 注：香气成分的相对百分含量以各组分峰面积与面积标峰面积之比计算 4结论 通过电子鼻技术分析茶叶、茶水及茶底在浸泡过程中香气成分的变化，得出一些特征性香气成分的整体变化，如烷烃芳香类物质、硫化物等整体的分布与区分度。利用GC-MS检测级鉴定该茶叶共41种化合物，并利用面积归一法进行定量分析。电子鼻在食品检测中具有以下特点：首先测定范围广，样品不需前处理，极少使用各种有机溶剂，是一项"绿色”检测技术；其次方便快速，测定一个样品通常只需几分钟至几十分钟；同时它具有智能化的特点，对未知样品具有人工智能的识别作用，与人的嗅觉相比，测定结果更客观、可靠。GC-MS分析测定香气成分的特点有，测定需要制备和处理样品，分析时间相对较长；能准确检测到香气的种类，提供单成分的详细具体信息。 ( 参考文献： ) ( 李艳清，付大友，王蓉.茶叶香气成分测定方法研究进展.茶叶科学技术[J]，2009； (1)：8-11 ) ( 李永菊茶叶香气的提气方法茶叶科学技术.茶叶科学技术[]，2006； (4)：15-16 ) ( J.H.Kim，et al.Changes in aroma characteristics during the preparation of red ginseng estimated by electronic nose，sensory evaluation and gas chromatography/mass spectrometry[J].Sensors and Actuors B， 2005，106：7-12 ) ( [11] ] Nabarum Bhattacharya， Bi p an Tud u ， et al. Preemptive identification of optimum fermentation time for b l ack tea using electronic nose[J] . Sensors and Actuors B， 2008， 131：110-116 ) 贵州凤冈富锌有机茶的金属元素及形态分析 禹玉洪 向晓玲 韩小敏 戴荣继 邓玉林 孟薇薇 (北京理工大学生命学院，北京100081) 摘要： 目的分析贵州凤冈富锌有机茶的金属元素及存在形态。方法采用ICP-OES法测定金属元素。结果凤冈有机茶含有丰富的K、Ca、Mg、Mn、Zn、Se、Fe等元素， 未检测到Pb、Cd、As、Hg等重金属成分；茶叶中金属元素的含量不与土壤中的含量成正比关系，茶叶中Mn、K、Ca的含量分别为1.362、1.771和4.573倍；茶水中Mg、Mn、Zn、Cu等元素具有较高的浸出率，均在35%以上。结论凤有机茶机含Zn、Se、Fe等有益元素，是高富锰、钾、钙的植物；茶水中金属元素，大多以可溶有机态存在，有利于人体吸收。 关键词：凤冈富锌有机茶；金属元素；形态分析 茶叶是山茶科植物茶(Camellia sinensis (L.) O. Kuntze)的嫩叶或嫩芽经加工制成的干燥品，具有抗癌、抗衰老、抗辐射、抗氧化、清除人体自由基、降血糖和降血脂等药理活性。茶叶中无机微量元素最少有42种，其中包括必需常量及大量元素： Na、P、Cl、K、Ca、H、C、O、N、S等10种；必需微量元素有Mg、Mn、Cu、Fe、B、Si、Zn、Mo、Mg 等9种；痕量元素有Br、Ru、Sr、Ge等4种。金属元素的不同形态决定其毒性特点和药理特性2 贵州凤冈富锌有机茶产于贵州省——全国唯一兼具低纬度、高海拔、寡日照的盛产有机茶的产区，土壤富含硒、锌、锶等微量元素，是优质茶叶的重要产地。参照《中药药量元素的形态分析》对凤冈茶及土壤中金属元素的含量及形态(包括初级形态、次级形态及分子水平)进行了研究7. 1试验材料 1.1实验仪器 电感耦合等离子发射光谱仪： IRIS Intrepid Ⅱ， 美国热电公司；微波消解仪：Multiwave3000，上海屹尧分析仪器有限公司；精密分析天平： CP225D， d=0.01mg， Sartorius公司。 1.2茶叶 贵州凤冈富锌有机茶：贵州省凤岗县茶园提供； 1.3试药 AmberliteXAD-2大孔网状树脂：购于 Sigma 公司； D-001强酸性阳离子交换树脂：购于北京中北林格生物技术有限责任公司； D-401合合树脂：购于北京中北林格生物技术有限责任公司；微孔过滤膜：孔径0.2pm， 天津腾达科技有限公司；试剂：均为分析纯。 2茶叶及土壤中金属元素种类和含量测定 2.1茶叶样品处理 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http：//www.cnki.net 电子鼻与GC-MS技术分析贵州凤冈有机茶香气成分的对比研究《全国中药创新与研究论坛· 论文集》 李雪春1向晓玲2禹玉洪2韩小敏2戴荣继2盂薇薇2邓玉林21. 解放军防化指挥工程学院2. 北京理工大学生命学院 摘要：目的分析贵州凤冈富锌有机茶的香气成分,并比较电子鼻与GC-MS技术分析茶叶香气成分的优缺点。方法采用电子鼻与GC-MS技术分析茶的香气成分。结果电子鼻技术可以检测到茶叶特征性香气成分的整体变化,可将茶叶与茶水和茶底的香气成分区分开,并可监测茶叶冲泡过程中芳香性成分的溢出动态;GC-MS技术鉴定出贵州风冈茶41种香气化合物,其含量较高的是乙酸顺-3-己烯酯、苯甲酸甲酯、N-苯基-1-萘、3-乙氧基-丙腈、苯酚、3,7-二甲基-1,5,7-辛三烯-3-醇、苯甲醇、1-乙基-2-甲醛基-2-吡咯、香叶醇、橙花醇、2,6-特丁基-对甲酚、正十七烷等,这11种化合物是风冈茶赋香物质的基础,构成其香气的基本成分。结论电子鼻技术检测茶叶香气成分具有样品不需前处理,绿色环保,方便快速和智能化的特点,对未知样品具有人工智能的识别作用,特别适宜大样本的分析检测:GC-MS技术分析准确,提供香气单成分详细信息的特点。 关键词：凤冈富锌有机茶;香气成分;电子鼻;GC-MS;