《Beverage Plant Research》：Dynamic changes of volatiles and key odorants underlying the tender chestnut aroma of Shangnan Xianming green tea during manufacturing
编辑推荐：
商南仙茗（SNXM）是一种典型的优质绿茶，以其宜人的“嫩栗香”香气而著称。然而，其加工过程中挥发性化合物的动态变化以及赋予该特定香气特征的关键香气物质仍知之甚少。本研究采用气相色谱-离子迁移谱（GC-IMS）和气相色谱-质谱联用（GC-MS）结合化学计量学分析
商南仙茗（SNXM）是一种典型的优质绿茶，以其宜人的“嫩栗香”香气而著称。然而，其加工过程中挥发性化合物的动态变化以及赋予该特定香气特征的关键香气物质仍知之甚少。本研究采用气相色谱-离子迁移谱（GC-IMS）和气相色谱-质谱联用（GC-MS）结合化学计量学分析，追踪了加工过程中挥发性组分的变化。通过GC-IMS和GC-MS分别鉴定出59种和86种挥发性化合物。挥发性化合物总量在加工过程中呈现先升高、后降低、最终回升的变化趋势，其中醇类、醛类和酯类为主要挥发性组分。偏最小二乘判别分析（PLS-DA）表明，摊放、杀青和干燥是调控香气组分转化的三个关键阶段。气相色谱-嗅闻联用（GC-O）分析在成品茶中鉴定出19种香气活性化合物，香气强度值范围为1.17至3.67。此外，结合绝对定量和香气活性值（OAV）分析，确认了10种OAV大于1的关键香气物质，包括芳樟醇、（E）-β-紫罗兰酮、壬醛、己醛、1-辛烯-3-醇、香叶醇、庚醛、苯乙醇、吲哚和（E）-2-壬烯醛，其中芳樟醇和（E）-β-紫罗兰酮的OAV最高，分别为518.25和215.40。上述发现揭示了决定SNXM香气形成的关键加工阶段和关键香气物质，为嫩栗香型绿茶的质量评价和定向加工提供了理论基础。
论文解读
一、研究背景与科学问题
香气是决定茶叶品质和消费者偏好的核心感官指标之一。绿茶作为中国生产和消费量最大的茶类，其香气特征因加工工艺的不同而呈现显著差异。在众多绿茶香气类型中，栗香型绿茶因其独特的风味而备受高端消费者青睐。根据感官差异，栗香可进一步细分为嫩栗香、纯栗香和熟栗香三种亚型。已有研究表明，纯栗香通常在精确火功处理的高档绿茶中出现，而熟栗香则在高温火功条件下形成，代表从栗香向高火香的过渡。相比之下，嫩栗香通常见于以幼嫩鲜叶为原料、精细加工的高端绿茶中，在基础栗香之外还保留着柔和、清新、优雅的气息。然而，截至目前，嫩栗香型绿茶特征香气的关键贡献物质尚未被系统鉴定，其前体物质在加工过程中的动态转化机制也缺乏深入探索。
商南仙茗（SNXM）绿茶产于陕西省商南县，地处中国江北茶区北缘。其加工工艺包括摊放、杀青、做形和干燥四个核心工序，采用独特的“炒烘结合”干燥策略——做形阶段利用槽锅热传导进行边做形边分段脱水，干燥阶段则采用热风对流完成最终干燥。这种独特的加工方式结合幼嫩鲜叶原料，赋予了SNXM“高长持久嫩栗香”的特征香气。然而，其加工过程中挥发性化合物的动态演变规律尚不明确，关键影响阶段未被识别，嫩栗香特征香气的关键香气物质也未得到系统表征。这一基础数据的缺乏限制了SNXM定向品质调控的可能性。
二、研究内容与主要结论
研究人员以龙井43品种鲜叶为原料，按照工业生产线采集了鲜叶（FL）、摊放叶（SPL）、杀青叶（PL）、做形叶（SHL）和干燥叶（DL，即成品茶）五个加工阶段的样品，每个阶段设置三个生物学重复。通过感官评价和定量描述分析（QDA）追踪了加工过程中香气品质的变化，并综合运用GC-IMS、GC-MS、GC-O和OAV分析，系统解析了挥发性组分的动态演变规律和关键香气物质。
研究结果表明，鲜叶样品呈现强烈的青草气，摊放后青草气进一步增强；高温杀青从根本上改变了在制品香气特征，青草气显著减弱，清香逐渐显现；做形后香气类型进一步优化，在清香基础上形成了嫩栗香；最终干燥后，成品茶呈现出高长、优雅、持久的嫩栗香。QDA结果进一步量化了这一演变过程：青草香在摊放后略有增强（3.52），杀青后显著下降至1.83，做形和干燥阶段持续降低，成品茶中仅为0.52；清香呈现先升后降趋势，杀青后达到峰值（3.95），成品茶中降至1.46；嫩香和栗香则在加工全程中持续增强，干燥后分别达到最高强度（3.51和4.07），共同构成成品茶的主导香气特征。
三、主要技术方法
本研究综合运用了多种先进分析技术。GC-IMS（气相色谱-离子迁移谱）用于挥发性化合物的快速筛查和指纹图谱构建，具有高灵敏度、操作简便、可视化直观且无需溶剂的优势；GC-MS（气相色谱-质谱联用）作为挥发性化合物分离、鉴定和定量的金标准方法，结合内标法进行相对定量，并采用外标曲线法对关键香气物质进行绝对定量；GC-O（气相色谱-嗅闻联用）将人类感官感知与化学分离相结合，用于鉴定香气活性化合物；OAV（香气活性值）通过绝对含量与气味阈值的比值评估各化合物对整体香气的实际贡献。此外，采用偏最小二乘判别分析（PLS-DA）和K-means聚类分析等化学计量学方法进行多元统计分析。样本来源于陕西省商南县茶叶联合公司茶园（33°28′53.58″ N，110°56′10.63″ E），采摘标准为一芽一叶或一芽二叶。
四、研究结果
感官评价结果： 研究人员通过专业感官审评和QDA发现，SNXM加工过程中香气从青草气逐步向嫩栗香转变，摊放、杀青、做形和干燥各工序对香气形成发挥差异化的调控作用，其中摊放增强青草气、杀青促成清香转化、做形优化香气类型、干燥最终形成嫩栗香。
GC-IMS分析结果： 通过GC-IMS共鉴定出59种挥发性化合物（对应76个信号峰），涵盖13种醇类、18种醛类、10种酯类、10种酮类、2种烃类、2种酸类和4种其他化合物。指纹图谱分析将挥发性化合物分为六个区域（A-F），分别对应不同加工阶段达到峰值：区域B的化合物（如（E）-2-己烯醛、丙酸丁酯）在鲜叶中含量最高；区域C的化合物（如庚醇、1-己醇、（Z）-3-己烯-1-醇、芳樟醇等）在摊放后达到峰值；区域D的化合物（如己醛、乙酸丁酯、2-甲基丁醛等）在杀青后含量最高；区域E的化合物（如（Z）-2-戊烯-1-醇、（E）-2-庚烯醛、1-辛烯-3-酮等）在做形后达到最大值；区域F的化合物（如辛醛、（E）-2-戊烯醛、2-乙基-5-甲基吡嗪、2-乙基呋喃等）在干燥后含量最高。
GC-MS分析结果： GC-MS共鉴定出86种挥发性化合物，涵盖醇类（24种）、醛类（14种）、酯类（19种）、酮类（7种）、烃类（16种）、酸类（3种）和其他类（5种）。五个加工阶段分别检出74、75、69、70和71种挥发性物质，总含量分别为437.48、566.82、232.26、166.39和263.39 μg/kg，呈现“先升、后降、再回升”的动态变化轨迹。醇类是成品茶中含量最高的香气组分（122.21 μg/kg，占46.40%），醛类次之（63.28 μg/kg，占24.02%），酯类和烃类分别位列第三和第四。
多元统计分析结果： PLS-DA模型实现了不同加工阶段的清晰分离（R2Y=0.975，Q2=0.928），200次置换检验确认模型无过拟合。杀青样和做形样在空间距离上最为接近，而鲜叶与摊放、摊放与杀青、做形与干燥之间距离较大，表明这些相邻加工阶段显著重塑了挥发性组分特征。据此确认摊放、杀青和干燥是SNXM香气形成的关键阶段。基于VIP>1.0和p<0.05筛选出31个差异挥发性化合物。
K-means聚类分析结果： 60种共有挥发性化合物被分为四种动态模式。模式I（31种化合物）从鲜叶到摊放大幅增加、杀青后急剧下降、做形继续降低、干燥略有回升，主要来源于脂肪酸降解（8种）、糖苷水解（11种）和酯化反应（6种）等酶促反应途径。模式II（11种化合物）呈波动上升趋势，成品茶含量均高于鲜叶，代表非酶促热生成超过蒸发损失的化合物，如1-辛烯-3-醇、植物醇、（E,E）-2,4-庚二烯醛等。模式III仅含3种化合物（1-十六醇、己醛和（Z）-3-己烯基（Z）-3-己烯酸酯），呈现先升后降的异常趋势。模式IV（15种化合物）与模式I形态相似但在干燥阶段达到峰值，如（E）-橙花叔醇、α-紫罗兰酮、茉莉酸甲酯、（Z）-茉莉酮等，表明最终热处理主导了这些化合物的积累。
GC-O分析结果： 在成品茶中鉴定出19种香气活性化合物，香气强度值（AI）范围为1.17至3.67。芳樟醇的AI值最高（3.67），其次为（E）-β-紫罗兰酮（3.33）、己醛（3.17）、壬醛（3.17）、1-辛烯-3-醇（3.17）、香叶醇（3.17）和（E）-2-壬烯醛（3.00）。根据嗅感特征，这些化合物可分为青草香型（5种）、清香型（1种）、花香型（8种）和果香型（5种）。
OAV分析结果： 结合绝对定量和OAV计算，筛选出10种OAV>1的关键香气物质：芳樟醇（OAV=518.25）、（E）-β-紫罗兰酮（OAV=215.40）、壬醛（OAV=27.81）、己醛（OAV=19.62）、1-辛烯-3-醇（OAV=11.49）、香叶醇（OAV=9.68）、庚醛（OAV=7.89）、苯乙醇（OAV=2.01）、吲哚（OAV=1.57）和（E）-2-壬烯醛（OAV=1.49）。这些化合物在加工过程中的积累模式存在显著差异，反映了不同前体转化途径的时序性调控。
五、讨论与结论
讨论部分系统阐释了各加工阶段对香气形成的调控机制。摊放阶段，水分亏缺导致细胞质浓缩，增强了脂氧合酶（LOX）、醇脱氢酶（ADH）和糖苷水解酶等酶活性，加速了脂肪酸降解和糖苷类香气前体的水解，为后续香气转化提供了物质基础。杀青阶段，高温迅速灭活酶类并终止酶促反应，热反应成为香气转化的主导途径，大量摊放期积累的醇类、酯类和部分醛类因热挥发而显著降低，同时己醛、乙酸丁酯、2-甲基丁醛等化合物达到较高水平，驱动香气从青草气向清香转变。干燥阶段，高温触发美拉德反应、斯特雷克降解和脂质热氧化等一系列热化学反应，生成大量具有坚果香、烘焙香和甜香的挥发性化合物，其中2-乙基-5-甲基吡嗪和2-乙基呋喃等吡嗪类和呋喃类化合物被确认为栗香风味的关键贡献者。
与典型栗香型龙井茶的对比分析显示，SNXM与龙井茶共享8种OAV>1的化合物，但含量水平差异显著。SNXM中芳樟醇、壬醛、己醛、庚醛、苯乙醇和（E）-2-壬烯醛的OAV均高于龙井茶，而（E）-β-紫罗兰酮和香叶醇的OAV较低。此外，SNXM独有1-辛烯-3-醇（OAV=11.49）和吲哚（OAV=1.57），赋予清新青草气和细腻花香；龙井茶则独有3-乙基-2,5-二甲基吡嗪（OAV=13.56）和苯乙醛（OAV=1.34），贡献典型的坚果/烘焙香和甜香。这种差异可能归因于SNXM做形和干燥阶段较低的叶温导致美拉德反应强度较弱，同时有利于花香和果香化合物以及青草气化合物的保留。
研究结论指出，SNXM绿茶嫩栗香的形成是摊放、杀青和干燥三个关键工序协同作用的结果：摊放促进挥发性化合物积累，杀青驱动香气类型转化，干燥促成嫩栗香的最终形成。芳樟醇、（E）-β-紫罗兰酮、壬醛、己醛、1-辛烯-3-醇、香叶醇、庚醛、苯乙醇、吲哚和（E）-2-壬烯醛协同构成了SNXM绿茶嫩栗香的主要化学基础。需要指出的是，上述10种候选香气物质虽经OAV筛选确定，但其对嫩栗香的实际感官贡献仍需通过香气重组和缺失实验进一步验证。尽管如此，这些发现明确了影响香气组成的关键加工阶段并鉴定了候选关键香气物质，为SNXM绿茶的质量控制和嫩栗香型绿茶的定向加工提供了理论框架。
