绿茶中风味检测方案(离子迁移谱仪)

2017年第23期第44卷总第361期广东 化 工www.gdchem.com·19 基于 GC-IMS 技术的绿茶风味鉴别方法可行性的研究 林若川，邓榕，许丽蓉 (厦门华厦学院检验科学与技术系，福建厦门361024) [摘 要]绿茶是指采取茶树的新叶或芽，未经发酵，经杀青、整形、烘干等工艺而制作的饮品，是中国的主要茶类之一，每年产量10万吨。绿茶的味道清淡，香气清新怡人，其香气成分丰富，已知的有52种。不同品种绿茶的香气组成不同，形成了丰富多元的风味，研究绿茶的香气组分，对绿茶的风味鉴别有重要意义。目前对于绿茶香气的分析和研究的方法很多，主要有气相色谱-质谱技术和固相微萃取技术等，但是基于GC-IMS 技术分析绿茶香气物质的研究尚未发现。我们基于 GC-IMS 技术，在相同温度条件下对云雾茶、翠尖茶和龙井茶三种绿茶中的香气物质进行检测，根据图谱数据进行比对，讨论 GC-IMS 技术在绿茶风味分析中的可行性和优势，为绿茶风味分析和鉴别方法的开发和研究提供一个新的思路。 [关键词]GC-IMS；绿茶；风味鉴别 [中图分类号]TQ [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2017)23-0019-03 Feasibility Study of Green Tea Flavor Identification Based on GC-IMS Technology Lin Ruochuan， Deng Rong， Xu Lirong (Xiamen Huaxia Univercity， Department of Science and Technology for Inspection， Xiamen 361024， China) Abstract： Green tea refers to the beverages made of the tea leaves or buds， without fermentation， after finishing， shaping， drying and other processes， which isone of China’s major tea， an annual output of 100 thousand tons. Green Tea taste light， fresh and pleasant fragrance. Its aroma components are rich， there are 52known species by now. The aroma components of different varieties of green tea are different， forming a rich and diverse flavor. It is important to study the aromacomponents of green tea to identify the flavor of green tea. At present， there are many methods for the analysis and research of the aroma of green tea， mainlyincluding gas chromatography-mass spectrometry and solid-phase microextraction. However， the analysis of aroma compounds in green tea has not been found basedon GC-IMS technology. At the same temperature condition， we tested the aroma compounds in three kinds of green tea， Yunwu， Cuijian and Longjing， based on theGC-IMS technique.According to the data of fingerprint， the feasibility and advantages of GC-IMS technology in green tea flavor analysis were discussed. It providesa new idea for the development and research of green tea flavor analysis and identification methods. Keywords： GC-IMS； Green Tea； Flavor Identification 1前言 绿茶是我国饮用最广泛、产量最多的一种茶，又称不发酵茶。将茶树新叶经过摊晾后直接下到热锅中，在200~300℃进行炒制，经过杀青、肉拧、干燥等典型工艺制程。冲泡后茶汤保存了较多的鲜叶内的天然物质，其中茶多酚咖啡碱保存达鲜叶中的85%以上，叶绿素保留达50%左右，维生素损失也较少，从而形成了绿茶“清汤绿叶，滋味收敛性强”的特点，还具有香高、味醇、形美等特点“。此外，绿茶还兼具有改善贫血、护齿明目、抵抗病毒、利尿解乏和提神醒脑的作用2，是广大群众喜爱的健康饮品。 2绿茶的风味分析 绿茶的风味主要通过绿茶中的香气物质体现，绿茶中的香气物质种类繁多，不同品种的绿茶在不同温度下冲泡，其逸散出的风味也大不相同，这是由于不同绿茶中各类香气物质的所占的比例各不相同，使得绿茶的风味体现出多样化。因此，通过绿茶的风味的研究对绿茶的品种鉴别、真伪鉴定具有较高的可行性， 绿茶的香气成分十分丰富，目前确认的52个成分是11种醇、3种醚，12种酮，3种醛，4种酸，11种脂，5种烯，2种烷和1种肼，约占总挥发成分的98%。其中有23个成分含量超过总挥发含量的1%，它们占总挥发含量的85.00%。总挥发成分中有44个含氧化合物，它们占总挥发含量的84.22%。总挥发成分中有6个化合物含量超过了总含量的5%，它们是：3，7-二甲基-1、6-辛二烯-3-醇(15.58%)、十九酸(11.37%)、2，7-二甲基-2，6-辛二烯-1-醇(8.34%)、2-甲醇吠喃(5.87%)、2-苯甲醇(5.60%)、3，7，11，15-四甲基-1-醇(5.44%)。占总挥发性成分的50.39%，是香气的主导成分B。 3 现有的分析方法 3.1气相色谱-质谱技术(GC-MS) 气相色谱-质谱技术(GC-MS)是利用气相色谱-质谱联用仪器分析绿茶的挥发性物质。通过前处理技术提取出绿茶的挥发油脂， 再利用 GC-MS 技术分析绿茶中的挥发性物质的主要成分。 此方法能对茶叶的香气组成物质进行较准确和全面的分析，但需要进行复杂的样品前处理，耗时也较长，对实验场所的要求较高。 3.2固相微萃取-气质联用仪技术 茶叶香气成分的另一种分析方法是固相微萃取--气质联用仪分析方法。这种方法主要考察固相微萃取(SPME)条件(包括萃取涂层类型、萃取温度、样品量和解析时间等)对茶叶中主要香气成分的影响，并确定最佳的 SPME 条件。 固相微萃取(Solid Phase Microextractoin，SPME)是一种新型样品前处理技术，一般是将吸附剂涂附在石英纤维或其他与石英纤维类似的材料表面，然后将其插入样品溶液或气样中，也可以停放在溶液上方，根据“相似相溶”原理，被测物在样品与吸附剂之间进行分配，达到平衡后，将萃取纤维直接插入色谱进样口，萃取纤维上的待测组分被溶剂或热解析后由载气送入色谱柱和检测器进行分离，鉴定4。 与其他常用挥发性化学成分提取技术相比， SPME 具有简便、快捷、经济安全、分析样品使用量少、对被测样品选择性高、溶质更易洗脱、几乎无空白值、重现性好等特点，对这种动态环境下的样品进行检测是一种较好的前处理方法，与 GC-MS 联用可以作为茶叶香气成分检测及其质量评价。 4离子迁移谱仪 离子迁移谱仪(Ion Mobility Speceronmtry，IMS)是一种在大气压或近大气压下，样品分子气化并在电离源的条件下电离成产物离子，根据产物离子在迁移管的迁移时间，对待测物进行检测的仪器。该仪器具有小型化、易携带、操作简便、响应迅速、检测快速等优点，尤其在痕量检测(物质中含量在百万分之一以下的组分的检测方法)中的优势极为突出，检测限可达到至纳克甚至皮克级， 而且是和现场快速检测或分析。 4.1 IMS 基本原理 首先使被检测的样品蒸气或微粒离化形成离子，然后让离子 ( 「收稿日期] 2017-09-27 ) ( [基金项目]2015年福建省教育厅科技项目(JA15876)《基于 GC-IMS 技术对茶叶风味鉴别的研究》 ) ( [作者简介]林若川(1984-05)，男，福建厦门人，讲师，主要研究仪器分析方向。 ) 在一弱电场中产生漂移，并测量出离子通过电场所用的时间，进而根据离子所用的漂移时间可以计算出离子的迁移率(迁移率是指在单位电场强度作用下离子的漂移速度)。由于在一定的条件下，各种物质离子的迁移率互不相同，因而也就导致不同的离子通过电场的漂移时间各不相同。这样，可以根据漂移时间的测量来间接达到对样品的分离和检测。样品在载气气流的带动下，进入离化源气化，在63NI电离源的作用下电离成产物离子，(未电离的样品从出气口抽出)，在均匀电场的作用下，样品离子在迁移管中迁移，由于产物离子的结构、质量、体积和所带电荷等特性差异性，以不同的时间进入法拉第盘，经过放大系统，被收集检测，根据离子特征迁移时间，即可初步判定检测物的种类。 4.2 IMS 优势 气相色谱(GasChromatography)与离子迁移谱的联用技术利用GC 突出的分离特点和 IMS 快速响应、高灵敏度的优势有效地解决了 GC 低鉴别能力和 IMS 对混合物进行检测时存在的交叉灵敏度(cross sensitivity)问题，最后得到保留时间、漂移时间和信号强度的三维谱图，使定性分析更加准 IMS 技术和已经发展成熟的飞行时间质谱分析技术有些类似。 IMS 和早已发展起来的化学分析技术如质谱分析技术(MS)和气相色谱技术(GC)相比， IMS 技术在原理上和它们都有相似之处，但是它更有其自己的独特优点。离子迁移谱仪能在大气压和室温条件下工作，分析时间快，除此之外， IMS 还有诸如灵敏度高， 仪器简单，应用范围广，体积小，重量轻，功耗低等许多优点4。IMS 与质谱分析技术(MS)的区别在于，质谱分析得在高真空条件下进行工作，而 IMS 技术实在大气环境气压条件下进行工作的，同时IMS 技术与气相色谱技术(GC)的分析时间相对比， IMS 技术的分析时间快许多倍。 4.3 GC-MS 与 GC-IMS 的对比 相比于GC-MS 技术， GC-IMS 技术分析绿茶的香气前处理过程更为简洁，几乎不需要过多前处理过程，如果运用在针对绿茶风味的研究上，能够保证绿茶中的香气物质不会因前处理过程而发生改变或流失，更针对性地对绿茶香气物质进行定性和定量分析。达到比 GC-IMS 技术的分析过程更为简便的效果，并缩短检测时间。本实验尝试提出一种基于 GC-IMS 技术的绿茶风味快速鉴别方法，并通过定性实验来讨论其可行性。 5实验部分 我们选择云雾、翠尖和龙井三种绿茶作为分析对象，利用GC-IMS 仪器对其香气物质进行分析：通过香气征图谱比对三种绿茶香气成分的异同，对其进行初步的定性分析。 5.1实验内容 取云雾茶、翠尖、龙井茶叶各2 g，放入20 mL顶空样品瓶中，仪器参数设置如表1，所有样品平行检测3次，所有样品在孵化器内80℃度加热20分钟，之后取顶空样品 250 uL 进样。 Tab.1 Instrument parameter setting 分析时间 色谱柱温度 色谱柱流速 漂流器流速 载气 离子迁移管温度 样品 量 进样 体积 孵化 时间 孵化 温度 参数 25 min 40℃ 50 mL/min 250mL/min N2(99.999%) 45℃ 2g 250 uL 20 min 80℃ 5.2结果分析 性物质。对四张图谱进行对比可以看出：不同品种的绿茶的香气d将空气作为空白样，通过对云雾茶、翠尖茶和龙井茶的图谱 物质成分不同(见图1)。分析，对比其香气成分区别。图谱中的每个信号点表示一种挥发 drift time [ms】 图1 云雾茶、翠尖茶和龙井茶的 GC-IMS 图谱对比 Fig..11 CComparative GC-IMS fingerprints of Yunwu， Cuijian and Longjing 在仪器图谱中，香气物质浓度越高，在图谱中的信号响应越强。不同的香气物质在图谱中的信号位置不同，而同一物质在图谱中相应位置有响应信号。为进一步比对三种绿茶香气物质组成的差异性，我们标识出了其中的8种信号响应强度较强的物质，并作具体对比分析。(如图2) 三种绿茶茶叶中8种物质对比图谱 Fig.22Comparative fingerprints of 8 substances in three kinds ofgreen tea 图中： blank 表示空气(空白样)， tea-A 表示云雾茶茶叶样品， tea-B 表示翠尖茶茶叶样品， tea-C 表示龙井茶茶叶样品。从对比图谱中我们可以看出： (1)三种茶的香气成份中都含有4号物质和7号物质，在云雾茶(tea-A)中这两种物质的信号响应最强，可见两种物质的在云雾(tea-A)中的含量较高，其图谱上的信号也相对明显。翠尖茶(tea-B)中的三种物质信号强度与龙井茶(tea-C)相当，可见翠尖茶(tea-B)与龙井茶(tea-C)的香气中这三种物质含量接近。 (2)2号物质和8号物质在三种茶的图谱中都有响应信号，但相比之下，云雾茶(tea-A)的信号强度最弱。翠尖茶(tea-B)的信号强度最明显，龙井茶(tea-C)略次之，可见在三种茶的香气成分中都存在这两种物质，但翠尖茶(tea-B)和龙井茶(tea-C)样品中这两种物质的含量较高，香气特征较明显。 (3)在云雾茶(tea-A)的图谱中，3号物质、5号物质和6号物质的信号响应很强烈，但在翠尖茶(tea-B)和龙井茶(tea-C)中这三种物质的响应信号很弱，甚至未检测到信号，可见在翠尖茶(tea-B)和龙井茶(tea-C)的香气成份中这三种物质含量极低或不存在。 (4)在翠尖茶(tea-B)和龙井茶(tea-C)中均有1号物质的响应信号，可见在翠尖茶(tea-B)和龙井茶(tea-C)中的香气组成中均有1号物质。在云雾茶(tea-A)的图谱中信号强度很弱，可见云雾茶(tea-A)中1号物质含量极低。 为了便于比较香气物质的信号强度，我们将图谱转换成灰度比较图谱(如图3)。 图3 8种物质灰度图谱比较 Fig.133Comparison of gray scale spectra of 8 substances 图谱中每个格子表示在图谱中我们可以直观的看出，在灰度比较图谱中可以看出云雾茶(tea-A)中这8种物质均有响应信号，而翠尖茶(tea-B)和龙井茶(tea-C)中3号和5号物质响应信号很弱或没有信号，可见这两种物质的含量极低或不存在。对比三种茶叶的香气组成图谱可见，云雾茶(tea-A)的香气物质组成与翠尖茶(tea-B)和龙井茶(tea-C)差异较大，风味区别明显。翠尖茶(tea-B)和龙井茶(tea-C)的香气物质组成十分相似，可见，翠尖茶(tea-B)和龙井茶(tea-C)的风味相似，但是从图谱中我们仍可以看出翠尖茶(tea-B)和龙井茶(tea-C)香气成分的细微差异。 5.3结论 通过 GC-IMS 技术对云雾茶、翠尖茶和龙井茶进行分析，从其图谱中可以初步这三个品种的绿茶香气物质的组成，并且能够清晰比较三种绿茶香气成分的差异，进行初步定性分析，从而实现对绿茶风味的鉴别。GC-IMS 技术用于录茶风味鉴别分析具有可行性，如要进行更准确的分析，还需要进一步进行定量分析。运用 GC-IMS 技术进行绿茶风味鉴别具有以下优势： 第一、相比于其他相似技术， GC-IMS 技术的操作更为简便，不需要对检测物质进行前处理，可直接进行分析，可以减小对样品成分的破坏和改变，简化了检测流程。 第二、GC-IMS 技术在检测过程中，对样品的用量小，且灵敏度高，分析时间短，检测效率高，适于小量样品和微量样品的 (上接第3页) 4讨论 齐墩果酸具有抗肝纤维化、降血脂、降血糖、抗炎等多种生物活性，近年来已逐渐成为国内外学者研究的热点。引入含氟基团并合成了二氟齐墩果酸甲酯，为探讨该化合物的急性毒性，进 检测 第三、GC-IMS 技术可以有效区别香味成分组成相近的样品，对十一-些风味相近的绿茶的区分鉴别具有高精确性。Lo 第四、GC-IMS 将绿茶香气成分形成分析图谱，可以一次性获得所有香气物质的图谱数据，不仅提高检测效率，还有利用进行比较分析。 6总结 GC-IMS 分析技术具有高灵敏度、检测流程简单、分析时间短、进样量小且无需对样品前处理等优势，在食品安全检测领域中已经得到一定运用，但尚未运用于绿茶风味鉴别分析。本实验选取三种绿茶，并运用 GC-IMS 技术对其香气组分进行定性分析，图谱清晰，对比明显。通过初步的定性分析，可以有效区别三种绿茶的品种及其风味差异性。可见，将 GC-IMS 运用于绿茶的分析鉴别具有较高的可行性。若能结合标准物质特征图谱进行定量分析， GC-IMS 可以进一步实现：对同一品种绿茶进行等级鉴定；对不同品种绿茶进行鉴别；绿茶香气添加物检测等检测项目。因此，基于 GC-IMS 分析技术的绿茶风味鉴别方法的研究具有较大的研究延展性，对茶叶品质鉴定有很好的运用前景。 ( 参考文献 ) ( [1]李兰.绿茶提取物的降血糖研究[D].浙江大学，2014 ： 16- 1 7. ) [2]骆萌，邓雄林.茶叶的药理功效[J].茶业科学简报，1994，(1)：27-31. 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