岳田利教授等西北大学团队揭秘泾阳茯砖茶的独特风味

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黑茶是我国茶叶六大种类之一，作为一种后发酵茶，微生物发酵赋予其特有的风味和健康益处。我国黑茶以普洱茶、六堡茶、青砖茶、康砖茶和茯砖茶5 种为代表。其中茯砖茶以特有的“发花”工艺促使茶叶内部产生了大量的益生菌，尤其是代表性的“金花菌”——冠突散囊菌，从外观、风味、口感、功效等方面成就了茯砖茶的独特性。香气是衡量茶叶质量最重要的标准之一，成分复杂的芳香化合物会使茶叶呈现不同的特征香气，因此茶叶中挥发性组分的研究至关重要。不同种类的黑茶在生产工艺上具有一定的相似性，但由于具体的茶叶原料、生产区域和加工技术的区别，各种黑茶的香气特征也差异很大。

为了分析泾阳茯砖茶区别于其他黑茶的特征风味，西北大学岳田利侯晓慧、张婷、岳田利*等通过GC-IMS和HS-SPME-GC-MS两种技术对挥发性组分采集分析的优越性，对两种代表性区域茯砖茶（泾阳茯砖茶（JYFZ）4 种，安化茯砖茶（AHFZ）4 种）和其他4 种黑茶（图1，云南普洱茶（YNPE）、广西六堡茶（GXLB）、湖北青砖茶（HBQZ）、四川康砖茶（SCKZ））香气成分进行比较分析，解析泾阳茯砖茶中的关键香气化合物及风味特征，以期为优化及鉴定泾阳茯砖茶品质提供参考依据，并促进特征性区域产品发展。

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泾阳茯砖茶与其他黑茶的GC-IMS分析

1.1 C-IMS挥发性成分定性及二维谱图分析

利用GC-IMS内置数据库对12 个茶叶样品中的挥发性化合物进行分析，共鉴定出81 种物质，其中5 种化合物均检出了单体和二聚体的形式，故共检出已知挥发性组分76 种，如表2所示。GC-IMS定性出的物质碳链长度均介于C2～C8之间，包括9 类化合物。较以往报道过茯砖茶中的化合物，检出的酸类和吡嗪类化合物数目较多，酸类7 种，从乙酸到正庚酸均能被鉴定出来，吡嗪类6 种。

从4 种泾阳茯砖茶和4 种安化茯砖茶中各选取1 种茶叶等级最高、金花最茂盛的具有代表性的样品（JYFZ-4和AHFZ-3），与青砖茶、康砖茶、六堡茶、云南普洱茶4 种代表性黑茶对比，从图2对比可以看出差异，每个点即是样品中的一种挥发性成分，物质浓度越高则对应的点颜色越深，红色较高，蓝色较低。如图2A、B所示，茯砖茶和普洱茶在GC-IMS中鉴定出的挥发性化合物数量显著高于其他茶叶，不同位置的红色点即是其差异性化合物的直观体现。应用差异模型比较了泾阳茯砖茶与其他黑茶的风味差异，图2C中以泾阳茯砖茶作为参考，从中扣除其GC-IMS谱图，原始背景色褪为白色，红色的点表示挥发性成分的含量高于参照样品，蓝色的点则表示低于参照样品。安化茯砖茶整个背景接近于白色，两种茶挥发性物质组成相近，有细微差别；其他4 种黑茶蓝色点显著增多，这些蓝色点也是茯砖茶区别于其他黑茶的特征物质所在，同时说明了不同黑茶之间挥发性化合物的组成和含量都存在差异。

1.2 茯砖茶与其他黑茶GC-IMS指纹图谱分析

为进一步对比泾阳茯砖茶与其他黑茶的差异化合物，构建指纹图谱，如图3所示。图中每一行为一个样品的图谱，每个样品3 个重复，右侧为样品编号；每一列为同一种挥发性化合物在不同样品中相对含量的体现，下侧为定性出的化合物的名称。将指纹图谱分为A、B、C、D、E、F6个区域。A区域为所有黑茶的共有物质区域，包括苯甲醛、苯乙酮、麦芽酚、正己醛、2-己醇，具有水果、苦杏仁、焦糖、青草等典型类别风味，共同构成了黑茶的基础香气。B区域为茯砖茶、青砖茶、康砖茶明显区别于六堡茶和普洱茶的9种挥发性化合物，包括丁酸乙酯、乙酸乙酯、2-己烯醛、(E)-2-戊烯醛、甲乙酮、环己酮、正丁醛、2-甲基吡嗪、2-糠基硫醇，具有果香、青香及豆类、肉类、可可相似的香气特征。C区域是2 个地区茯砖茶所共有且含量显著高于其他4 种黑茶的挥发性化合物，共17 种，其中2 种化合物未能准确定性。定性出的化合物中异戊醛、2-甲基丁酸散发出令人愉快的果香；2-甲基丁醛、2,4,5-三甲基噻唑、2,6-二甲基吡嗪呈现浓郁烘烤香气。其中萜醇类只检出芳樟醇一种，乙偶姻、异丁醇、水芹烯等其他化合物则丰富了茯砖茶的风味组成。D区域体现了4 种黑茶中所共有的且含量高于茯砖茶的物质，以酯类、醛类化合物为主，包括苯甲醇、3-甲基丁酸甲酯、2-甲基丁酸甲酯、正戊醛、乙酸、乙酸异戊酯、2-甲基戊醛、正庚酸、二甲基三硫，主要呈现茶叶中明显的果香和青香，可能与这4 种黑茶纯正香气的体现有关。E区域是2 个代表性产区茯砖茶的一些特征性风味，13 种化合物除构成茶叶中的果香、青香之外，也构成了茯砖茶独特的烘焙香气、木质芳香、草药气息、发酵霉香。F区域是其他4 类黑茶所有的特征性风味物质。青砖茶以醛类化合物为主，形成特有的“青香”属性；康砖茶特征性化合物较少；六堡茶中特征挥发性化合物包括5-甲基-2,3-二乙基吡嗪、2,5-二甲基呋喃、α-蒎烯，具有仁果类香气、树脂香气；普洱茶中特征性化合物最多，共6 种，以醇类、醛类化合物为主，呈现特殊的油脂、奶酪、肉类香气，风味多样。

通过比较5 类黑茶之间挥发性化合物差异指纹图谱，综合C、D区域可以看出茯砖茶和其他4 种黑茶风味的区别在于其他4 种黑茶主要以果香、青香为主，而茯砖茶则有其特征的木香及菌花香气，与其独特的微生物发酵过程息息相关。

1.3 泾阳茯砖茶与安化茯砖茶GC-IMS指纹图谱分析

泾阳茯砖茶与安化茯砖茶之间挥发性化合物的也存在差异，可从指纹图谱（图4）看出，将指纹图谱分为A、B、C、D 4 个区域。A区域为两类茯砖茶的共同区域，以醛、酮类化合物为主，辛醛、壬醛、2-己烯醛、丁酸乙酯、丙酮、2-己酮等挥发性化合物使茯砖茶呈现较为突出的水果香、青草香和蔬菜香气，2-糠基硫醇、苯甲醛等赋予茯砖茶一定的烘焙香气、苦杏仁气味。1-辛烯-3-醇具有泥土芳香和真菌清香，对泾阳茯砖茶特征香气的形成具有重要贡献。2,6-二甲基吡嗪、2-甲基丁酸、β-蒎烯、2-甲基丁醛、丁酸甲酯、正庚酸、正丙醇、麦芽酚则在泾阳茯砖茶中贡献烘焙香、树脂香、焦糖香等复合香气。D区域则是安化茯砖茶中的特征性风味，共19 种，以酯类、醛类、吡嗪类化合物为主，酯类化合物呈现丰富的水果香气；醛类化合物呈现草本香、脂肪香气；吡嗪类化合物具有浓郁的烘焙、烧烤、仁果类香气。部分呋喃类、醇类等化合物赋予安化茯砖茶丰富的焦糖似香气、熏烤味。

从上述分析中可以发现，泾阳茯砖茶和安化茯砖茶中均含有已报道的与“菌花”香气有关的特征挥发性化合物种类。然而在本研究中通过GC-IMS比较分析发现两个区域的茯砖茶在小分子挥发性物质指纹图谱中能得到明显的区分。泾阳茯砖茶区别于安化茯砖茶的特征性物质主要是B、C区域的挥发性化合物，共25 种化合物。其中1-辛烯-3-酮、甲基庚烯酮、2-戊基呋喃、愈创木酚、环己酮、苯乙酮、1-辛烯-3-醇、β-蒎烯、2-庚酮等化合物呈现出泥土气息、青气、药香和真菌清香，是泾阳茯砖茶产生“菌花”、泥土、木质等特征香气的重要组成部分。

结合不同种类和不同产区黑茶的指纹图谱特征分析后，首次总结了泾阳茯砖茶所特有的化合物7 种，包括 1-辛烯-3-酮、正己醇、愈创木酚、β-蒎烯、丁酸甲酯、正丙醇、2-庚酮，这些化合物药草香气、木质芳香浓郁，赋予泾阳茯砖茶特征的植物清香，其中愈创木酚和丁酸甲酯在以往的茯砖茶香气中鲜有报道。

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泾阳茯砖茶与其他黑茶的HS-SPME-GC-MS分析

利用HS-SPME法提取茶叶样品中的挥发性成分，结合GC-MS联用技术进行检测，共鉴定出挥发性化合物84 种，并利用内标法对每种化合物进行相对定量，具体结果见表3。HS-SPME-GC-MS鉴定出的化合物碳链介于C6～C18之间，主要包括6 类化合物。

如图5A所示，2 个地区茯砖茶和青砖茶较为相似，检出物质也较多，醛类化合物在6 种茶叶检出数目接近，其余类别化合物数量在普洱茶、六堡茶和康砖茶中较少。

如图5 B 所示，泾阳茯砖茶中酮类占比最丰富（34.01%～42.60%），其次是醛类（13.01%～22.70%）、酯类（11.65%～20.38%）、碳氢类（8.61%～16.91%）、醇类（3.92%～8.19%）和其他（11.78%～15.60%）。2 个地区茯砖茶样品的化合物种类组成相近，以酮类化合物占比最高，醛类、酯类化合物次之。普洱茶以醛、酮类化合物为主，醇类化合物占比最低；六堡茶以酮、醇类化合物为主，其醇类化合物占比是6 种茶叶中最高的，醛类化合物则占比最低；青砖茶和康砖茶组成相似，醛类化合物比例明显高于其他茶叶。碳氢类化合物检出种类最多，然而在所有挥发性化合物相对含量占比中却较低，并且一些饱和烃类化合物缺乏相关的气味描述信息。

在4 种泾阳茯砖茶样品中，检出的相对含量较高的物质包括香叶基丙酮（56.18～131.01 μg/L）、2-戊基呋喃（44.30～111.88 μg/L）、β-紫罗兰酮（79.83～101.41 μg/L）、二氢猕猴桃内酯（45.14～86.78 μg/L）、壬醛（22.34～95.10 μg/L）、α-紫罗兰酮（34.21～68.82 μg/L）、(E,E)-3,5-辛二烯-2-酮（17.87～63.11 μg/L）等。以酮类化合物最多，提供特殊的花香、青香和木质气味，主要来源于脂肪酸的氧化。壬醛具有强烈的脂肪气息，在茯砖茶、青砖茶和康砖茶中含量显著高于普洱茶和六堡茶。二氢猕猴桃内酯也是生物酶所介导的β-胡萝卜素及其代谢物氧化裂解产生，其含量在茯砖茶中显著高于其他黑茶品类，呈香豆素和麝香气息。

安化茯砖茶的HS-SPME-GC-MS分析结果与泾阳茯砖茶较为接近，但挥发性化合物在含量上差异也会极大地改变香味的呈现效果。相比之下安化茯砖茶含量较高的物质包括苯甲醛、橙花叔醇、水杨酸甲酯和1,2,3-三甲氧基苯，具有特殊的苦杏仁气味、甜美的香气、冬青油草药香气和陈腐味。而安化茯砖茶含量较泾阳茯砖茶低的物质包括β-紫罗兰酮、甲基庚烯酮和 2-乙基己烯醛，因此泾阳茯砖茶的青香、果香较为突出。

湖北青砖茶以醛、酮类化合物为主，含量较高的成分包括2-戊基呋喃、对二甲苯、苯甲醛、香叶基丙酮和壬醛，具有以醛类化合物和芳香族化合物为代表的果香、花香，还有强烈的脂肪气息。四川康砖茶中二氢猕猴桃内酯、对二甲苯、β-紫罗兰酮、苯甲醛和1,2,3-三甲氧基苯成分含量较高，茶叶陈香纯正，其中康砖茶中α-柏木烯的含量较其他种类茶叶最高，呈现特殊的雪松木香。广西六堡茶以醛、醇类化合物为主，特别是醇类化合物占比显著高于其余5 种茶叶，包括α-松油醇、镰叶芹醇、1-壬醇，有较为丰富的木香、紫丁香和玫瑰的香气；(＋)-柠檬烯含量也显著较高，呈现鲜橙和柠檬香气。

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泾阳茯砖茶特征风味分析

GC-IMS和HS-SPME-GC-MS鉴定出的化合物种类众多，聚类分析方法可以有效降低数据集的复杂性，以更好判断不同样品之间挥发性化合物组成的差异性。分别对HS-SPME-GC-MS和GC-MS所鉴定出的12 种茶叶样品中的化合物进行PLS-DA，如图6所示，模型拟合良好，且具有较好的预测特性（P＜0.05），拟合不同颜色的点代表不同样品。GC-IMS鉴定的化合物分子质量较小，从HS-SPME-GC-MS的PLS-DA聚类结果（图6A）可以看出，4 种泾阳茯砖茶明显聚集且区别于其他8 种黑茶样品，进一步证明了泾阳茯砖茶具有其特征的挥发性化合物。此外，4 种安化茯砖茶也较好地聚集；六堡茶、青砖茶和康砖茶轮廓距离安化茯砖茶较近；普洱茶距离其他样品较远，与GC-IMS中鉴定出的特征性化合物数量结果密切关联，也与图2指纹图谱中呈现的结果一致。HSSPME-GC-MS鉴定的化合物分子质量较大，与GC-IMS的鉴定化合物中仅有6 种化合物重复，其PLS-DA聚类结果也有一定差异。从图6B可以明显看出，4 种泾阳茯砖茶、4 种安化茯砖茶分别聚集在一起，但2 个地区的茯砖茶之间轮廓距离较近；青砖茶与安化茯砖茶相距较近，也与HS-SPME-GC-MS化合物种类和数量的分析结果一致；康砖茶距离泾阳茯砖茶相对较近；普洱茶和六堡茶则明显被区分开，且距离较远。

个体挥发性化合物对茶叶的整体香气贡献不仅取决于其浓度，还与其气味阈值有直接关联，为了进一步确定泾阳茯砖茶中的气味活性成分，通过计算化合物的香气活性值（OAV）判断每种物质的贡献程度。选取样品中含有OAV大于1的化合物，共19 种，如表4所示。其中4 种泾阳茯砖茶所共有的OAV大于1的化合物有7 种，包括2-戊基呋喃、(E,E)-3,5-辛二烯-2-酮、芳樟醇、(E)-2-壬烯醛、α-紫罗兰酮、β-紫罗兰酮、雪松醇，对泾阳茯砖茶的香气贡献度较高，上述化合物主要与青香、花香和木香属性相关，相互作用下呈现出复杂的“菌花”香气。

根据OAV大于1筛选得到19 种化合物，所有数据通过归一化进行居中，并对化合物聚类绘制热图，如图7所示。泾阳茯砖茶和安化茯砖茶中含量较高的化合物区域基本相似，包括(E)-2-壬烯醛、橙花叔醇、壬醛、香叶基丙酮、2-戊基呋喃、(E,E)-3,5-辛二烯-2-酮、水杨酸甲酯。(E)-2-壬烯醛、壬醛由脂肪酸分解产生；综合来看，就香气贡献度较大且能用于区分泾阳茯砖茶的特征化合物包括己醛、癸醛、(E,E)-3,5-辛二烯-2-酮、水杨酸甲酯和α-紫罗兰酮。

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结论

对泾阳茯砖茶和其他黑茶共12 种茶叶基于GC-IMS分析检出C2～C8之间的76 种化合物；HS-SPME-GC-MS分析检出C6～C18之间的84 种化合物，共154 种挥发性化合物（去除重复检出的6 种）。综合两部分结果分析发现，泾阳茯砖茶和其他种类的黑茶在香气物质的呈现上有明显差异。

药草香、花果香和木香在泾阳茯砖茶的风味中占据主导地位，最终协调冠突散囊菌所带来的特殊“菌花”香气，共同构成了浓郁的复合香气。这些复合香气的关键组分包括小分子质量的具有脂肪气息、青草气味的醛类物质；大分子质量的呈丰富果香、花香、草药香气的酮类、酯类物质，呈温和木香的醇类物质。其中，泾阳茯砖茶的特征性化合物可分为两类：GC-IMS鉴定出的1-辛烯-3-酮、正己醇、愈创木酚、β-蒎烯、丁酸甲酯、正丙醇和2-庚酮和HS-SPME-GC-MS分析得到的己醛、癸醛、(E,E)-3,5-辛二烯-2-酮、水杨酸甲酯和α-紫罗兰酮，这些挥发性化合物共同赋予茯砖茶泾阳地域性的泥土、木质、药草和脂肪气息。本研究明确了泾阳茯砖茶作为一种国家地理标志产品与其他黑茶风味的异同点，为特征性鉴别泾阳茯砖茶提供了更深入的数据支撑。