PTR-TOF靠谱系列之“品茶”

茶在我国历史悠久，是茶文化的发源地，有人认为可追溯到上古时期，有“茶之为饮，发乎神农氏”之说。因茶具有特殊的风味和健康效果，茶在全世界范围内也非常流行。日常生活中，人们品茶，更是“品”其香味，可谓“未尝甘露味，先闻圣妙香”。茶水散发的香气对品茶人有着强烈的冲击，从而直接影响人们的感官。我国的茶叶类型非常多，这些不同类型的茶叶的香型也非常多，据不完全统计，有毫香型、嫩香型、花香型、果香型、清香型、火香型、甜香型、陈醇香型、松烟香型等。这些香味据报道有多达700包含了多种挥发性化合物[1]，包括醛类、酮类、酸类、酯类、酚类、含硫化合物等等，如绿茶中具有清香味道的二甲硫（C₂H₆S）、成品茶中具强烈而稳定的令人愉快香气的苯乙酮（C₈H₈O）、成品茶叶挥发的具果实、干果类香气茶螺烯酮（C₁₃H₂₀O₂）等。对这些香味物质的检测手段，主要是利用一维或多维气象分离与质谱相结合的方式来进行（CG-MS或GC×GC-MS）分析离线采集样品，测试中通常需要根据目标风味物质物化性质考虑分离柱的极性和搭配，同时样品分离时间一般在数十分钟以上。

直接进样、快速检测、高质量分辨率的快速质谱检测方式目前报道的相对较少。在此，我们利用Vocus CI-TOF质谱仪对不同类型的茶叶进行了测试（见图1），分别测量了不同茶叶刚泡发时所挥发出来的香味，本次Vocus CI-TOF使用的是质子转移反应电离模式（PTR H₃O⁺模式），茶叶开水泡发之后移至仪器进样口进行直接分析，最大程度减少样品采集中损失以及最大程度模拟人体感官。仪器测量数据采样频率设置为1s/全谱，每组样品的测量时间约为1~2分钟，待样品信号稳定后结束测量并利用除烃空气冲洗进样口，排除样品间残留干扰。本次测试共检测到了百多个变化较明显的信号，我们在此挑选了一些比较有趣的检测结果做进一步解读。

图1. Vocus PTR-ToF质谱仪直接进样检测泡发茶水顶空气体

图2对比了笔者家乡所产的绿茶（a）和某红茶（b）所测到的相对信号。总的来看，绿茶的释放的香气相对简单，Vocus CI-TOF检测到数十个变化比较明显的信号，除了m/Q 63 (C₂H₆SH⁺,二甲硫）的信号较强，其他信号的强度较小，说明绿茶的清香味道主要还是来自于二甲硫，受到其它因子的影响较小；某红茶释放的香味则复杂的多，Vocus PTR-TOF检测到了数百个变化比较明显的信号，且大部分的信号强度都较高。

图2. 某绿茶和某红茶泡出香气的谱图相对信号比较

在本次检测中，我们在某红茶的检测到了一些茶叶中比较明显存在的香味因子。图3是样品中检测到的分子质量比较大的两个物质，这两个因子出现在m/Q 153的位置，两个物质的精确质量分别为m/Q 153.0546和m/Q 153.1274,值得注意的是，区分开这两个因子需要分辨率不低于3000 Th/TH的质谱仪来进行检测，两个因子分别对应的分子式为C₈H₉O₃⁺和C₁₀H₁₇O⁺。C₈H₉O₃⁺对应的可能物质为香草醛；C₁₀H₁₇O⁺对应的可能物质为薄荷酮或茴香酮。

图3. Vocus PTR-TOF在m/Q 153处检测到的物质谱图

此外，还检测到了乙酸（C₂H₆O₂）、苯乙酮（C₈H₈O）、丁香酚（C₁₀H₁₂O₂）、 茶螺烯酮（C₁₃H₂₀O₂）等茶叶中常见物质。

Vocus PTR-TOF直接进样，广谱物质检测的能力，秒级响应的高时间分辨率、以及pptv-级别超低检测限、为茶样风味物质的快速全面检测分析和样品筛查提供了新的检测思路。

[1] Zhai, X., Zhang, L., Granvogl, M., Ho, C.-T. and Wan, X.: Flavor of tea (Camellia sinensis): A review on odorants and analytical techniques, Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 21, 5, 3867-3909, https://doi.org/10.1111/1541-4337.12999, 2022.