CN103076411A - 一种测定茶叶中香气组分的分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种测定茶叶中香气组分的分析方法，采用顶空-固相微萃取，并运用气相色谱质谱联用结合Kovats保留指数分析方法，采用50/30μmDVB/CAR/PDMS型固相微萃取头，优化了HS-SPME参数，建立自动质谱解卷积定性系统结合KI并建立茶叶香气图谱库的分析方法进行分析。本发明提供的分析方法较传统茶叶香气分析更准确、高效、灵活、全面，可有效运用于茶叶中香气组分的鉴定定性和定量分析。

Description

一种测定茶叶中香气组分的分析方法

技术领域

本发明属茶叶分析检测技术领域，涉及一种测定茶叶中香气组分的分析方法。

背景技术

茶叶香气作为茶叶观感审评的重要组成部分，其作为影响茶叶品质的一个标准，对其分析研究越来越被人们所重视。目前为止，已从各种茶叶中分离出700多种香气物质，包括醇、醛、酮、酯、酸、氮等十余大类化合物。茶叶香气由各种挥发性风味化合物（Volatile FlavourCompounds VFC)组成，不同茶叶品种和生长环境、不同的加工工艺及时间和不同的存储方法都会对这些化合物组分和含量造成较大差异，且部分化合物产生过程和机理复杂。因此建立一种能对这些挥发性风味化合物组分进行准确定性和定量的方法显得尤为重要。

常用的香气提取方法有：萃取法（固-液萃取如索氏抽提法，液-液萃取如用Dean star装置萃取）、超临界流体萃取法（Supercritical Fluid Extraction Method，简称SFE法）、同时蒸馏萃取法（Simultaneous Distillated Extraction Method，简称SDE法）、减压蒸馏萃取法（VacuumDistillation Extraction Method，简称VDE法）和顶空吸附法（Headspace Absorb Method，简称HAS法）等，这些提取方法不同程度的存在某些缺点，例如耗时太多、提取成本太高、操作时对部分香气组分的损失或有些组分根本无法提取等。

固相微萃取技术(solid phase microextraction,SPME)是集提取、净化、浓缩、进样为一体的联用技术，以无溶剂、方便、快速等优势在分析化学的许多领域得到广泛应用。衍生化顶空-固相微萃取（Headspace-solid phase microextraction,HS-SPME)是这一技术的最新发展，该技术对那些水溶性强、无挥发性毒物的快速提取分析十分有效，且能诱导待测物的挥发性并降低其极性,其优势在于能提高待测物在涂层/气相、气相/液相间的分配系数，从而提高SPME的萃取效率和灵敏度。该技术操作简单，条件温和，能杜绝溶剂带来的污染，与茶叶感官评审相关性较好，所得到的香气成分与人体嗅觉所感觉到的气味最接近。

萃取头上萃取纤维的涂层作为SPME核心，其具备以下特点，对目标物有一定的萃取富集能力，即有较大的分配系数；要有合适的分子结构，能使目标物较快地从涂层上解吸下来；涂层要有热稳定性好、耐溶剂、耐酸碱等。

目前常见的涂层有聚二甲基硅氧烷(PDMS)；聚丙烯酸酯(PA)；二乙烯基苯(DVB)；羧乙基(CAR)；聚乙二醇(PEG)；模板树脂(TPR)等及其复合材料。商品涂层种类有限，选择性较差，而且不同涂层对不同结构分子的富集能力差异较大，因此选择适合茶叶香气组分采集的萃取头具有重要意义。

自动质谱去卷积鉴定系统(Automated Mass Spectral Deconvolution & IdentificationSystem，AMDIS)是美国国家标准与技术研究院(NIST)开发的一种能够对GC-MS测试所得谱图中所有谱峰在同次扫描进行自动筛查鉴定是否有目标化合物存在的应用软件。AMDIS能有效的优化全扫描总离子流色谱图(TIC图)，自动筛查鉴定目标化合物并计算出该化合物Kovats保留指数，自行建立所需图谱库。AMDIS较传统的TIC图逐个进行比较及NIST谱库检索匹配分析更为精确、高效和全面。尤其是大多数TIC图往往较为复杂，AMDIS能够从大的背景干扰质谱中及共流物掩盖质谱中鉴定目标物，能够可靠鉴定很低信号水平的目标物。

发明内容

本发明的目的是提供一种测定茶叶中香气组分的分析方法，采用顶空-固相微萃取对茶叶香气进行捕集，并运用气相色谱质谱联用（GC-MS)结合Kovats保留指数及自动质谱解卷积定性系统(AMDIS）进行茶叶香气组分的定性鉴定分析和相对定量分析。具体通过以下步骤实现：

（1）采用顶空-固相微萃取对茶叶香气进行捕集：称取茶叶5g-15g，加沸水10ml-40ml，水浴温度40℃-70℃，待茶样浸水平衡5min后，将萃取头插入500ml采样瓶，静态顶空固相微萃取，萃取时间范围30min-60min，GC-MS进样时间为3min，其中顶空-固相微萃取采用50/30μm DVB/CAR/PDMS型固相微萃取头；所述采样瓶由瓶盖1；萃取针体2；密封圈3；橡胶垫片4；萃取针头5；集气瓶体6构成。

（2）运用气相色谱质谱联用（GC-MS）结合Kovats保留指数及自动质谱解卷积定性系统(AMDIS）进行茶叶香气组分的定性鉴定分析和相对定量分析。

GC-MS条件：载气He，流速为1mL/min；色谱柱：Agilent DB-5MS(60m×0.32mm，0.25μm)；进样方式：不分流；模式：恒流；柱温梯度条件：初始温度50℃，保持5min，以3℃/min的速率升温至180℃，保持2min；再以10℃/min的速率升温至250℃，保持3min；

质谱条件中四极杆；扫描方式：全扫描；质量范围：50～600u；电子轰击离子源(electronimpact，EI)，温度230℃，电子能量70eV；

香气组分的定性鉴定分析和相对定量分析数据处理都由自动质谱解卷积定性系统(AMDIS）完成。

定性鉴定分析：利用经AMDIS对正构烷烃标准样品和茶叶中常见的香气组分如香叶醇、丁香烯、顺己酸-3-己烯酯、β-紫罗酮等标准样品进行分析计算Kovats保留指数，并建立茶叶香气图谱库。运用所建立图谱库对茶叶香气组分进行定性鉴定分析，较常规检索NIST谱图库，该方法定性准确度大大提高。

定量分析：选择葵酸乙酯内标，在香气采集瓶中的浓度为5gm/ml，利用峰面积归一法，计算各组分百分含量，实现香气组分的相对定量。计算公式如下：

$m_i=\frac{A_i}{A_1+A_2+\·\·\·+A_n}\×100\%=\frac{A_i}{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}A}\×100\%$

其中m_i表示目标化合物占总香气组分百分含量，A_i表示目标化合物TIC图谱中的峰面积，

表示所有香气组分在TIC图谱峰面积总和。

本发明的有益效果是：（1）本发明建立了一种从茶叶中香气的捕集到图谱解析高效、精确、灵活、全面的分析方法。（2）顶空-固相微萃取技术集提取、净化、浓缩、进样为一体的联用技术，以无溶剂、方便、快速，而且该技术操作简单，条件温和，能杜绝溶剂带来的污染，与茶叶感官评审相关性较好，所得到的香气成分与人体嗅觉所感觉到的气味最接近，非常适合用于茶叶香气的捕集，是一种比较理想的茶叶香气分析前处理方法。（3）在GC-MS谱图分析过程中，利用经AMDIS对正构烷烃标准样品和茶叶中常见的香气组分标准样品进行分析计算Kovats保留指数，并建立茶叶香气图谱库，再运用所建立图谱库对茶叶香气组分进行定性鉴定分析和定量分析。比较传统的TIC图逐个进行比较及NIST谱库检索匹配分析更为精确、高效和全面。尤其是大多数TIC图往往较为复杂，AMDIS能够从大的背景干扰质谱中及共流物掩盖质谱中鉴定目标物，能够可靠鉴定很低信号水平的目标物。AMDIS还可以自动识别重叠的色谱峰并将其与目标谱库进行匹配，为重叠峰的定性提供了直观的鉴别依据。（4）针对茶叶中各种挥发性风味化合物组分测定，采用顶空-固相微萃取（HS-SPME)进行香气捕集，并对HS-SPME技术参数加以优化和对萃取头涂层材料进行筛选。在GC-MS谱图分析过程中，利用经AMDIS对正构烷烃标准样品和茶叶中常见的香气组分标准样品进行分析计算Kovats保留指数，并建立茶叶香气图谱库，再运用所建立图谱库对茶叶香气组分进行定性鉴定分析和定量分析。建立了一种从茶叶中香气的捕集到图谱解析高效、精确、灵活、全面的分析方法。

附图说明

图1是采样瓶结构示意图。

图2是正构烷烃标准样品TIC图谱。

图3是龙井茶TIC图谱。

图4是铁观音TIC图谱。

图5是红茶TIC图谱。

具体实施方式

本发明结合附图和具体实施例作进一步的说明。

实施例1 龙井茶香气分析

经发明人大量实验后，优化条件和参数如下：

为得到顶空-固相微萃取参数，经发明人对比实验分析后发现茶叶称取量10g，加水30ml，水浴温度60℃为最优，该条件下茶叶中主要香气组分仪器响应值最高，峰型效果最佳。

顶空-固相微萃取条件：称取龙井茶样10g，加30ml沸水，轻轻摇匀使茶样浸润，置于60℃水浴锅，平衡5min后，将萃取头插入制500ml采样瓶（参见图1）静态顶空固相微萃取60min。所述采样瓶由瓶盖1；萃取针体2；密封圈3；橡胶垫片4；萃取针头5；集气瓶体6构成。

萃取头筛选：采用50/30μm DVB/CAR/PDMS型固相微萃取头，GC-MS进样时间为3min时，茶叶中关键香气组分化合物响应值最高。其中萃取头第一次使用时在进样口270℃老化1小时，以后使用前在上述温度老化3min以去除杂质。

气相色谱质谱条件：载气：He，流速为1mL/min；色谱柱：Agilent DB-5MS(60m×0.32mm，0.25μm)；进样方式：不分流；模式：恒流；柱温梯度条件：初始温度50℃，保持5min，以3℃/min的速率升温至180℃，保持2min；再以10℃/min的速率升温至250℃，保持3min。

质谱条件：四极杆；扫描方式：全扫描；质量范围：50～600u；电子轰击离子源(electronimpact，EI)，温度230℃，电子能量70eV。

图谱解析和数据处理由自动质谱解卷积定性系统(AMDIS）完成。

定性鉴定分析：利用经AMDIS对正构烷烃标准样品和茶叶中常见的香气组分如香叶醇、丁香烯、顺己酸-3-己烯酯、β-紫罗酮等标准样品进行分析计算Kovats保留指数，并建立茶叶香气图谱库。AMDIS使用方法分步骤如下：1.对C8-C20正构烷烃标准样品TIC图谱进行分析，校准C8-C20的Kovats保留指数（KI）分别为800-2000，参见图2；2.分别对茶叶中常见的香气组分标准样品TIC图谱进行分析，计算出KI并建立茶叶香气图谱库；3.利用AMDIS对未知样品TIC图谱通过纯化后结合KI和茶叶香气图谱库进行精确定性分析，图3为龙井茶TIC图谱。

定量分析：选择葵酸乙酯内标，在香气采集瓶中的浓度为5gm/ml，利用峰面积归一法，计算各组分百分含量，实现香气组分的相对定量。利用手动和自动积分相结合计算目标化合物分面积，运用如下公式：

$m_i=\frac{A_i}{A_1+A_2+\·\·\·+A_n}\×100\%=\frac{A_i}{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}A}\×100\%$

结果鉴别39种不同香气主要组分，参见表1。

表1：龙井茶香气组分名称及相对含量

实施例2 铁观音香气分析

如实施例1所描述，顶空-固相微萃取条件：称取铁观音茶样15g，加40ml沸水，轻轻摇匀使茶样浸润，至于70℃水浴锅，平衡5min后，将萃取头插入500ml采样瓶静态顶空固相微萃取50min。

萃取头筛选：采用50/30μm DVB/CAR/PDMS型固相微萃取头，GC-MS进样时间为3min。气相色谱质谱条件和质谱条件及分析方法亦如实施例1所述。

结果鉴别40种不同香气主要组分，参见表2，定性结果参见图4。

表2：铁观音香气组分名称及相对含量

实施例3 红茶香气分析

如实施例1所描述，顶空-固相微萃取条件：称取铁观音茶样5g，加10ml沸水，轻轻摇匀使茶样浸润，至于40℃水浴锅，平衡5min后，将萃取头插入500ml采样瓶静态顶空固相微萃取40min。

萃取头筛选：采用50/30μm DVB/CAR/PDMS型固相微萃取头，GC-MS进样时间为3min。气相色谱质谱条件和质谱条件及分析方法亦如实施例1所述。

结果鉴别40种不同香气主要组分，参见表3，定性结果参见图5。

表3：红茶香气组分名称及相对含量

Claims (4)

1.一种测定茶叶中香气组分的分析方法，其特征在于，采用顶空-固相微萃取对茶叶香气进行捕集，并运用气相色谱质谱联用结合Kovats保留指数及自动质谱解卷积定性系统进行茶叶香气组分的定性鉴定分析和相对定量分析，具体通过以下步骤实现： 

（1）采用顶空-固相微萃取对茶叶香气进行捕集：称取茶叶5g-15g，加沸水10ml-40ml，水浴温度40℃-70℃，待茶样浸水平衡5min后，将萃取头插入采样瓶，静态顶空固相微萃取，萃取时间范围30min-60min，气相色谱质谱联用进样时间为3min，其中顶空-固相微萃取采用50/30μm DVB/CAR/PDMS型固相微萃取头；

（2）运用气相色谱质谱联用结合Kovats保留指数及自动质谱解卷积定性系统进行茶叶香气组分的定性鉴定分析和相对定量分析；

气相色谱质谱联用条件：载气He，流速为 1mL/min；色谱柱：Agilent DB-5MS，60m × 0.32mm，0.25μm；进样方式：不分流；模式：恒流；柱温梯度条件：初始温度 50℃，保持 5min，以3℃/min 的速率升温至 180℃，保持2min；再以10℃/min 的速率升温至 250℃，保持3min；

    质谱条件中四极杆；扫描方式：全扫描；质量范围：50～600u；电子轰击离子源，温度230℃，电子能量 70eV；

定性鉴定分析：利用经自动质谱去卷积鉴定系统对正构烷烃标准样品和茶叶中的香气组分标准样品进行分析计算Kovats保留指数，并建立茶叶香气图谱库，运用所建立的图谱库对茶叶香气组分进行定性鉴定分析；

定量分析：选择葵酸乙酯内标，在香气采集瓶中的浓度为5gm/ml，利用峰面积归一法，计算各组分百分含量，实现香气组分的相对定量。

2.根据权利要求1所述的一种测定茶叶中香气组分的分析方法，其特征在于，步骤（2）所述香气组分选用香叶醇、丁香烯、顺己酸-3-己烯酯或β-紫罗酮。

3.根据权利要求1所述的一种测定茶叶中香气组分的分析方法，其特征在于，香气组分的定性鉴定分析和相对定量分析数据处理都由自动质谱解卷积定性系统完成。

4.根据权利要求1所述的一种测定茶叶中香气组分的分析方法，其特征在于，定量分析峰面积归一法计算公式为：

其中m_i表示目标化合物占总香气组分百分含量，A_i表示目标化合物TIC图谱中的峰面积，

表示所有香气组分在TIC图谱峰面积总和。

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