楊家干 羅洪富 徐興國(guó) 張麗娟 柳青 蔣陳凱 陳瑩玉 黃亞輝
摘要 為了探究都勻毛尖不同產(chǎn)地的微量元素含量特點(diǎn),采用電感耦合等離子體質(zhì)鐠(ICP-MS)技術(shù)測(cè)定黔南州5個(gè)不同產(chǎn)地福鼎大白都勻毛尖茶中的Cu、Co、Ni、Zn、Cr、Mo、Pb及其稀土元素的含量,同時(shí)進(jìn)行主成分分析。結(jié)果表明:①5個(gè)樣品中Cu平均值為9.878 μg/g,Co平均值為0.515 μg/g,Ni平均值為7.147 μg/g,Zn平均值為34.401 μg/g,Cr平均值為0.854 μg/g,Mo平均值為0.104 μg/g,Pb平均值為0.304 μg/g,稀土元素總量平均值為0.246 μg/g。都勻毛尖的微量元素含量符合名優(yōu)綠茶微量元素含量水平。②經(jīng)主成分分析得2個(gè)主成分,其累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)87.436%。第1主成分的方差貢獻(xiàn)率為50.538%,故確定其所對(duì)應(yīng)的Co和Zn為都勻毛尖茶所含特征元素。
關(guān)鍵詞 都勻毛尖;微量元素;主成分分析
中圖分類號(hào) O657.32 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739(2016)04-0278-03
Determination of Trace Elements and Principal Component Analysis in Duyun Maojian Tea
YANG Jia-gan 1 LUO Hong-fu 2 XU Xing-guo 2 ZHANG Li-juan 2 LIU Qing 2 JIANG Chen-kai 1 CHEN Ying-yu 1
HUANG Ya-hui 1
(1 College of Horticulture,South China Agricultural University,Guangzhou Guangdong 510642; 2 Qiannan Management Office of Tea Industrialization Development)
Abstract In order to investigate the contents of trace elements in Duyun Maojian Tea from different tea-producing areas,the content of Cu,Co,Ni,Zn,Cr,Mo,Pb in FuDing Dabai which were picked from five tea-producing areas in Qiannan Prefecture were determiated By ICP-MS.The principal coponent were analyzed.The results showed that:①The average content of Cu,Co,Ni,Zn,Cr,Mo,Pb were respectively 9.878 μg/g,0.515 μg/g,7.147 μg/g,34.401 μg/g,0.854 μg/g,0.104 μg/g,0.304 μg/g,0.246 μg/g.The trace elemnts contents of Duyun Maojian were in accordance with famous greent tea.②After principal component analysis,two principal divisors were gained.The contributions rate of accumulative total of variance of the two principal divisors in defense mechanism was 87.436% and the variance contributions of the first divisor was 50.538%,indicating Co and Zn were the characteristic elements of Duyun Maojian Tea.
Key words Duyun Maojian;trace element;principal component analysis
人體內(nèi)必需微量元素有Fe、Zn、Cu、Mn、Cr、Mo、Co、Se、Ni、V、Sn、F、I、Sr等,對(duì)人體有害的微量元素有Be、Cd、Hg、Pb、Sb等[1]。茶葉中含有人體必需的大部分微量元素,人們能通過茶葉直接攝入微量元素。同時(shí),茶葉中微量元素Cu、Co、Ni、Zn、Cr、Mo、Pb及稀土元素等對(duì)茶葉品質(zhì)有重要影響。都勻毛尖是我國(guó)十大名茶之一,地處貴州省黔南布依族苗族自治州,長(zhǎng)年的高海拔、低緯度、寡日照孕育了茶葉獨(dú)特的品質(zhì)。茶葉中除了含有豐富的蛋白質(zhì)、氨基酸、生物堿、茶多酚、糖分、有機(jī)酸、芳香物質(zhì)和VA、V、V、VC、VK、VP、V等以及水溶性礦物質(zhì),也含有一定量的微量元素。貴州茶園土壤的肥力差異較大,土壤普遍缺磷鉀肥,準(zhǔn)確掌握茶葉中的微量元素很有必要[2-3]。之前相關(guān)研究[4-7]對(duì)貴州部分地區(qū)茶葉微量元素進(jìn)行相關(guān)檢測(cè),但是對(duì)于黔南州不同地區(qū)福鼎大白加工而成的都勻毛尖茶的微量元素探究鮮有報(bào)道。
主成分分析是利用降維的思想,在損失很少信息的前提下把多個(gè)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個(gè)綜合指標(biāo)的多元統(tǒng)計(jì)方法。主成分分析如今已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于茶葉研究中。杜軍良等[8]用主成分分析研究發(fā)現(xiàn),春季采摘的綠茶樣品質(zhì)量最好,夏季和秋季采摘的綠茶質(zhì)量較差,尤其是秋季的普遍較差。羅 婷等[9]通過主成分分析表明,不同產(chǎn)地的28種綠茶中的K、Ca、Mg、Fe、Zn、Cu等9種元素中,Ca、Mg、Mn等5種元素對(duì)茶葉的貢獻(xiàn)最大。由上可知,主成分分析對(duì)于進(jìn)一步分析微量元素的含量具有重要的現(xiàn)實(shí)意義,但是目前對(duì)于都勻毛尖微量元素的主成分分析幾乎為空白。因此,本研究通過電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)技術(shù)對(duì)黔南州5個(gè)縣市的福鼎大白茶都勻毛尖茶中的Cu、Co、Ni、Zn、Cr、Mo、Pb及其稀土元素等微量元素進(jìn)行測(cè)定,同時(shí)進(jìn)行主成分分析,以期為研究都勻毛尖茶微量元素含量特點(diǎn)提供參考。
1 材料與方法
1.1 樣品采集
2014年秋季分別從都勻市、貴定縣、甕安縣、平塘縣、惠水縣等黔南茶區(qū)采摘福鼎大白1芽2葉初展原料加工成都勻毛尖茶供微量元素分析所用,共計(jì)5個(gè)茶樣。
1.2 儀器設(shè)備
試驗(yàn)用儀器設(shè)備主要有微波爐、特氟龍-不銹鋼封閉溶樣裝置、電熱板、離心管、電熱干燥箱、Bruker Aurora M90 等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)等。
1.3 測(cè)定方法
準(zhǔn)確稱取茶葉粉末樣品0.2 g于20 mL特氟龍-不銹鋼封閉溶樣裝置中,加入HF 0.5 mL和HNO3 3 mL(HF和HNO3均通過二次亞沸蒸餾提純),放置于電熱板上蒸干。再加入HNO3 3 mL并旋緊螺帽,將密閉的裝置置于電熱干燥箱中于170 ℃加熱分解12 h使有機(jī)質(zhì)完全分解。取出冷卻后于電熱板上蒸干,加入50 ng Rh作為內(nèi)標(biāo)溶液,再加入HNO3 0.5 mL和水7 mL,于電熱板上加熱溶解殘?jiān)?。將此溶液轉(zhuǎn)移至15 mL離心管中并定容至10 mL,用Bruker Aurora M90等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)測(cè)定。儀器靈敏度調(diào)整為1 ng/mL 115In 400 000 mPa·s,1 ng/mL 232Th 150 000 mPa·s,元素結(jié)果相對(duì)誤差為10%以內(nèi)。
1.4 數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析
主成分分析采用Factor過程的主成分分析法,因子提取方差貢獻(xiàn)率之和大于85%的主成分。所用軟件包括WPS、Excel及SPSS 19.0等軟件。
2 結(jié)果與分析
2.1 微量元素的測(cè)定結(jié)果
2.1.1 Cu、Ni、Zn。①黔南州5個(gè)地方的福鼎大白都勻毛尖茶葉中Cu、Ni、Zn含量如圖1所示。Cu含量惠水樣和甕安樣最高,分別為13.345、13.387 μg/g。平塘樣和都勻樣Cu含量次之,分別為11.405、7.516 μg/g。貴定樣Cu含量明顯低于其他4個(gè)地方,只有3.736 μg/g,5個(gè)地方的平均值為9.878 μg/g。NY/T 288-2012綠色食品茶葉中規(guī)定茶葉中Cu含量要≤30 μg/g,由此可知黔南州5個(gè)地方的干茶樣中Cu元素含量均低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。②Ni含量最高的是貴定樣,其值為8.725 μg/g;其他依次為都勻樣、甕安樣、惠水樣,含量分別為8.319、7.504、6.472 μg/g;Ni含量最少的平塘福鼎為4.716 μg/g。5個(gè)地方福鼎種茶葉Ni含量的平均值為7.147 μg/g。③Zn是人體內(nèi)僅次于鐵而位居第二的必需微量元素,對(duì)人體健康有著重要的營(yíng)養(yǎng)保健價(jià)值。韓文炎等[10]研究表明,我國(guó)茶葉Zn含量在22.6~89.3 μg/g。都勻毛尖Zn含量比較均衡(最大值與最小值差值為3.862 μg/g)。含量大小順序?yàn)楫Y安樣(36.398 μg/g)>平塘樣(35.077 μg/g)>惠水樣(34.116 μg/g)>貴定樣(33.875 μg/g)>都勻樣(32.536 μg/g)。5個(gè)地方的Zn含量平均值為34.401 μg/g。
2.1.2 Cr、Pb、Co。①5個(gè)地方的福鼎大白都勻毛尖茶葉中Cr、Pb、Co含量見圖2。Cr作為非必需元素,在茶樹體內(nèi)積累到一定程度,超過茶樹的生長(zhǎng)極限值時(shí),會(huì)抑制茶樹新梢的生長(zhǎng)[11]。黔南州5個(gè)地方的Cr含量平均值為0.854 μg/g。其中,貴定樣含量最高,為1.416 μg/g;甕安樣次之,為1.355 μg/g;平塘樣第三,為0.572 μg/g;都勻樣第四,為0.527 μg/g;惠水樣含量最少,其值為0.354 μg/g。NY659-2003 茶葉中鉻、鎘、汞、砷及氟化物限量中規(guī)定茶葉中鉻含量應(yīng)≤5 μg/g,因此此次檢測(cè)的5個(gè)樣均符合國(guó)家鉻元素質(zhì)量安全要求。②有研究[12]表明名茶含鉛量在1.12~2.16 μg/g之間,平均為1.68 mg/kg。此次測(cè)定的Pb含量差別較大。甕安樣的值明顯高于其他4個(gè)地方,其含量為0.798 μg/g;都勻福鼎接近平均值,為0.313 μg/g;其他地方含量為:貴定樣(0.219 μg/g)、惠水樣(0.122 μg/g)、貴定樣(0.065 μg/g)。③Co作為人體必需的微量元素,正常成人日需攝入量應(yīng)該為0.02~0.03 mg。都勻毛尖中甕安樣Co含量最高,為1.074 μg/g;惠水樣次之,含量為0.772 μg/g;平塘樣和貴定樣含量較少,分別為0.291、0.244 μg/g;都勻樣含量最低,其值為0.192 μg/g;5個(gè)地方的平均值為0.515 μg/g。
2.1.3 Mo、稀土元素。Mo元素和稀土元素含量如圖3所示。貴定樣Mo明顯高于其他4個(gè)地方,其含量(0.277 μg/g)甚至高于其他4個(gè)地方總和(0.241 μg/g);其他4個(gè)地方的Mo含量分別為:都勻樣(0.110 μg/g)、惠水樣(0.055 μg/g)、甕安樣(0.039 μg/g)、平塘樣(0.037 μg/g);5個(gè)地方的平均值為0.104 μg/g。
稀土元素總量5個(gè)地方的平均值為0.246 μg/g。甕安樣含量最高,其值為0.643 μg/g;其他4個(gè)地方含量較少,分別為:貴定樣(0.177 μg/g)、都勻樣(0.170 μg/g)、惠水樣(0.124 μg/g)、平塘樣(0.114 μg/g)。2005年衛(wèi)生部發(fā)布了《食品中污染物限量(GB2762-2005)》,其中規(guī)定了茶葉中的稀土元素的允許限量標(biāo)準(zhǔn)為2 mg/kg。因此本次所檢測(cè)的黔南州5個(gè)茶樣的稀土元素含量均小于所規(guī)定的國(guó)家限量。
2.2 主成分分析
2.2.1 標(biāo)準(zhǔn)化處理及計(jì)算相關(guān)系數(shù)矩陣。黔南州5個(gè)地方福鼎大白都勻毛尖茶Cu、Co、Ni、Zn、Cr、Mo、Pb及其稀土元素原始數(shù)據(jù)見表1。對(duì)原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化,就是將同一變量減去均值再除以標(biāo)準(zhǔn)差,以便消除原始數(shù)據(jù)之間量綱不同的影響,讓標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)具有可比性并服從正態(tài)分布規(guī)律[13],具體標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)略。運(yùn)行SPSS19.0軟件得到9個(gè)變量的相關(guān)系數(shù)矩陣,結(jié)果見表2。由結(jié)果可知,各變量之間有較大的相關(guān)性,因此適合用主成分分析來研究變量之間的關(guān)系。
2.2.2 確定主成分。由表3可知,主成分分析初始解對(duì)原有變量的總體描述情況:總方差87.436%的貢獻(xiàn)率來自前2個(gè)主成分,也就是通過前2個(gè)主成分模型解釋了85%以上的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。由表4可知,在第一主成分中值最大的對(duì)應(yīng)2個(gè)元素分別為Co和Zn。其中Co占累計(jì)方差貢獻(xiàn)的50.538%。
3 結(jié)論與討論
茶葉中的微量元素主要來自于土壤,又隨茶湯被人體攝入。茶樹作為植物,必須有一定量的的微量元素才能保證正常生長(zhǎng)。茶葉作為一種食品,部分微量元素含量不能超過相關(guān)限度,因此探究茶葉中的微量元素含量具有重要意義。本次檢測(cè)中5個(gè)地方部分微量元素差別較大主要是因?yàn)槎紕蛎獠璧靥幵瀑F高原,獨(dú)特的氣候和良好的環(huán)境使得土壤中微量元素豐富,且差異性較大。黔南州5個(gè)地方福鼎大白一芽二葉都勻毛尖茶Cu平均值為9.878 μg/g,Co平均值為0.515 μg/g,Ni平均值為7.147 μg/g,Zn平均值為34.401 μg/g,Cr平均值為0.854 μg/g,Mo平均值為0.104 μg/g,Pb平均值為0.304 μg/g,稀土元素總量平均值為0.246 μg/g。8種微量元素平均值含量都在正常范圍,與其他對(duì)于貴州茶葉微量元素的研究情況相符。Zn元素含量不高,主要原因應(yīng)該是本次取樣為一芽二葉,而鋅元素主要富集于茶樹幼葉。結(jié)合其他文獻(xiàn)報(bào)道[14],總體而言都勻毛尖茶的微量元素與諸多國(guó)內(nèi)其他名優(yōu)綠茶含量接近,因此符合名優(yōu)茶微量元素水平要求。5個(gè)地方之間而言,平塘樣和都勻樣微量元素含量普遍較少,甕安樣中稀土元素總量明顯高于其他4個(gè)地方,同時(shí)其他元素也較高,具體原因有待進(jìn)一步研究。
主成分分析作為一種分析方法已經(jīng)被廣泛使用,在一定程度上可以鑒定產(chǎn)品原產(chǎn)地[15]。都勻毛尖經(jīng)主成分分析得2個(gè)主成分,其累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)87.436%。其中第一主成分的方差貢獻(xiàn)率為50.538%,故確定其所對(duì)應(yīng)的Co和Zn為都勻毛尖茶所含特征元素,這可為以后判斷茶葉是否為真正的都勻毛尖提供參考。
4 參考文獻(xiàn)
[1] 陳清,盧國(guó)理.微量元素與健康[M].北京:北京大學(xué)出版社,1989.
[2] 秦樊鑫,傅文軍,張松.貴州五種茶葉中微量元素溶出率的比較分析[J].貴州農(nóng)業(yè)科學(xué),2005,33(2):29-30.
[3] 趙華富,周國(guó)蘭,劉曉霞,等.貴州茶區(qū)土壤養(yǎng)分狀況綜合評(píng)價(jià)[J].中國(guó)土壤與肥料,2012(3):30-34.
[4] 盤應(yīng)娟,劉義,邵樹勛.貴州鳳岡富鋅硒茶中鋅元素含量的研究[J].中國(guó)西部科技,2011,10(21):13-14.
[5] 冉登培,楊堅(jiān),王家倫.貴州4個(gè)主要產(chǎn)茶區(qū)春茶中的微量元素含量差異[J].貴州農(nóng)業(yè)科學(xué),2014(4):72-75.
[6] 廖朝選,張清海,楊鴻波,等.貴州鳥王茶微量元素分析[J].貴州科學(xué),2012,30(6):48-51.
[7] 魯?shù)劳茉G,陳益民.銅仁地區(qū)四種茶葉微量元素含量的研究[J].廣州化工,2011,39(17):78-79.
[8] 杜軍良,舒遠(yuǎn)杰,羅婭君,等.不同季節(jié)綠茶中金屬元素含量的主成分分析[J].西南科技大學(xué)學(xué)報(bào),2011,26(1):88-90.
[9] 羅婷,趙鐳,胡小松,等.綠茶礦質(zhì)元素特征分析及產(chǎn)地判別研究[J].食品科學(xué),2008,29(11):494-497.
[10] 韓文炎,王曉萍.中國(guó)主要茶類鋅含量的研究[J].中國(guó)茶葉,1989(2):8-10.
[11] 郭海彥,周衛(wèi)軍,張楊珠,等.長(zhǎng)沙“百里茶廊”茶園土壤重金屬含量及環(huán)境質(zhì)量特征[J].環(huán)境科學(xué),2008,29(8):2320-2326.
[12] 施兆鵬,劉仲華.關(guān)于茶葉含鉛量的幾個(gè)問題的看法[C]//中國(guó)茶葉流通協(xié)會(huì),中國(guó)茶葉學(xué)會(huì).科學(xué)飲茶研討會(huì)論文集.[出版者不詳],2000.
[13] 戴曉燕,盛振華,郝云云,等.不同產(chǎn)地大黃中微量元素含量的主成分分析及聚類分析[J].中華中醫(yī)藥雜志,2012(5):1445-1448.
[14] 朱昭陽,王昌倫.貴州名優(yōu)茶礦物剖析[J].貴州科學(xué),1998,16(3):182-186.
[15] Council Regulation(EU),No.510/2006.On the protection of geographi-cal indication and designation of origin agricultural products and foodstuffs[S].Official Journal of Europe Union,2006,93:12-15.