江西茶鮮葉中重金屬狀況多變量分析

熊春紅， 曹 芳， 涂北平， 彭康年， 黃曉君， 謝明勇＊

（1.食品科學(xué)與技術(shù)國家重點實驗室，南昌大學(xué)，江西 南昌 330047；2.江西省農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全檢測中心，江西 南昌 330047；3.南昌市青山湖區(qū)質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督分局，江西 南昌 330012）

江西茶鮮葉中重金屬狀況多變量分析

熊春紅1， 曹 芳2， 涂北平3， 彭康年1， 黃曉君1， 謝明勇＊1

（1.食品科學(xué)與技術(shù)國家重點實驗室，南昌大學(xué)，江西 南昌 330047；2.江西省農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全檢測中心，江西 南昌 330047；3.南昌市青山湖區(qū)質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督分局，江西 南昌 330012）

對江西省5個茶區(qū)的88個茶鮮葉（新葉、老葉）樣，以國標方法測定重金屬Cu、Pb、Cd、As、Hg、Cr含量。結(jié)果顯示，老葉、新葉和鮮葉聚類分析結(jié)果不完全相同，但均分為5組，無明顯自然地域界限，6種重金屬聚類組間差異顯著（P＜0.05）；經(jīng)交叉驗證的判別分析，區(qū)分老葉與新葉的正確率為87.5%，說明老葉與新葉差異明顯，判別新葉是否高山組的正確率為77.3%。以改進的Nemerow綜合污染指數(shù)（NIPI）評價重金屬狀況并進行簡單對應(yīng)分析顯示，老葉主要為輕度污染，新葉總體未污染，處于警戒水平：贛中贛南茶區(qū)新葉安全，其余新葉為警戒水平。結(jié)論表明：江西茶鮮葉重金屬茶區(qū)間有一定差異但自然地域界限不明顯；種植環(huán)境平均良好，路邊組與高山組無明顯差異。

茶鮮葉；重金屬；多變量分析

茶鮮葉是制茶的直接原料，也恰能反映茶樹重金屬歷年積累和土壤轉(zhuǎn)移等不可逆因素的基礎(chǔ)污染，其代表性優(yōu)于商品茶葉。商品茶的重金屬污染還有加工、大氣沉降附著等諸多因素，但多可清除或控制。作為世界上約2／3人口消費的飲料［1］，監(jiān)測茶鮮葉的重金屬基礎(chǔ)污染狀況意義明顯。目前我國茶葉已有相關(guān)限量標準的重金屬是Cu、Pb、Cd、As、Hg、Cr，檢測分析多是針對商品茶，茶鮮葉研究不多。通常，檢測獲得的原始數(shù)據(jù)不僅龐大繁雜，而且在數(shù)量級上相差甚大，不能直接看出重金屬的整體狀況即集合特征。而多變量分析方法在研究n個觀測對象之集合特征上具有優(yōu)勢［2－5］，有助于分析茶鮮葉重金屬整體特征。

中國茶葉產(chǎn)量居世界第一，江西是江南茶區(qū)主產(chǎn)區(qū)之一，地處綠茶金三角地區(qū)，茶業(yè)歷史已超過二千多年。2008年，江西省政府提出做大、做優(yōu)、做強江西茶產(chǎn)業(yè)，建立了中部最大的綠茶聚散地－南昌茶葉交易市場，并計劃到2012年，有機、綠色茶葉的生產(chǎn)面積要占茶園總面積的50%以上。因此摸清茶葉重金屬現(xiàn)狀有助于更好規(guī)范和分級利用宜茶園區(qū)，促進江西省認證規(guī)范工作。

1 材料與方法

1.1 儀器、試劑與樣品

Milli－Q＠Academic超純水系統(tǒng)：美國Millipore公司產(chǎn)品；WX－4000微波消解儀：上海屹堯分析儀器有限公司產(chǎn)品；AFS－230E原子熒光光度計：北京海光儀器公司產(chǎn)品；PE－AA700原子吸收光譜儀：美國PerkinElmer公司產(chǎn)品。試劑均為優(yōu)級純。所有器皿洗凈后于質(zhì)量分數(shù)10%硝酸溶液浸泡48 h，超純水（電阻率18.2 MΩ·cm）沖洗5次，晾干。各元素標準儲備液購自國家標準物質(zhì)中心。

江西主要有5個茶產(chǎn)區(qū)，采樣茶區(qū)及編號如下：A贛西北：九江縣（A1－A3，A7－A8）、永修縣（A4－A6）；B贛東北：浮梁（B1－B5）、鉛山（B6－B7）、婺源（B8－B9）、玉山縣（B10－B13）；C 南昌周圍：南昌縣（C4－C6）、進 賢 縣 （C7－C10）和 梅 嶺 （C1－C3，C11－C12）；D贛中：遂川縣（D1－D5）；E贛南：崇義縣（E1－E6）。同一縣內(nèi)，選取若干規(guī)模性茶園為采樣單元，包括路邊園和海拔300米以上的高山園。每單元33～67 hm2，按"隨機"原則采樣，S形布點5～7個，于布點附近茶樹采摘生長期小于12個月的新葉及同株近根部的老葉各約100 g，同單元老葉、新葉分別混勻，每單元得樣品2個，老葉、新葉分別得高山樣24個，路邊樣20個，共88個鮮葉樣。鮮葉經(jīng)自來水、超純水清洗3次；130℃殺青5 min后于80℃烘干，再攤涼?，旇а欣徰心?，尼龍篩過篩取≤75μm樣。

1.2 試驗方法

參照 GB／T 5009.13－2003《食品中銅的測定》，GB／T 5009.12－2010《食 品 中 鉛 的 測 定 》，GB／T 5009.15－2003《食品中鎘的測定》，GB／T 5009.11－2003《食品中總砷的測定》，GB／T 5009.123－2003《食品中鉻的測定》和 GB／T 5009.17－2003《食品中總汞的測定》分析測定。質(zhì)控標品為國家一級標準物質(zhì)GBW10016茶葉。每個樣重復(fù)測定3次，取平均值。數(shù)據(jù)分析采用Minitab15和SPSS17.0。

2 結(jié)果與分析

2.1 江西茶鮮葉6種重金屬含量統(tǒng)計性描述及比較

表1顯示，老葉中Pb、Hg、Cr含量均極顯著（P＜0.01）高于新葉，表明三者隨生長時間累積效果極顯著。但新葉的Cu含量極顯著（P＜0.01）高于老葉，說明Cu優(yōu)勢向新生葉傳輸以滿足生長需要，而新葉成為老葉的過程中流失Cu。各元素變異系數(shù)均較大，說明江西茶鮮葉元素差別較大，與種植環(huán)境、管理水平等亦有關(guān)，因此中位數(shù)更具有代表性。

表1 茶鮮葉重金屬元素的統(tǒng)計性描述（n＝44，mg／kg）Tab.1 Descriptive statistical results of tested heavy metals in fresh tea leaves（n＝44，mg／kg）

2.2 江西茶鮮葉重金屬狀況的聚類分析

采用離差平方和法，Euclidean距離量度，重金屬原始分析數(shù)據(jù)經(jīng)變量標準化后聚類，結(jié)果見表2。

從表2可見，以老葉、新葉、全鮮葉聚類分析的結(jié)果不同，但均可分為5組，無明顯自然地域界限，說明江西茶鮮葉重金屬狀況受自然地域以外的因素影響明顯，而且老葉與鮮葉結(jié)果接近，綜合考慮，采用鮮葉聚類更全面。鮮葉聚類組間差異見表3，樹狀圖見圖1。

表2 茶園分組概況、聚類組號及各茶園NIPI值Tab.2 Groups numbering for tea gardens and its cluster result with NIPI value each

續(xù)表2

表3 鮮葉聚類組組間差異的方差分析（One－way ANOVA）結(jié)果（mg／kg）Tab.3 One－way ANOVA results of cluster groups for fresh tea leaves（mg／kg）

圖1 江西茶鮮葉聚類樹狀圖Fig.1 Hierarchical cluster results or dendrogram of the fresh tea leaves in Jiangxi province

圖2 鮮葉分組與污染程度簡單對應(yīng)分析的對稱圖Fig.2 Symmetric plot showing groups of fresh leaves and pollution status by simple correspondence analysis

距離為8.764處，圖1聚為5類，從左起依次對應(yīng)表3的第1、5、2、3、4聚類組，分別有10、4、9、9、12個茶園。表3顯示，同元素同種鮮葉的組間差異均顯著（P＜0.05），聚類效果好。第3組茶園6種元素均較高，其次為第2組As、Cr稍低，第5組Cu稍低，Cr較低，第1組為Pb、As含量較高組，第4組6元素均較低。D區(qū)茶園未出現(xiàn)在第2、3組，主要聚在第1、4組，說明最清潔。E區(qū)茶園也主要聚在第4組，污染小。A區(qū)、C區(qū)茶園未聚于第5組，新葉Cu、Cr不低。C區(qū)茶園主要聚于第2、3組，污染最明顯，A區(qū)次之，聚于第2、1組。B區(qū)雖主要聚于第4組，但在5個聚類組中均有分布，差別最大。

2.3 江西茶鮮葉判別分析

采用留一交叉驗證法，分別以老葉、新葉、全鮮葉重金屬原始數(shù)據(jù)進行茶區(qū)、高山組與路邊組、老葉與新葉分類的判別分析。結(jié)果顯示：判別全鮮葉是老葉或新葉的正確率為87.5%，說明江西茶老葉重金屬與新葉差異非常明顯，重金屬隨生長時間會明顯加劇積累或轉(zhuǎn)移，與2.1的分析基本一致。判別新葉是否來自于高山組的正確率為77.3%，說明路邊組新葉與高山新葉有一定差異但不顯著。其余判別正確率在29.5%～60.2%，判別效果不佳，說明江西茶鮮葉重金屬基于人為劃定的茶區(qū)間差異不大，即無明顯自然地域界限，結(jié)果與聚類分析一致，但各區(qū)均有污染水平差異顯著的各類茶園。

2.4 江西茶鮮葉分組與污染程度的對應(yīng)分析

結(jié)合商品茶限量標準，初擬茶鮮葉限量值（表4），以改進的單因子污染指數(shù)（Pollution index，PI）和Nemerow綜合污染指數(shù)（Nemerow integrated pollution index，NIPI）［6］評價各茶園鮮葉重金屬總體狀況，結(jié)果見表2。NIPI≤0.6，安全；0.6＜NIPI≤1，警戒水平；1＜NIPI≤2，輕度污染；2＜NIPI≤3，中度污染；3＜NIPI，重度污染。

PI＝C／XaC≤Xa

PI＝1＋（C－Xa）／（Xc－Xa）Xa＜C≤XcPI＝2＋（C－Xc）／（Xp－Xc）Xc＜C≤XpPI＝3＋（C－Xp）／（Xp－Xc）C＞XpNIPI＝ ［（PI2imax＋PI2iave）／2］1／2

鮮葉重金屬不同污染水平限量值見表4。

表4 鮮葉重金屬不同污染水平限量值（mg／kg）Tab.4 Limited values for each pollution level of heavy metals in fresh tea leaves（mg／kg）

由于5個茶區(qū)采樣數(shù)各不相同，因此以每區(qū)各級污染程度茶園的比例進行簡單對應(yīng)分析，同法進行路邊組與高山組新葉、老葉各級污染程度的簡單對應(yīng)分析，結(jié)果如圖2所示，老葉主要為輕度污染，新葉總體未污染，處于警戒水平：D、E茶區(qū)新葉安全，其余茶區(qū)新葉為警戒水平。高山組與路邊組污染水平差異不顯著。對應(yīng)結(jié)果與聚類分析結(jié)果基本一致。

3 結(jié)語

多變量分析有助于進一步揭示n個觀測對象（多茶園）的集合特征（多種重金屬的整體狀況）。3種多變量分析方法從不同角度揭示出：江西茶鮮葉重金屬茶區(qū)間有一定差異但自然地域界線不明顯；種植環(huán)境比較平均良好，路邊組與高山組無明顯差異；新葉未污染，但警戒水平高，應(yīng)引起重視；老葉有輕度污染，在進一步以粗老茶加工茶葉食品、加工全茶粉時應(yīng)引起重視。

（References）：

［1］Karak T，Bhagat R M.Trace elements in tea leaves，made tea and tea infusion：A review［J］.Food Research International，2010，43（9）：2234－2252.

［2］Jalali M.Multivariate statistical analysis of potassium status in agricultural soils in Hamadan，western Iran［J］.Pedosphere，2010，20（3）：293－303.

［3］Amaya F U，Cristina L M，Enrique R，et al.Source identification of heavy metals in pastureland by multivariate analysis in NW Spain［J］.Journal of Hazardous Materials，2009，165：1008－1015.

［4］Chen Y X，Yu M G，Xu J，et al.Differentiation of eight tea（Camelliasinensis）cultivars in China by elemental fingerprint［J］.Journal of the Science of Food and Agriculture，2009，89：2350－2355.

［5］Biljana S，Nata?a D M.Chemometric interpretation of heavy metal patterns in soils worldwide［J］.Chemosphere，2010，80：1360－1369.

［6］Yang Z P，Lu W X，Long Y Q，et al.Assessment of heavy metals contamination in urban topsoil from Changchun City，China［J］.Journal of Geochemical Exploration，2011，108：27－38.

［7］Han W Y，Zhao F J，Shi Y Z.Scale and causes of lead contamination in Chinese tea［J］.Environmental Pollution，2006，139：125－132.

Multivariate Analysis of Heavy Metals in Fresh Tea Leaves from Jiangxi Province

XIONGChun－h(huán)ong1，CAOFang2，TUBei－ping3，PENGKang－nian1，HUANGXiao－jun1，XIEMing－yong＊1

（1.State Key Laboratory of Food Science and Technology，Nanchang University，Nanchang 330047，China；2.Monitoring Center for Quality and Safety of Agricultural Products of Jiangxi Province，Nanchang 330047，China；3.Qingshanhu District Sub－Bureau of Quality and Technical Supervision，Nanchang 330012，China）

Totally 88 fresh tea leaves samples（including new leaves and old leaves）from 5 producing districts in Jiangxi province were analyzed for the contents of Cu，Pb，Cd，As，Hg and Cr according to relevant national standards.The results reveal that cluster groups are not quite the same for new leaves，old leaves and fresh leaves although 5 groups were obtained each，which indicates that there are no clear natural separatrix，but there are significant differences within cluster groups for each heavy metal（P＜0.05）.By discriminant analysis with leave－oneout cross－validation，87.5%of fresh leaves were correctly discriminated into new or old one for their significant differences，while just 77.3%were correctly discriminated into mountain group or not.By simple correspondence analysis for data of improved Nemerow integrated pol－lution index（NIPI）of the six metals，old leaves reach to slightly polluted level while just precautious for new leaves with safe for middle and south district in Jiangxi and precautious for others.In conclusion，there is a slight difference among heavy metals in fresh leaves from various producing districts in Jiangxi but without clear natural separatrix.It＇s good and uniform or similar in natural producing condition in Jiangxi and there are no great differences between mountain group and road one.

fresh tea leaves，heavy metals，multivariate analysis

TS 207.5，S 571.1

A

1673－1689（2012）01－055－06

2011－03－11

國家自然科學(xué)基金項目（20462005）。

熊春紅（1971－），女，江西進賢人，食品科學(xué)與工程博士研究生，副教授，主要從事食品營養(yǎng)與安全研究。Email：hongyu＿9567＠163.com

＊通信作者：謝明勇（1957－），男，江西宜春人，教授，博士研究生導(dǎo)師，主要從事天然產(chǎn)物的研究與開發(fā)。Email：myxie＠ncu.edu.cn