茶叶挥发性成分提取及香气成分检测研究

摘 要：本文综述了茶叶挥发性成分的主要提取方法，包括水蒸气蒸馏法、同时蒸馏萃取法、超临界流体萃取法、旋转锥体柱提取法和固相微萃取法，以及检测技术如气相色谱-质谱法、气相色谱-离子迁移谱法、气相色谱-嗅闻法和电子鼻技术。结果表明，不同提取和检测技术适用于不同类型和含量的挥发性成分，未来研究应致力于开发更加高效、经济且环保的方法，以提升茶叶品质和市场竞争力。

关键词：茶叶；挥发性成分；提取；香气成分

Abstract： This article reviews the main extraction methods for volatile components in tea， including steam distillation， simultaneous distillation extraction， supercritical fluid extraction， rotary cone column extraction， and solid-phase microextraction， as well as monitoring techniques such as gas chromatography-mass spectrometry， gas chromatography-ion mobility spectrometry， gas chromatography olfaction， and electronic nose technology. The results indicate that different extraction and monitoring techniques are suitable for volatile components of different types and contents. Future research should focus on developing more efficient， economical， and environmentally friendly methods to enhance tea quality and market competitiveness.

作为中国传统饮品，茶叶的品质和风味特征是其市场价值的核心，其中茶叶的挥发性成分和香气成分是影响茶叶品质和消费者体验的关键因素。为此，本文旨在探讨茶叶挥发性成分提取及香气成分检测的研究现状与发展趋势，以期为推动茶叶产业的可持续发展提供理论依据与技术支持。

1 茶叶挥发性成分提取方法

1.1 水蒸气蒸馏法

在茶叶挥发性物质的萃取研究中，水蒸气蒸馏技术（Steam Distillation，SD）基于挥发性组分与水蒸气共沸的原理，通过90～100 ℃蒸汽将茶叶中的萜烯类、酯类等物质汽化，经冷凝后实现分离。某实验表明，采用SD法在95 ℃条件下萃取3 h，乌龙茶挥发油萃取量达0.59 g·kg-1，显著高于超声辅助萃取（Ultrasound-Assisted Extraction，UAE）的0.36 g·kg-1（40 kHz，30 min）和同时蒸馏萃取（Simultaneous-Distextraction，SDE）的0.11 g·kg-1（乙醚萃取），且通过GC-MS鉴定出47种物质，包含大量低沸点成分如芳樟醇（沸点198 ℃），印证了其成分保留优势[1]。然而SD设备能耗较高，实际生产中多用于高价值茶精油提取。相比之下，UAE利用超声波空化效应破坏细胞壁，虽在茉莉花茶萃取中30 min即可完成（萃取率0.36 g·kg-1），但高温易导致α-松油醇（沸点214 ℃）等热敏物质损失。

1.2 同时蒸馏萃取法

在同时蒸馏萃取法（Simultaneous Distillation and Extraction，SDE）中，其核心原理是通过水蒸气将茶叶中的挥发性组分携带至萃取室，与有机溶剂（如二氯甲烷）混合后冷凝分层，再通过回流循环实现香气成分的多次浓缩。例如，在龙井茶挥发物提取实验中，SDE法采用70 ℃水蒸气与二氯甲烷协同作用，成功提取出己醛（沸点131 ℃）等低沸点醛类物质，但萃取量仅0.11 g·kg-1[2]，显著低于水蒸气蒸馏（SD）的0.59 g·kg-1，这与其高温导致的β-紫罗兰酮（热分解温度180 ℃）等热敏成分损失直接相关。尽管SDE法能通过GC-MS精准鉴定出52种香气成分（较SD多5种），但二氯甲烷的毒性限制了其工业化应用[1]。最新研究发现，采用乙酸乙酯替代二氯甲烷在碧螺春提取中，虽使醛类物质含量提升15%，但萃取时间需延长至4 h，印证了溶剂选择对技术性能的关键影响[2]。实际生产中，SDE法多用于实验室级茶叶香气图谱构建，如普洱茶特征香气成分数据库的建立，而工业化场景更倾向采用能耗更低的无溶剂微波辅助萃取技术。

1.3 超临界流体萃取法

在超临界流体提取技术（Supercritical Fluid Extraction，SFE）中，其核心原理是利用超临界状态下的CO2（临界温度31 ℃、压力7.3 MPa）兼具气体的高扩散性和液体的强溶解力，通过调节温度（35～50 ℃）与压力（20～30 MPa）选择性萃取目标成分。例如，在黄山毛峰茶提取实验中，在40 ℃、28 MPa条件下，SFE的茶多酚提取率达8.2%（干重），较传统乙醇提取法提升32%[3]。超临界CO₂的低黏度（仅为液态1%）使其能渗透茶叶细胞壁，高效萃取非极性物质如咖啡因，但需添加5%乙醇作为夹带剂以提升儿茶素等极性成分的提取率（从4.1%增至6.8%）。该技术优势在于低温操作可保留β-紫罗兰酮（热分解阈值180 ℃）等热敏成分，且无溶剂残留，其已应用于高端绿茶精华提取。然而，SFE设备投资成本是传统方法的3倍，且处理量受限（单次投料≤5 kg），目前主要用于高附加值产品和化妆品原料开发。

1.4 旋转锥体柱提取法

旋转锥体柱（Spinning Cone Column，SCC）技术是一种高度创新且高效的挥发性成分提取装置，特别适用于处理热敏性、高沸点及难分离的化合物。该技术通过在真空条件下操作，结合旋转锥体的离心力和重力作用，使液态物料与逆向上升的蒸气或惰性气体进行充分的传热传质交换。在此过程中，挥发性成分被迅速从液相转移到气相，随后通过柱顶的冷凝系统被高效捕获，生成高浓度的香气提取液。SCC技术的核心优势在于其高效的分离效率和对热敏性成分的保护能力，研究表明，在茶叶挥发性成分的提取过程中，SCC技术能够在较低的操作温度（通常为40～60℃）和适中的真空度（0.1～0.5 bar）条件下实现高效提取。此外，料液流速、旋转锥体的转速以及锥体间距等参数也会显著影响茶叶挥发性成分的提取效率[4]。尽管SCC技术在茶叶香气物质提取中展现出巨大潜力，但其应用仍处于初期阶段。

1.5 固相微萃取法

固相微萃取技术的关键在于借助熔融石英纤维表面涂层的化学特性，对样品中的挥发性及半挥发性化合物进行选择性吸附与解吸，进而实现目标成分的高效富集与分离。依据萃取方法的不同，该技术可划分为直接固相微萃取（Direct Solid-phase Microextraction，DI-SPME）与顶空固相微萃取（Headspace Solid-phase Microextraction，HS-SPME）。HS-SPME法由于能在样品上方的气相中迅速达到吸附平衡，特别适合于复杂基质中挥发性成分的高效提取，因而在茶叶香气成分的研究中被广泛采用。在西湖龙井香气分析中，采用65 μm PDMS/DVB涂层纤维于55 ℃萃取30 min，GC-MS鉴定出68种挥发性化合物[4]，包括关键香气成分反-2-己烯醛（含量12.3 μg·kg-1），其检测限低至0.02 μg·L-1，较同时蒸馏萃取法灵敏度提升5倍。但该实验发现茉莉花茶样品中芳樟醇与吲哚存在竞争吸附，导致芳樟醇回收率下降18%，揭示了涂层选择性的局限。实际应用中，HS-SPME已用于普洱茶陈香特征成分的快速筛查，单次检测成本仅为溶剂萃取法的1/7，但纤维涂层在200 ℃以上易发生热降解，连续使用20次后β-大马酮的吸附容量下降37%，制约了其在高温样品分析中的适用性。虽然HS-SPME法在提取茶叶香气成分方面表现优异，但在萃取过程中可能会因竞争效应而导致部分香气成分出现失真现象。同时，固定相纤维的耐热性与耐久性相对较差，涂层容易剥落且吸附容量有限，此外不同涂层材料对目标组分的吸附选择性还有待进一步优化。

2 茶叶香气成分检测方法

2.1 气相色谱-质谱法

气相色谱-质谱联用技术借助气相色谱实现对复杂挥发性物质的高效分离，并结合质谱精准的分子结构鉴定及定量分析功能，可全面剖析茶叶加工过程中香气成分的动态变化情况。在实际应用环节，GC-MS常与顶空固相微萃取技术协同使用，以提升提取效率和检测精准度。邵淑贤等[5]运用HS-SPME/GC-MS技术对云南碧螺春茶在加工过程中的挥发性成分进行了系统性分析，成功鉴定出67种挥发性成分，涵盖了芳樟醇氧化物、β-紫罗酮、苯乙醛以及醛类、酮类和含氮化合物等。在茶叶的分级与品质评估方面，GC-MS技术也发挥着重要作用。通过对不同级别茶叶香气成分的深入分析，能够依据挥发性成分含量的差异构建分级标准。在一项研究中，YUN等[6]采用GC-MS联合化学计量学分析手段，对浓香型铁观音茶5个不同等级（特级至四级）的香气成分差异进行了深入探究。结果显示，2-甲基呋喃、2-乙基呋喃、异亚丙基丙酮、2-戊基呋喃以及D-柠檬烯等成分的含量与茶叶的等级呈现负相关性，而1-乙基吡咯的含量与茶叶等级则呈现正相关性。然而，由于检测限的限制，一些浓度虽低但气味活性较强的挥发性成分可能无法被准确检测到，这可能会在一定程度上对分析结果的完整性造成影响[4]。

2.2 气相色谱-离子迁移谱法

气相色谱-离子迁移谱（Gas Chromatography-Ion Mobility Spectrometry，GC-IMS）技术可高效分离并识别复杂的多组分体系，特别适合于分析微量级挥发性化合物。该技术常与顶空进样技术联合应用，以提升挥发性成分的提取效率。在对茶汤挥发性成分进行系统分析的研究中，科研人员鉴定出了61种挥发性物质，涵盖了芳樟醇、香叶醇、苯乙醛等关键香气成分。此外，GC-IMS技术在监测茶叶加工过程中的动态变化方面也具有重要价值。有学者运用GC-IMS技术实时监测手筑茯砖茶的发酵与干燥过程，共检测到85种挥发性有机物，其中包含45种酯类、20种醛类和10种醇类成分[4]。然而，GC-IMS在面对复杂混合物时，离子迁移谱的分离效率可能会受到一定限制，部分挥发性成分的离子化效率相对较低，从而影响检测结果的准确性。

2.3 气相色谱-嗅闻法

气相色谱-嗅觉检测技术（Gas Chromatography-Olfactometry，GC-O）不仅能借助气相色谱高效分离并精准测定茶叶中的挥发性成分，还可利用人类嗅觉对分离后的化合物进行直接评估，有效弥合化学仪器检测信号与人体气味感知强度之间的差距。在实际应用中，GC-O常与香气提取稀释分析法（Aroma Extract Dilution Analysis，AEDA）联用，以增强对微量活性香气成分的识别能力。有研究采用溶剂辅助蒸馏萃取法从陕西勉县红茶中提取挥发性成分，并借助GC-MS/O技术和AEDA在优化实验条件下，从红茶中鉴定出58种挥发性成分[3]。在GC-O技术的操作流程中，一般会采用稀释法、检测频率法或强度法。然而，由于风味物质通常含量微小且稳定性差，复杂的气味构成可能会加大嗅闻判断分析的难度。此外，GC-O技术在对化合物精确结构鉴定方面的能力相对有限。