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《食品科学》:天津农学院张军教授等:普洱熟茶关键香气物质热释放规律分析
时间:2024-01-03 12:18 点击次数:81

  普洱熟茶是一种特殊的微生物后发酵茶,属于黑茶,是云南经济的重要产业。它以其独特的风味特点和突出的保健功效深受消费者的喜爱。普洱茶的香气与滋味一样,是评价普洱茶品质的重要指标之一。顶空固相微萃取(HS-SPME)法是目前较为成熟的萃取技术,与气相色谱类仪器联合使用,已广泛应用于茶叶等食品中挥发性成分的提取检测分析。气相色谱-嗅闻(GC-O)技术(直接强度、稀释因子和检测频率)和气味活性值(OAV)通常联合应用于研究复杂基质中的挥发性成分。近年来,香气成分的富集回收方面研究逐渐受到重视,其中采用蒸馏法收集茶香水就是一种较为新颖的方法。

  目前,有许多文献对普洱茶中关键性香气成分进行研究,但是对于普洱茶冲泡或者煮沸过程中关键性香气成分变化的研究较少。鉴于此,天津农学院食品科学与生物工程学院的石禾云、杨豆豆、张军*等采用常压水中蒸馏方式从普洱熟茶中提取较高浓度挥发性化合物的茶香水,并通过GC-O、气相色谱-质谱(GC-MS)联用技术、香气提取液稀释(AEDA)法和OAV等感官导向风味分析方法对普洱茶香水中关键香气化合物进行表征。最后,研究连续沸水浸提过程中关键香气化合物的释放规律。本研究将为普洱茶在煮沸过程中释放的关键香气物质及其释放规律分析提供新的理论依据。

  如表1所示,将普洱茶茶香水用二纯水以4 n 倍稀释后进行GC-O嗅闻实验,筛选出FD在16以上(即log 4 FD≥2)的22 种香气物质,其中FD值高达1024的香气化合物有苯甲醛、芳樟醇、异佛尔酮、3,4-二甲氧基甲苯、1,2,3-三甲氧基苯、1,2,4-三甲氧基苯、β-紫罗兰酮7 种。

  用香气物质标准品配制混合标准溶液,MS扫描模式采用选择离子扫描模式进行GC-MS检测分析,建立香气物质标准曲线 种香气物质浓度,并根据浓度和香气阈值公式计算OAV,将OAV不小于1的香气化合物确定为普洱茶香水的关键香气物质,OAV计算结果见表3,FD值≥16的22 种香气物质OAV均大于1,故这22 种香气物质是普洱茶茶香水的关键性香气化合物。其中OAV不小于10000的关键香气化合物有:苯乙醛、芳樟醇、α-松油醇、香叶醇、α-紫罗兰酮、β-紫罗兰酮、二氢猕猴桃内酯7 种,其中芳樟醇和β-紫罗兰酮的FD值为1024,可见芳樟醇和β-紫罗兰酮2 种香气化合物是普洱茶茶香水中贡献最大的关键香气物质。

  将普洱茶加到沸水中不断加热,沸水浸提回收冷凝水的方式连续分段接收水中蒸馏茶香水40 管,每管接收30 mL,经过GC-MS检测分析。采用非线性拟合模型直观的呈现总体及各大类关键香气化合物变化趋势,以茶香水接收的离心管数为横坐标(x)及其相应关键香气物质总量为纵坐标(y)分析关键香气化合物热释放规律。

  如图1所示,甲氧基苯类、醇类、酮类、其他类4 大类关键香气化合物总量和22 种关键香气化合物总量均能被指数函数ExpDec1模型成功拟合,虽然他们拟合模型相同,但是每类香气化合物的释放规律不同。关键香气化合物总量变化趋势符合ExpDec1模型(R2=0.98)变化,随着离心管接收的管数增加而缓慢减少,值得注意的是第1管中香气浓度较高,偏离模型拟合范围,说明普洱熟茶受热后最开始香气化合物释放速率最快;甲氧基苯类香气化合物与ExpDec1模型拟合度较高(R2=0.99),在前20 管时甲氧基苯类香气化合物保持着较高的释放量,20 管之后释放速率减慢,从纵坐标数值看,甲氧基苯类香气物质是所有香气物质中含量最高的一类香气物质,在每管中甲氧基苯类香气化合物含量占所有关键香气化合物总量的70%以上,可见甲氧基苯类香气物质是对普洱熟茶香气呈香贡献最大的一类化合物;醇类香气化合物与ExpDec1模型拟合度相比于其他几类化合物较低(R2=0.83),在前10 管中醇类香气物质释放速率呈断崖式下降,在第10管后释放速率较平缓,变化趋势近似于直线 管后茶香水中醇类香气物质比例减少,香气组成发生了很大的改变,感官嗅闻发现第8管后陈味、霉味、不愉快气味加重;酮类香气化合物与ExpDec1模型拟合(R2=0.85)结果如图1所示,随着接收管数的增加,酮类香气化合物快速释放,第1管质量浓度为102.51 mg/L,第2管迅速降到70 mg/L以下,第11管之后释放量低于40 mg/L,29管以后每管的释放量已经不足10 mg/L;其他类香气化合物也成功与ExpDec1模型拟合(R2=0.89),变化趋势呈30°左右的倾斜角度直线管中的含量较高,且也偏离拟合范围,在前10 管中每管其他类香气化合物质量浓度均在200 mg/L以上,第11管之后降到170 mg/L以下。但在第40管时其他类香气化合物质量浓度依然保持在110 mg/L以上,可见其在普洱熟茶中的稳定持久性,始终保持着较高的释放量,本研究中其他类香气化合物包括二氢猕猴桃内酯和吲哚两种,其中在这40 管茶香水样品中二氢猕猴桃内酯质量浓度为吲哚的38~71 倍,即其他类香气化合物主要为二氢猕猴桃内酯,二氢猕猴桃内酯呈现木香;醛类是产生甜味的关键化合物,本研究中醛类香气化合物的热释放规律变化趋势较复杂,它的变化规律与其他几类香气化合物都不同,并没有随着释放量的增加而减少,其变化趋势无法与ExpDec1模型拟合,能与正弦函数(sin)成功拟合(R2=0.63),其变化趋势呈先增后减再增加的趋势。综上所述,普洱熟茶香气物质在第1管释放的量最多,而后释放量缓慢减少,由于各大类关键香气物质释放规律不同,释放速率存在差异,故普洱茶在连续沸水浸提过程中,关键香气物质受热释放时各香气成分含量比值发生较大变化,导致每一阶段茶香水感官嗅闻结果差异较大,呈现陈腐气味的甲氧基苯类香气物质含量缓慢减少,总含量一直稳居最高水平,而醇类、酮类和其他类香气物质释放速度过快,使得香气成分组成发生变化,这可能是茶香水接收后期呈现不愉快气味加重的主要原因。

  为更直观呈现出普洱熟茶各种关键香气物质热释放规律,采用聚类热图分析分段截流收取的40 管普洱熟茶茶香水中22 种关键香气化合物。如图2所示,下方横坐标表示茶香水接收的离心管数,右侧纵坐标为22 种关键香气化合物名称,热图上方是对茶香水接收的离心管数进行聚类,左侧是对22 种关键香气化合物进行的聚类,方块颜色越红含量越高,颜色越蓝含量越低甚至为0(未检出),以22 种关键香气化合物浓度为评价指标,考察随着茶香水接收的管数的增加各种关键香气化合物含量变化情况。从图2可以看出,可将分段截流管数分为4 大类,第1、2管由于关键香气化合物含量极高而被分为一大类,可见在前60 mL的水蒸气释放量里总体关键香气化合物释放的速度最快;第3~16管含量仅次于前两管,被分为1 类;第17~31管组成1 类,1,2,3-三甲氧基苯、1,2,4-三甲氧基苯、1,2,3,4-四甲氧基苯等在普洱茶中含量最高的甲氧基苯类化合物含量逐渐减少;第32~40管分为1 类,在这一阶段,茶香水香气变淡,不愉快气味变强,绝大多数关键香气物质含量降到最弱。根据22 种关键香气化合物含量变化趋势对22 种关键香气化合物进行聚类,可以将它们分为两大类,第一大类为顺-茉莉酮、β-紫罗兰酮、香叶基丙酮、香叶醇、二氢猕猴桃内酯、异佛尔酮、3,4-二甲氧基甲苯、α-松油醇、苯乙酮、4-萜烯醇、橙花醇、α-紫罗兰酮12 种关键香气化合物,它们主要在第1~16管中含量均比较高,在第17~40管中含量较低或未检出;第二大类香气化合物为1,2,3-三甲氧基苯、1,2,4-三甲氧基苯、1,2,3,4-四甲氧基苯、苯甲醛、β-环柠檬醛、苯乙醇、吲哚、苯甲醇、苯乙醛、芳樟醇10 种关键香气化合物,它们在第1~40管中绝大多数方块颜色为红色,即含量普遍较高,总体释放速率较慢,有的甚至释放得越来越多,或者释放量虽然有在下降,但在茶香水接收后期才开始加速下降。并不是所有关键香气化合物在1~40管中均存在,它们的性质不稳定,也可能是由于加热过程中发生的美拉德反应、热降解等化学反应,因此,一些原本在茶叶中不存在或浓度很低的香气物质在达到一定水蒸气释放量后才释放出来。而部分关键香气化合物则与之相反,在水蒸气释放量达到一定程度后部分香气化合物未检出。苯甲醇在第1管中含量为0(即未检出),第2管开始少量出现,之后含量呈逐渐增加的趋势;苯乙醛在第1~7管茶香水内未检出,第8管后含量呈现出上升趋势;吲哚在第1、2管中未检出,从第3管后被稳定检测到,而且其含量一直保持在一个稳定的数值范围内,故其热图色带只有红色和蓝色两种颜色;4-萜烯醇在第1管中的含量最高,然后急速下降,第1管到第2管下降幅度极高,第3~10管中含量很微弱,到第11管及其之后的茶香水中4-萜烯醇不再被检测出,可见4-萜烯醇在茶叶受热沸腾后能瞬间大量释放出来,并能在极短时间内释放完全;与4-萜烯醇具有相似的释放规律的化合物是α-紫罗兰酮,α-紫罗兰酮在第1管中具有最高释放量,但第2管急速下降,到第30管及其之后未检出;异佛尔酮在第1~25管中含量呈逐渐减少趋势,在第26管及之后不再被检测出。

  本实验以普洱熟茶为原料,采用水中蒸馏方式收取茶香水,将茶香水样品采用梯度稀释方式进行GC-O嗅闻实验,筛选出log 4 FD不小于2的22 种重要香气活性成分,使用香气化合物标准曲线,进行定量分析,计算OAV,将OAV大于1的22 种香气活性成分定为普洱茶关键性香气化合物。采用分段截流方式收取茶香水,接收40 管茶香水,每管接收30 mL,进行GC-MS定性定量分析。实验结果采用非线性拟合模型分析关键香气物质热释放规律,实验结果表明茶叶在连续保持煮沸条件下,香气化合物总浓度逐渐减少,甲氧基苯类、醇类、酮类、其他类等关键香气化合物含量也是随着水蒸气释放量的增加而呈现不同程度下降的趋势,醛类香气物质呈现出先增加后减少再增加的变化趋势;热图聚类分析将22 种关键香气化合物分为两大类,第1类主要在第1~16管中含量均比较高,在第17~40管中含量较低或未检出,第2类在第1~40管中绝大多数均比较高或者释放速率较慢。每种关键香气化合物在受热后释放的规律有不同程度的差异,1,2,3-三甲氧基苯等甲氧基苯类化合物在茶香水中含量一直保持最高,且随着水蒸气释放量的增加,它们的含量逐渐减少。有部分香气化合物在水蒸气释放量达到一定程度后才开始释放,有的则在茶香水接收到一定阶段后释放量接近于零或者不再检出。分段截留管数分为4 大类,第1类:第1、2管,含量极高;第2类:第3~16管,含量仅次于前两管;第3类:第17~31管;第4类:第32~40管,茶香水香气很淡。本实验研究了普洱熟茶在煮沸过程中释放的关键香气物质及其释放规律,有助于了解采用水中蒸馏方式富集回收高浓度的挥发性化合物混合物的回收量及其香气品质,为普洱熟茶香气化合物回收应用提供一定的理论基础。

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