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龙井绿茶饮料中香气化合物及其与基质的相互作用

廖勇诚  
【摘要】:当今世界范围内茶饮料增长迅速,龙井茶因其独特的风味、文化内涵和很高的商业价值而闻名世界。但有关龙井茶的香气化合物及其加工和消费(或泡饮)过程中香气成分的短暂性时效变化则研究甚少,特别是有关茶饮料中香气化合物与其基质的相互作用迄今尚未见文献报道。为此,本论文通过SAFE、SPME、GC/MS、GC/O、2D-GC-TOFMS等方法较为系统地研究了龙井茶的主要香气化合物及其释放规律和短暂性时效变化。采用ID NMR和2D NMR着重讨论了主要香气化合物与基质EGCG的相互作用机制。同时尝试用相关描述符建立了香气化合物在EGCG溶液体系中的QSAR释放模型,预测与实验结果很好吻合。此外,还将SPME/GC/MS与化学计量法结合作为不同产地质量等级龙井茶的化学分类和老化程度的鉴定。上述研究不仅为龙井茶饮料的香气化合物及其与基质的相互作用,以及茶叶原料的质量保证提供了实验数据和可借鉴的思路,同时也为茶饮料香气成分的深入研究提供了更多信息和理论基础。 主要研究内容和结果如下: 1.龙井绿茶香气化合物的鉴定与短暂性时效关系研究 龙井绿茶香气成分通过SAFE与SPME与气相色谱—质谱联用进行了研究,并采用GC/O鉴定了其重要的香气化合物。AEDA研究表明龙井绿茶香气化合物中有45种风味物质的FD因子在20到1000之间。在这些化合物中,香叶醛(花香,草香),α—紫罗兰酮(木香,花香),香叶醇(花香,木香),甲基硫醛(土豆味),1,5—顺式—辛二烯—3—酮(金属味),4—羟基—2,5—二甲基—3(2H)-呋喃酮(焦糖香)有最高的FD因子。在对龙井绿茶茶汤短时间内香气化合物的时效变化及模拟体系中释放规律的研究中,发现并采用化学合成证实了一种新的化合物2—丁基—2—辛烯醛,通过GC/O研究表明这种新的化合物也许可以被用作评测茶叶及茶汤新鲜度的标志化合物。2—丁基—2—辛烯醛是在加热的体系或模拟体系中通过己醛的缩合反应生成,多酚及游离氨基酸可以催化该反应。 2.茶饮料体系中香气化合物/基质的相互作用 采用模拟体系研究了12种重要龙井茶香气化合物的释放规律。在使用的浓度范围(0.3%-3%干物质质量/体积浓度)内,比较了大分子和小分子基质成分对香气化合物释放的影响,证实茶多酚为影响龙井茶香气化合物释放的最重要基质化合物。不同香气化合物的释放与其自身的特异性化学基团相关,其中羰基与芳香类化合物是与体系中基质相互作用的最重要结构特征。其他低分子量的呈味物质也可能与香气化合物相互作用,最为有趣的是氨基酸。并以甘氨酸为例,采用NMR与MS技术进行了研究。结果显示,甘氨酸可显著降低α,β-不饱和香气化合物(例如香叶醛,1-辛烯-3-酮)的释放。在模拟体系中1-辛烯-3-酮与甘氨酸通过1,4加成反应生成N-1-(3-氧辛基)-甘氨酸。在试验的浓度范围内,高分子质量组分(>1000)对风味物质的释放没有显著的影响。这些结果证明茶汤中的呈味物质也可以调控总的风味以及影响消费者的感官,同时提示真实体系中香气化合物的释放是十分复杂的。1HNMR与NOESY的分析表明羰基与芳香环是主要的结合位点,与EGCG通过H键与π键结合。此外,pH,盐分,温度对香气化合物的释放也有影响。 3.茶叶香气化合物在EGCG溶液体系中释放的QSAR研究 为了更好的了解与预测茶香气化合物在体系中的释放,本研究提出了一个用于预测茶叶香气化合物在EGCG溶液体系中释放的QSAR模型。该模型采用的描述符由Edragon与Chem3d生成。多元线性回归法与LOO检测法分别用于模型的计算与验证。最优化模型由五个变量即LUMO,BIC3,HATS1e,PCD与E2e组成,模型的R~2=0.8470,R_(LOO)~2=0.759,n=41,它可以解释82.5%活性参数值。研究表明,香气化合物与EGCG相互作用的位点及强度与香气化合物的质量因子,范德华体积,偶极矩,极性,电负性,高维构象与取向因子(GETAWAY,3DMorSE,Edgy adjacency indices)等分子性质描述符相关,且与NOE实验结果十分吻合。简单的分子轨道量子描述符HOMO与LUMO的计算证实,可以用来解释相互作用的强度与位点预测。研究表明QSAR不仅可以用来实现对香气化合物释放的预测,也有助于对相互作用机理的深入理解。 4.SPME/GC/MS结合化学计量学对龙井茶的分类研究 将SPME/GC/MS与化学计量学方法联用,用于不同龙井茶样品的分类鉴定。结果表明,少量的茶叶样品以简单的SPME方法处理,可作为目标性茶叶代谢组学研究。若以未受监控的分类方法(PCA)对茶叶挥发性代谢产物的指纹图谱作直接分析,只有部分龙井茶种类能够被很好的分类,但是并非所有的浙江龙井茶与西湖龙井茶都存在显著性的差异。然而,通过对原始数据的筛选,以PLS方法建立的模型可对茶叶种类,等级,老化状态进行很好的预测。PLS方法同时还揭示了一些茶叶香气化合物可以用作标识物,区分不同性状的茶叶。其中2,2,6-三甲基环己酮指示茶叶老化状态,顺-3-己烯己酸酯指示茶叶等级,醋酸与3-δ-蒈烯指示茶叶种类。


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