由于其独特的口感和风味，以及对健康的诸多益处，绿茶已成为全世界最受消费者欢迎的饮品之一，近年来对绿茶的研究也受到了广泛的关注。对茶叶香气有重要贡献的化合物如苯甲醛和芳樟醇等是在茶叶的加工过程中形成的，而制备条件如烘焙温度和时间等会通过影响茶叶中内含物的转化进而直接影响成品茶的香气和口感。目前，对茶叶烘焙程度的评估通常取决于人为经验、烘焙后茶叶的重量、颜色、气味以及成品茶的口感，其做法一般是将不同烘焙阶段茶叶中的香气化合物提取后再进行分析，这意味着挥发性化合物在烘焙中的形成过程尚不清楚。因此，实时监测茶叶热加工中挥发性化合物的生成对于精确控制烘焙程度和调控茶叶品质是至关重要的。

目前GC/MS和LC/MS这两种方法因其在产物分离、纯化和定性等方面的优异性能已经成为茶叶中挥发性化合物分析最常用的检测方法。然而，样品的前处理过程中由于色谱分离过程耗时较长，导致其难以在高时间分辨下实时在线监测挥发性化合物的形成过程。作为一种发展成熟的质谱分析工具，同步辐射真空紫外光电离质谱（SR-PIMS）技术已广泛用于燃料和生物质的燃烧，热解和低温氧化过程中产物的实时监测。由于同步辐射光波长连续可调、亮度高、所有极性和非极性分子都可以被离子化、谱图中几乎没有或没有碎片的优点，SR-PIMS已成为实时在线分析各种气体和半挥发性化合物的合适方法。

近日，本课题组利用同步辐射真空紫外光电离质谱（SR-PIMS）技术实时在线监测了茶叶烘焙过程中产生的关键中间体和挥发性气相化合物。该研究成果以“Online Monitoring the Key Intermediates and Volatile Compounds Evolved from Green Tea Roasting by Synchrotron Radiation Photoionization Mass Spectrometry”为题，于2021年4月29日以封面文章的形式发表于Journal of American Society for Mass Spectrometry期刊（J. Am. Soc. Mass Spectrom. 2021, 32, 6, 1402–1411）。

图1. SR-PIMS装置结构示意图和实物图

图2. 9.5和11.0 eV能量下茶叶烘焙累加谱质谱图

本工作使用同步辐射真空紫外光电离质谱在实验室水平上模拟了绿茶的烘焙过程，并对烘焙过程中释放的挥发性化合物进行了实时在线分析。借助同步辐射光能量连续可调和“软电离”的特点，通过改变光子能量，茶叶烘焙过程中释放的多种挥发性气相化合物如美拉德反应中间体5-HMF以分子离子峰的形式被高灵敏度的检测到。研究发现，在200 ℃的烘焙温度下，茶叶首先发生脱水过程，在500 s的时间内失水率达到80%。随着烘焙温度的上升，茶叶中多种气态芳香性化合物通过热解吸和多种化学反应释放出来，然而更高的温度（≥ 250 ℃）会导致咖啡因的大量损耗。空气中的氧气被证明是一种“催化剂”，可以加速多种挥发性化合物的形成。研究发现绿茶烘焙中产生的三种含硫化合物二甲硫醚、硫化氢和甲硫醇是逐步生成的，本文对其可能的形成机理进行了探讨。最后，通过主成分分析验证了时间分辨谱可以用来预测茶叶烘焙的程度，并粗略地将烘焙过程划分为四个过程。基于光电离的质谱法对于食品热加工过程中多种挥发性化合物形成过程的基础研究具有重要的参考价值，对于食品安全和质量控制也是至关重要的。

图3. （a）200 ℃和11.0 eV光子能量下茶叶烘焙产物的累加质谱图，黑线表示烘焙过程发生在空气气氛中，红线表示在氮气气氛中，（b）茶叶烘焙过程中5-HMF的信号强度在两种气氛下的随时间变化曲线，（c）茶叶烘焙过程中丙烯酰胺的信号强度在两种气氛下的随时间变化曲线

该工作得到了科技部、基金委和中科院合肥大科学中心的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1021/jasms.1c00012