实时直接分析质谱法在茶叶品质评价中的应用研究进展

潘剑蕾，王 瑞，张晓鸿，王钰歆，曾定玲，张晓强

（深圳市质量安全检验检测研究院，广东深圳 518051）

感官审评是茶叶品质评价中常用的传统方法。随着国内外专家对茶学领域与多学科领域知识相融合的研究，以及科学技术（光学、电学、计算机科学、信息处理等）的发展，越来越多新技术、新方法应用在茶叶品质评价研究中。作为一种新的大气压电离质谱技术，实时直接分析质谱法具有快捷、简便、灵敏、高效、无损、广谱及绿色等特点而被广泛地应用于食品安全与检测、环境分析检测、药物及临床分析、商品与材料检测等领域，但目前在茶叶品质评价方面应用不多。为多角度、多维度地研究评价茶叶品质，本文综述了实时直接分析质谱法在茶叶品质评价中的应用研究进展。

1 茶叶品质评价的概念及指标

当人们去评价一种茶叶品质的优劣，更多的是去了解茶叶的色、香、味、形的组成和表现[1]。茶叶中具有丰富的化学成分，包括茶多酚及其氧化物、氨基酸、生物碱、糖类、脂类、有机酸、蛋白质、维生素、挥发性香气成分等[1-6]。这些成分通过不同比率的浸出形成具有不同风味特色的茶汤。正是这些化学成分才使茶叶具有一定的保健功效。清代陈元龙在《格致镜原》中写道：神农尝百草，一日而遇七十二毒，得荼以解之[7]。《神农本草经》中有记载：苦菜，味苦，寒。主五脏邪气，厌谷，胃痹。久服，安心益气，聪察少卧，轻身、耐老[8]。茶具有清脏腑热、消食化积、提神醒脑、养生保健等功效。

茶叶质量安全是茶叶的基础，茶叶中的风险物质主要来源于茶叶种植和茶叶加工过程。茶叶种植过程包括生态环境、栽培技术等，茶叶加工过程包括加工工艺、包装材料、储藏环境等。陈宗懋[9-10]、江用文[11]、汪庆华[12]、郑国建[13]等人指出，中国茶产业的质量安全问题主要体现在农药残留、重金属元素污染、有害微生物污染及其他污染物等方面。

茶叶品质指标并不是单一的，而是多方面、多维度、多功能的。叶乃兴[14]参照翟凤林对作物品种分类的方法，将茶叶品质按照不同特征进行分类，茶叶品质评价则是对茶叶产品属性，即商品品质、风味品质、营养品质、保健品质和卫生品质等方面进行标准、客观、定量分析并对茶叶质量作综合评价的过程。茶叶品质评价指标及其主要影响因素详见表1。

表1 茶叶品质评价指标及其主要影响因素

2 茶叶品质评价技术研究进展

随着消费者生活水平的提高和健康意识的增强，对茶叶品质的要求也随之越来越高[15]，对茶叶品质评价的研究也越来越多。针对茶叶品质评价指标的不同，评价方法也随之不同。目前，茶叶品质评价方法[16-17]主要分为感官审评、成分分析检测和新兴技术手段等。

2.1 感官审评

茶叶感官审评主要是指审评人通过感觉器官[18]，按照一定的方法，依据规定的评茶程序，对照实物标准样对茶叶各方面进行逐项审评，然后经综合评定确定茶叶品质优次的一种评茶方法。茶叶感官审评包括干茶审评和开汤审评，分为外形、香气、汤色、滋味和叶底5 个项目，每个项目又包含多个因子[19-21]。茶叶感官审评发展至今已建立起成熟、标准的评价体系，如《茶叶感官审评术语》（GB/T 14487—2017）是我国具有代表性的食品感官术语，使用统一的感官分析术语，审评人能够准确地描述出对茶叶的感官评价。随着近年来茶产业的发展，张颖彬等认为目前茶叶感官术语还存在待完善之处，如术语词义易混淆、部分术语定义存在疑难点、部分程度术语关系不明确、组合术语数量过多等[22]。感官审评是茶叶品质评价最传统、最基本的方法，具有直观、方便、快捷等特点，但其相当依赖审评人的经验积累，其主观性也限制了其发展。

2.2 成分分析检测

成分分析检测是指研究人员运用现代分析仪器，用化学方法或物理方法对茶叶的内含物质进行检测，研究茶叶品质与生化成分之间的关联性。通常需要对茶叶样品进行制备、提取和净化等处理，根据需要有些还需进行浓缩或衍生化处理后制成茶叶样品提取液，然后运用分析仪器对其提取液进行分析检测。常用的分析仪器有核磁共振波谱、气相色谱—质谱联用、液相色谱—质谱联用、超高效液相色谱、高效液相色谱、紫外—可见分光光度计等。成分分析检测旨在以某些主要化合物成分为基础来分析茶叶品质，比感官审评检测结果更加准确、客观[17,23]。成分分析检测是运用分析仪器对茶叶的内含成分进行检测的方法，其结果更加客观准确，但大多需要繁冗的样品制备、萃取和分离过程，对样品破坏性大。

2.3 新兴技术手段

随着国内外专家对茶学领域与多学科领域知识相融合的研究，以及科技技术（光学、电学、计算机科学、信息处理等）的发展，越来越多新技术、新方法应用在茶叶品质评价研究中。例如，计算机视觉系统、光谱技术、电化学方法（如电子鼻、电子舌）等[20-21,24]。新兴技术手段具有快速、无损、直接分析的优点，但很多新兴技术的应用还在研究阶段，有待研究人员去探索。

3 实时直接分析简介

实时直接分析（Direct analysis in real time，DART）为新型原位电离技术，能够满足实验室对样品高通量分析的要求和对现场、无损、快速、低碳、原位、直接分析的需求。DART 技术由美国的Robert Cody 博士和Jim Laramee 博士于2002 年发明，2005 年DART 离子化技术文章在《Analytical Chemistry》杂志发表，同年由JEOL 公司对DART 商品化，设备问世。DART 解决了以往质谱技术对样品前处理的过程烦琐冗长的问题，大大提高了检测速度，几秒便可轻松完成测试。不仅如此，它还将检测对象拓展到气体、液体或固体，实现了真正意义上的实时、直接分析[25]。

DART 是一种非表面接触型解析/离子化质谱分析离子源技术。其原理是在大气压条件下，中性或者惰性气体（如氮气或氦气）经放电产生激发态原子，对该激发态原子进行快速加热和电场加速，使其解析并瞬间离子化待测样品表面的标志性化合物或待测化合物，然后进行质谱或串联质谱检测，从而实现样品的实时直接分析[26-28]。

4 实时直接分析质谱法在茶叶品质评价中的应用

DART 因其快捷、简便、灵敏、高效、无损、广谱、绿色等特点，自2005年出现以来，已经被应用在食品安全与检测、环境分析检测、商品与材料检测及药物及临床分析等领域，但在茶叶品质评价方面的应用却不多。本文对国内前期工作者基于实时直接分析质谱法在茶叶品质评价中的应用进行总结，旨在为给多角度、多维度地研究茶叶品质评价新技术提供参考。

4.1 茶叶风味品质分析

茶叶香气是影响茶叶品质的重要因素，也是风味品质中的评价指标之一。茶叶香气根据其来源可分为地域香、气候香、品种香、工艺香、树龄香、季节香等6 种香气。若对茶叶香气建立数据库，则可不同维度地了解茶叶，如生长地域特点、生长气候条件、品种特点、工艺结果呈现的区别，不同树龄吸收到的营养成分的区别，不同季节生长速度的区别等。

张丽等运用实时直接分析质谱法探索出碧螺春红茶在不同加工过程中香气物质的变化规律[29]。通过称取不同加工阶段的茶叶样品，直接经DART 真空泵直接抽吸进样，对不同加工阶段香气物质进行动态监测。结果表明：1）碧螺春红茶加工过程中有28 种特征香气，主要为醇类、醛类、酮类、酯类、酚类、烃类、含氮类等7类化合物；2）实验发现在茶鲜叶中基本不含有酮类和醇类，萎凋叶和发酵2.5 h阶段中含有全部特征香气物质，且特征香气物质除醛类的橙花醛特征香气没有变化，其他特征香气含量都有变化；3）发酵5 h 阶段中，酯类、酮类和酚类中的部分特征香气物质暂时检测不出，但在干茶阶段除丁酸橙花酯依然未检出，其他特征香气又会重新出现；4）在整个加工阶段，碧螺春红茶的特征香气不断变化，但醛类和烃类的含量一直相对较高。

张丽等基于实时直接分析质谱法对碧螺春红茶的28种特征香气物质进行监测，建立了对不同产区和不同级别碧螺春红茶的香气物质快速检测的方法[30]。通过称取不同产区和不同级别的茶叶样品，直接经DART 真空泵直接抽吸进样，对不同加工阶段香气物质进行动态监测。结果表明：1）不同产区、不同级别的碧螺春红茶中特征香气物质种类各不相同，其中不同产区的碧螺春红茶中所含的特征香气物质不同，无锡和东山地区的碧螺春红茶中，离子相对丰度最高的是橙花醛，其次是茉莉内酯、百里香酚；西山和旺山地区的碧螺春红茶中，离子相对丰度最高的是橙花醛，其次是柠檬烯。这也证明不同地区的碧螺春红茶香气也存在区别，但主香是一致的；2）不同级别的碧螺春红茶中第I 级别的特征香气物质的离子相对丰度均高于其他级别，其中酚类和烃类化合物的离子相对丰度较高，且级别越高的碧螺春红茶，酚类和烃类物质种类较多。这也证明级别越高的碧螺春红茶，香气越浓郁。

4.2 茶叶营养品质分析

茶汤的滋味常用涩、鲜、苦、甜来描述，其中“鲜”的口感指的是甘爽、鲜爽，它与茶叶中的氨基酸有关。其中，γ-氨基丁酸是一种非常重要的抑制性神经递质，它能参与脑的生理活动，具有安神、催眠等作用。常用的γ-氨基丁酸含量测定方法有薄层色谱法、纸电泳法、纸层析法、比色法、氨基酸分析仪测定法、毛细管电泳-电化学检测法、高效液相色谱法等。其中，纸电泳法、纸层析法操作简单，但精密度不高；薄层色谱法、毛细管电泳-电化学检测法、高效液相色谱法精密度高，但操作过程复杂，时间比较长，而且高效液相色谱法需要用到衍生试剂，具有一定的毒性，对环境和健康都有一定的危害；比色法、氨基酸分析仪测定法操作简单，但对样品纯度有一定的要求。

屠钰等建立了一种利用实时直接分析离子源与三重四极杆串联质谱联用法（DART-MS）快速高效定量分析茶叶中γ-氨基丁酸含量的方法[31]。通过称取一定量茶叶样品粉末、加入相适应的提取液后、经过滤得到待测液的前处理方法，对10种不同品种的茶叶样品中γ-氨基丁酸的含量进行检测。结果表明，不同品种茶叶中γ-氨基丁酸的含量存在较大差异，实验中九香翠芽中γ-氨基丁酸含量最高（227.2µg·g-1），其次是信阳毛尖（161.2µg·g-1），日照绿茶的γ-氨基丁酸含量最低（75.6µg·g-1）。该方法简便、高效，为快速筛选具有高含量γ-氨基丁酸的茶叶品种提供了一种简单有效的方法。

4.3 茶叶保健品质分析

历代“本草”类医书在提及茶叶时均说它有驱困轻身、提神益思、瘦身减肥、生津解暑等保健功效，而这都是茶叶中生物碱发挥的作用，因为茶叶中的生物碱具有兴奋神经中枢、促进血液循环、抗氧化等功效。茶叶中的生物碱包括咖啡碱（咖啡因）、可可碱、茶叶碱等，三者之中，咖啡碱含量最高，其次是可可碱，它们分别占干重的2%～4%、0.05%和0.002%。咖啡碱属于甲基黄嘌呤类生物碱，极易溶于水（特别是热水），具有苦涩味，是构成茶汤滋味的主要因素之一。

茶叶中咖啡碱的测定目前常用高效液相色谱法和紫外分光光度法，由于茶叶的基质背景非常复杂，故需通过提取和净化等前处理后制成提取液后上机检测。张佳玲等基于采用实时直接分析质谱法对茶叶中的主要成分（茶氨酸、咖啡碱）的建立了快速检测的方法，通过直接吹扫茶叶样品的方法进样，得到特征的质谱信号离子，建立8 种茶叶中茶氨酸和咖啡碱的特征质谱图，实现了对这8 种茶叶的快速鉴别[32]。该方法在大气压下进行，无需对茶叶进行样品处理，大大缩短了分析时间，实现了原位、快速、准确且高通量的检测。

4.4 茶叶卫生品质分析

近年来，我国茶叶贸易出口常常遇到西方国家的贸易壁垒。我国输欧茶叶频频因质量安全问题被欧盟委员会食品与饲料快速预警系统（Rapid Alert System for Food and Feed，RASFF）拒绝入境或退回、销毁，严重影响了我国茶产业国际贸易[33]。对2016—2022 年RASFF 的通报记录进行统计分析发现，我国茶叶被其通报的质量安全问题主要集中于农药残留、金属元素污染、微生物污染及其他污染物，其中农药残留超标占问题总量的80%左右。为了加大对我国茶叶中农药残留量的监测力度，适应世界贸易市场的需要，除采取必要的农业措施，降低茶树、土壤和灌溉中的农药残留量，还需不断寻找操作简单、检测快速的茶叶及茶叶制品中多种农药残留检测方法。茶叶中农药残留的含量较低，属于痕量组分分析，茶叶基质背景相当复杂，故茶叶中农药残留定性定量分析是一个复杂的过程，包括提取、净化、浓缩等步骤，过程繁冗，实验过程长。宫小明等人基于实时直接分析串联质谱法建立茶叶中农药残留的检测方法，通过QuEChERS 方法对茶叶样品进行前处理后，用玻璃棒蘸取上清液经实时直接分析串联质谱法检测烯酰吗啉、噻虫嗪、吡唑醚菌酯、吡虫啉、灭多威、吡蚜酮、杀线威、仲丁威、啶虫脒等9 种常见农药[34]。该方法提取、净化环节简单、快速，上机检测环节无需色谱分离，直接通过实时直接质谱分析，大大节省了分析时间。

5 展望

茶叶品质评价对于茶叶加工和茶叶贸易等至关重要。茶叶品质评价技术也在不断进步，相比于传统茶叶品质评价技术，新兴技术具有简单、快速、无损等特点，为茶叶品质评价提供了新的方式。DART 与质谱联用技术已逐步渗入至许多领域，目前在茶叶品质评价应用的却比较少，但已有经验表明实时直接分析质谱法可运用在风味品质、营养品质、保健品质、卫生品质的分析上，且能达到预期效果。近几十年来，随着茶叶丰富的营养成分不断被科学家发现，国内外茶学领域的专家开展了许多茶叶功能性成分的化学结构与生物活性研究，故茶叶品质评价技术的发展也成为一种趋势。实时直接分析质谱法既可以分析非极性的挥发性物质，又可以分析极性化合物，且检测对象拓展到气体、液体或固体，应用比较广泛。虽然目前有基于采用实时直接分析质谱法开展的定量检测研究，但其原理是建立在蘸取体积、吹扫体积相同的理论状态下得出的结论，而实际情况可能会存在误差，造成精密度无法达到相关要求的情况。基于此问题，定量分析具有同位素的化合物的研究及探讨如何提高其定量分析的精密度，十分有意义。常温常压下敞开式原位电离检测技术的迅猛发展，对样品无需前处理或简单前处理，具有检测速度快、绿色无污染、无损伤检测的优点，更适合做定性快速筛查。从某种程度上说，DART 非常适用于茶叶品质评价，特别是在与固相微萃取等技术联用后，待测物得到富集，灵敏度大大提高，在茶叶品质评价中的应用将会更加广泛。