CN105548336A - 一种测定乌龙茶香气物质的分析方法 - Google Patents

一种测定乌龙茶香气物质的分析方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种测定乌龙茶香气物质的分析方法，其中所述的方法通过采用质子转移反应-质谱(PTR-MS)检测茶叶的各种挥发性香气物质。更进一步地，采用Pirouette统计分析软件，对质子转移反应-质谱(PTR-MS)检测茶叶的各种挥发性香气物质获得检测数据进行统计分析，判别茶叶的种类和/或品质。本发明所述的分析方法准确可靠，快速便捷，对茶叶中挥发的香气物质无破坏，适合用于乌龙茶香气物质的测定，以及对茶叶的种类和/或品质的判别。

Description

一种测定乌龙茶香气物质的分析方法
技术领域
本发明涉及食品分析检测领域，更具体地涉及一种测定乌龙茶香气物质的分析方法。
背景技术
茶是中国历史悠久的饮品，其根据不同的分类角度(工艺方法、颜色、季节、产地、品种等等)可以有不同的分类方法。如根据制备工艺的不同可以分为不发酵的绿茶、轻发酵的清茶、重(半)发酵的乌龙茶和全发酵的红茶四类；根据以色泽分类可分为绿茶、白茶、青茶、黑茶、黄茶和红茶；根据以季节分类春茶、夏茶、秋茶和冬茶等。
然而茶叶具有特征香气物质，这些香气物质是茶青原料在制茶过程中进行复杂的生化反应而产生的，由含量少而种类繁多的挥发性物质组成，包括烃、醇、醛、酮、酸、酯、酚、氧化物、硫化物、氮化物等。每种不同的茶叶的特征香气物质的其主要化学成分是不相同的，并随着茶类、品种、产地、制作工艺的不同而有较大的区别。而这些香气物质是茶叶品质的重要因子，是构成茶叶表征属性的重要因素。因此，准确测定不同茶叶香气物质，进而判断茶叶的种类和品质是必要的。
质子转移反应质谱(PTR-MS)是近年来兴起的一种痕量挥发性有机物在线检测技术，由高纯水挥发的水蒸汽通过电离源区域时，经空心阴极放电产生大量的H3O+离子，与挥发性有机化合物碰撞，发生质子转移，这些质子化的样品分子通过质谱检测得到有机物的分子量，并可利用化学反应动力学原理给出有机物浓度信息。PTR-MS无需样品预处理和色谱分离，可在秒量级的时间内获得PPT量级的检测灵敏度。PTR-MS是一种非常软的化学电离方法，这就使得大部分的离子碎片都被抑制了，得到的质谱图非常清楚，易于识别，不需对照品，可进行绝对量测定。近年来，这种技术已被用于进行奶酪蔬菜、谷物食品等表征属性的识别研究，并取得了良好效果。
当前在国内外，茶叶品质和分类在大多数情况下是通过人的感官评定的，由于人的感官容易受到外界条件变化和自身情绪变化会影响，从而影响评定结果的准确性，不能准确评估茶叶的品质或分类。
专利文献CN101487825A公开一种识别茶叶种类和/或等级的方法，是用HERACLESElectronicNose对待测茶叶的种类和/或等级进行识别；所述HERACLESElectronicNose的进样口温度为250-300℃；检测器温度为280-300℃；检测柱升温程序为：40℃保留1-10s，以1-10℃/s的速度升温到260℃保留1-15s；进样时间为20-100s；进样方式为顶空气进样；顶空气发生温度为80-100℃；顶空气发生时间为20-40min；顶空气进样量为3mL-5mL。所述方法采用顶空技术检测茶叶中的挥发物质，由于采用较高的进样温度容易导致茶叶原有香气物质的破坏，不能有效的检测茶叶原有香气物质的组成成分。
因此，提供一种准确可靠，快速便捷的检测茶叶香气物质，判别茶叶和/或的方法是必要的。
发明内容
发明概述
本发明提供一种新的检测乌龙茶香气物质的分析方法，所述方法通过采用质子转移反应-质谱(PTR-MS)检测茶叶的各种挥发性香气物质。
进一步地，采用Pirouette统计分析软件，对质子转移反应-质谱(PTR-MS)检测茶叶的各种挥发性香气物质获得检测数据进行统计分析，判别茶叶的种类和/或品质。
Pirouette软件是美国Infometrix公司(InfometrixInc.,Woodinville,WA,USA)研发的化学计量学多元数据分析软件，主要功能是对大量的、多因素的检测数据进行数据探索、多元回归分析、预测、分类、模式识别、混合分析等，是在一个软件中就可以实现多种计量学分析方法建模和预测的工具，是目前国际上最全面的化学计量学软件包。软件包括偏最小二乘法分析(PLS)、偏最小二乘判别分析(PLS-DA)、主成分回归分析(PCR)、经典最小二乘法分析(CLS)、K最近邻法(KNN)、SIMCA分类法、主成分分析(PCA)等模块。主成分分析(PrincipalComponentAnalysis，PCA)，将多个变量通过线性变换以选出较少个数重要变量的一种多元统计分析方法，又称主分量分析。
本发明提供的检测乌龙茶香气物质的分析方法和判别茶叶的种类和/或品质的方法具有准确可靠，快速便捷，对茶叶中挥发的香气物质无破坏等优点。
发明详述
本发明提供的一种检测乌龙茶香气物质的分析方法，包括以下步骤：
1)准确称取一定质量的茶叶样品，置于带盖螺纹玻璃瓶中；
2)将带盖螺纹玻璃瓶置于恒温水浴振荡器(顶空气发生装置)中一定温度下恒温一段时间，让玻璃瓶上部香气挥发物质保持平衡；
3)转移至液显水浴控温器中，玻璃瓶与质子转移反应-质谱(PTR-MS)的进样口瓶盖相连接，让其香气挥发物漂移至质子转移反应-质谱(PTR-MS)进行检测，每个样品连续扫描一定次数，取样品质谱数据平均值；
4)样品平均值减去空白平均值得到质子转移反应-质谱(PTR-MS)检测数据；
其中，所述的空白平均值是每次检测样品前连续扫描空气，取质谱数据进行平均得到；每个样品独立检测3次。
本发明所述的茶业样品可以是干茶叶样品，也可以是用水提取待测茶叶得到的提取液。
在一些实施例中，本发明所述的分析方法进样方式可以采用顶空进样的模式，进样时间可为1-120s，顶空气进样体积1mL-5mL；在一些实施例中进样时间是30s，顶空进样体积是3mL；在一些实施例中进样时间是60s，顶空进样体积是2mL；在一些实施例中进样时间是120s，顶空进样体积是5mL。
在一些实施例中，本发明所述分析方法中准确称取的茶叶是1-10g；在一些实施例中是1g、2g、3g、5g、7g或10g；在一些实施例中是5g。
在一些实施例中，本发明所述分析方法中恒温水浴的温度是40℃-120℃；在一些实施例中是40-80℃；在一些实施例中是80-120℃；在一些实施例中是25℃-50℃；在一些实施例中是25℃、30℃、35℃、40℃、45℃或50℃；在一些实施例中是45℃。
在一些实施例中，本发明所述分析方法进行恒温水浴的时间是1-40min；在一些实施例中是1min、5min、10min、20min、30min或40min；在一些实施例中是30min。
在一些实施例中，PTR-MS的进样口温度可为40-180℃；在一些实施例中是40-80℃；在一些实施例中是80-180℃；在一些实施例中是40℃、60℃、80℃、90℃或100℃；在一些实施例中是60℃。
在一些实施例中，PTR-MS的进样系统流速是50-800sccm；在一些实施例中是50-300sccm；在一些实施例中是300-800sccm；在一些实施例中是100sccm、150sccm、200sccm、300sccm或500sccm；在一些实施例中是300sccm。
在一些实施例中，本发明所述分析方法进行质谱扫描的范围是0-100m/z、0-150m/z、0-200m/z或0-300m/z；在一些实施例中是0-200m/z。
在一些实施例中，本发明所述分析方法进行质谱扫描的次数是3-10次；在一些实施例中是3次、5次、7次或10次；在一些实施例中是5次。
在一些实施例中，本发明所述分析方法进行质谱扫描的时间是20s-50s；在一些实施例中是20s、30s、40s或50s；在一些实施例中是30s。
在一些实施例中，本发明所述的质子转移反应-质谱(PTR-MS)是IONICONPTR-QMS300质谱仪。
在一些实施例中，本发明提供的一种检测乌龙茶香气物质的分析方法，包括以下步骤：
1)准确称取一定质量的茶叶样品，置于带盖螺纹玻璃瓶中；
2)将带盖螺纹玻璃瓶置于恒温水浴振荡器(顶空气发生装置)中一定温度下恒温一段时间，让玻璃瓶上部香气挥发物质保持平衡；
3)转移至液显水浴控温器中，玻璃瓶与IONICONPTR-QMS300质谱仪的进样口瓶盖相连接，让其香气挥发物漂移至IONICONPTR-QMS300质谱仪进行检测，每个样品连续扫描5次，取后3次扫描的样品质谱数据的平均值；
4)样品平均值减去空白平均值得到质子转移反应-质谱(PTR-MS)检测数据；
其中，所述的空白平均值是每次检测样品前连续扫描空气5次，取后3次扫描的空气质谱数据的平均值；每个样品独立检测3次；
检测条件如下：
茶叶称样：5g；
恒温水浴温度：45℃；
水浴时间：30min；
进样时间：30s
进样口温度：60℃
进样体积：3mL
进样系统流速：300sccm
质谱扫描范围：0-200m/z；
扫描次数：5次；
扫描时间：30s。
进一步地，可以采用Pirouette统计分析软件，对质子转移反应-质谱(PTR-MS)检测茶叶的各种挥发性香气物质获得的检测数据进行统计分析，判断茶叶的种类和/或品质。
在一些实施例中，通过采用本发明所述的分析方法检测不同茶叶样品(如不同产地、不同品种、不同等级、不同生产工艺或不同季节等的茶叶)，获取PTR-MS检测数据，然后采用Pirouette统计分析软件对检测数据进行统计分析，判断区分出不同茶叶的种类和/或品质。
在一些实施例中，Pirouette统计分析软件以偏最小二乘法分析(PLS)模块对检测数据进行统计分析。
在一些实施例中，Pirouette统计分析软件以偏最小二乘判别分析(PLS-DA)模块对检测数据进行统计分析。
在一些实施例中，Pirouette统计分析软件以主成分分析(PrincipalComponentAnalysis，PCA)模块对检测数据进行统计分析。
不同的乌龙茶茶叶样品(如大红袍和铁观音)由于含有不同的挥发性香气物质，经过质子转移反应-质谱(PTR-MS)检测，在质谱扫描范围内，根据样品的不同其检测图谱上会出现了大量的质荷比(m/z)不同的响应峰，响应值有高有低，分别对应于不同的化合物。各种茶叶样品在质谱检测结果上存在差异，这些不同是根据茶叶香气物质质子转移反应-质谱(PTR-MS)检测结果进行统计分析，然后对茶叶种类和/或品质进去分类的基础。
附图说明
图1示实施例1中检测条件1的铁观音茶叶样品的PTR-MS检测质谱图；
图2示实施例1中检测条件2的铁观音茶叶样品的PTR-MS检测质谱图；
图3示实施例1中检测条件3的铁观音茶叶样品的PTR-MS检测质谱图；
图4示实施例1中检测条件4的铁观音茶叶样品的PTR-MS检测质谱图；
图5示实施例1中检测条件5的铁观音茶叶样品的PTR-MS检测质谱图；
图6示实施例1中检测条件6的铁观音茶叶样品的PTR-MS检测质谱图；
图7示实施例2中铁观音样品的PTR-MS检测质谱图；
图8示实施例2中大红袍样品的PTR-MS检测质谱图；
图9示实施例2中铁观音样品质谱图减大红袍样品质谱图获得的差别图谱；
图10示实施例3中不同产地的乌龙茶检测结果主成分分析的三维图谱；
图11示实施例4中同一种生产工艺的不同品种茶叶检测结果主成分分析图谱；
图12示实施例4中不同等级铁观音样品检测结果偏最小二乘法分析图谱；
图13示实施例4中不同等级色种样品检测结果偏最小二乘法分析图谱。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面进一步披露一些非限制实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明所使用的试剂均可以从市场上购得或者可以通过本发明所描述的方法制备而得。
实施例1不同检测条件的对比
准确称取一定质量的八马公司的一级铁观音茶叶样品，于250mL的带盖螺纹玻璃瓶中，放置于恒温水浴振荡器中一定温度下恒温一段时间，让玻璃瓶上部香气挥发物保持平衡后，转移至液显水浴控温器中，玻璃瓶与质子转移反应质谱仪(奥地利IONICON公司，PTR-QMS300)的进样口瓶盖相连接，让其香气挥发物漂移至质子转移反应质谱仪(奥地利IONICON公司，PTR-QMS300)进行检测。按照本发明所述的分析方法，根据以下检测条件参数，见表1，分别进行样品检测，记录质子转移反应-质谱(PTR-MS)检测质谱图谱。不同参数条件(1-6)的检测结果见图1-图6。
表1检测条件参数
由图中数据可知，在条件4的检测参数下，PTR-MS的图谱响应值最大，图谱信息最为丰富，检测到的物质最多。
实施例2铁观音与大红袍检测图谱对比
准确称取铁观音和大红袍茶叶样品各5g，分别置于250mL的带盖螺纹玻璃瓶中，放置于恒温水浴振荡器中45℃温度下恒温30min，让玻璃瓶上部香气挥发物保持平衡后，转移至液显水浴控温器中，玻璃瓶与质子转移反应质谱仪(奥地利IONICON公司，PTR-QMS300)的进样口瓶盖相连接，让其香气挥发物漂移至质子转移反应质谱仪(奥地利IONICON公司，PTR-QMS300)，分别对铁观音和大红袍茶叶样品进行检测，进样时间是30s，进样口温度是60℃，进样体积是3mL，进样系统流速是300sccm，扫描范围是0-200m/z，每个样品扫描5次，每次扫描30s，取后3次扫描质谱数据进行平均。在每个样品检测前按照样品扫描的检测参数连续扫描空气5次，取后3次扫描质谱数据进行平均获取空白。铁观音和大红袍的检测结果分别扣除空白后获得。分别记录铁观音样品的质谱图(图7)和大红袍样品的质谱图(图8)。以铁观音质谱图减去大红袍质谱图，获得两者质谱图的差别图谱(图9)，可以看出茶叶存在品种差别时，经过本发明所述的方法检测后，经过分析对比具有明显的区别。
实施例3茶叶的产地分析判别
取包括产地为武夷山的闽北乌龙茶和产地为安溪的闽南乌龙茶。闽北乌龙茶分别为四个品种的高中低三个档次的3个样品，共12个样品；闽南乌龙茶包括四个品种，分别来自三个茶叶公司，共12个样品，详细信息见表2。按本发明所述的分析方法，参考实施例2的分析检测条件进行检测，每个样品单独检测3次，然后用Pirouette统计分析软件对每个样品质荷比(m/z)(26-160m/z)的PTR-MS检测响应值进行分析，以主成分分析法(PCA)模块或偏最小二乘判别分析(PLS-DA)模块进行统计分析。
表2
实验对两个产地的茶叶进行统计分析，分别进行主成分分析(PCA)模拟，偏最小二乘判别分析(PLS-DA)模拟。在三维图谱(图10)为不同产地的乌龙茶主成分分析(PCA)模型，三维图谱中闽北武夷山乌龙茶和闽南安溪乌龙茶可明显的分为两组。
采用偏最小二乘判别分析(PLS-DA)模拟时，二者也可完全分为两组。
实验结果表明，通过本发明所提供的测定乌龙茶香气物质的分析方法，采用质子转移反应-质谱(PTR-MS)检测茶叶的香气物质，再用Pirouette统计分析软件，以主成分分析法(PCA)模块或偏最小二乘判别分析(PLS-DA)模块进行统计分析，可以实现不同产地乌龙茶的判别。
实施例4茶叶的品种、等级或生产工艺分析判别
取有来自八马茶叶公司的五个标准等级的铁观音和色种标准样品，工艺分别为清香型和浓香型，共20个样品，详细信息见表3。另有安溪市场上流通的春茶和秋茶样品，共20个样品。按本发明所述的分析方法，参考实施例2的分析检测条件进行检测，每个样品单独检测3次，然后用Pirouette统计分析软件对每个样品质荷比(m/z)(26-160m/z)的PTR-MS检测响应值进行分析。
表3
采用主成分分析法(PCA)模块进行统计分析，结果如图11所示，同一种生产工艺的不同品种茶叶可以进行识别，如浓香型铁观音和色种分为两组，清香型的铁观音和色种也可分为两组。
采用偏最小二乘法(PLS)模块进行统计分析。结果如图12和13所示，其中图12为五个等级铁观音样品，图13为五个等级色种样品，其中横坐标为茶叶实际五个等级，纵坐标为PLS模拟计算等级，二者具有非常良好的拟合度，线性关系接近1，误差小于0.1。
因此实验结果表明，通过本发明所提供的测定乌龙茶香气物质的分析方法，采用质子转移反应-质谱(PTR-MS)检测茶叶的香气物质，再用Pirouette统计分析软件，以主成分分析法(PCA)模块或偏最小二乘法(PLS)模块进行统计分析，可以实现同一产地(安溪)不同等级、品种(铁观音和色种)或不同生产工艺的乌龙茶(清香型和浓香型)的识别。
综上实施例所述，本发明提供的一种检测乌龙茶香气物质的分析方法，分别对产地为武夷山的闽北乌龙茶代表性四个品种、产地为安溪的闽南乌龙茶代表性四个品种、八马茶叶公司的两个品种、两种工艺五个等级的20个代表性标准茶叶样品进行了采用质子转移反应-质谱(PTR-MS)检测茶叶的香气物质，通过Pirouette化学统计学软件分别建立了产地、品种、工艺、等级的识别模型，实现了乌龙茶表征属性的识别。
可见本发明所述的方法是准确可靠，快速便捷，对茶叶中挥发的香气物质无破坏的,能准确判别不同的茶叶。
本发明的方法已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明内。

Claims (9)

1.一种检测乌龙茶香气物质的分析方法，包括以下步骤：
1)准确称取一定质量的茶叶样品，置于带盖螺纹玻璃瓶中；
2)将带盖螺纹玻璃瓶置于恒温水浴振荡器中一定温度下恒温一段时间，让玻璃瓶上部香气挥发物质保持平衡；
3)转移至液显水浴控温器中，玻璃瓶与质子转移反应-质谱仪器的进样口瓶盖相连接，让其香气挥发物漂移至质子转移反应-质谱仪器进行检测，每个样品连续扫描一定次数，取样品质谱数据的平均值；
4)样品平均值减去空白平均值得到质子转移反应-质谱检测数据；
其中，所述的空白平均值是每次检测样品前连续扫描空气，取质谱数据进行平均得到；每个样品独立检测3次。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述的准确称取一定质量的茶叶样品是1-10g。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述的恒温水浴的温度是25℃-50℃，恒温水浴的时间是1-40min。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述的质子转移反应-质谱仪器是IONICONPTR-QMS300质谱仪，进样时间是30s，进样体积是3mL，进样温度是60℃，进样系统流速是300sccm，质谱扫描范围是0-200m/z，扫描次数是5次，每次扫描时间是30s。
5.一种检测乌龙茶香气物质的分析方法，包括以下步骤：
1)准确称取一定质量的茶叶样品，置于带盖螺纹玻璃瓶中；
2)将带盖螺纹玻璃瓶置于恒温水浴振荡器中一定温度下恒温一段时间，让玻璃瓶上部香气挥发物质保持平衡；
3)转移至液显水浴控温器中，玻璃瓶与IONICONPTR-QMS300质谱仪的进样口瓶盖相连接，让其香气挥发物漂移至IONICONPTR-QMS300质谱仪进行检测，每个样品连续扫描5次，取后3次扫描的样品质谱数据的平均值；
4)样品平均值减去空白平均值得到质子转移反应-质谱检测数据；
其中，所述的空白平均值是每次检测样品前连续扫描空气5次，取后3次扫描的空气质谱数据的平均值；
每个样品独立检测3次；
检测条件是：茶叶称样：5g；恒温水浴温度：45℃；水浴时间：30min；进样时间：30s；进样口温度：60℃；进样体积：3ml；进样系统流速：300sccm；质谱扫描范围：0-200m/z；扫描时间：30s。
6.一种判别乌龙茶产地的方法，采用根据权利要求1-6任一所述分析方法进行检测不同产地的乌龙茶，获取检测数据，然后采用Pirouette统计分析软件，以主成分分析法模块或偏最小二乘判别分析模块进行统计分析，判别被检测的乌龙茶的产地。
7.一种判别乌龙茶种类的方法，采用根据权利要求1-6任一所述分析方法进行检测不同种类的乌龙茶，获取检测数据，然后采用Pirouette统计分析软件，以主成分分析法模块进行统计分析，判别被检测的乌龙茶的种类。
8.一种判别乌龙茶生产工艺的方法，采用根据权利要求1-6任一所述分析方法进行检测不同生产工艺的乌龙茶，获取检测数据，然后采用Pirouette统计分析软件，以主成分分析法模块进行统计分析，判别被检测的乌龙茶的生产工艺。
9.一种判别乌龙茶等级的方法，采用根据权利要求1-6任一所述分析方法进行检测不同等级乌龙茶，获取检测数据，然后采用Pirouette统计分析软件，以偏最小二乘法模块进行统计分析，判别被检测的乌龙茶的等级。
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