基于生化成分與礦質(zhì)元素的龍井茶產(chǎn)地溯源研究

石伊凡，吳連成，石元值(.杭州市高級(jí)中學(xué)錢(qián)江校區(qū)，浙江 杭州 3002； 2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所 農(nóng)業(yè)部茶樹(shù)生物學(xué)與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 30008)

基于生化成分與礦質(zhì)元素的龍井茶產(chǎn)地溯源研究

石伊凡1，吳連成1，石元值2*
(1.杭州市高級(jí)中學(xué)錢(qián)江校區(qū)，浙江 杭州 310021； 2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所 農(nóng)業(yè)部茶樹(shù)生物學(xué)與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310008)

為區(qū)分不同龍井茶產(chǎn)地來(lái)源，為生產(chǎn)者及消費(fèi)者提供理論方法依據(jù)；本文分別對(duì)三大龍井茶產(chǎn)區(qū)進(jìn)行代表性樣品采集，通過(guò)氨基酸組分分析、高效液相色譜及原子發(fā)射光譜等方法，分析其生化成分及礦質(zhì)元素含量，探討龍井茶產(chǎn)地溯源技術(shù)。結(jié)果表明，以咖啡因、茶多酚、GCG、羥脯氨酸、蘇氨酸、茶氨酸、酚氨比及鎂、鉻9個(gè)參數(shù)形成的Fisher逐步判別(FLDA)模型方程，基本能判別出龍井茶的產(chǎn)地，準(zhǔn)確率達(dá)80%以上。

龍井茶； 生化品質(zhì)； 礦質(zhì)元素； 產(chǎn)地判別

對(duì)于不同產(chǎn)地的龍井茶而言，因其加工工藝基本一致，所以茶葉品質(zhì)受生長(zhǎng)小環(huán)境[1- 4]和肥料供應(yīng)[5]影響較多。西湖龍井的上佳品質(zhì)源于西湖之濱群山懷抱的優(yōu)越自然環(huán)境，使整個(gè)西湖龍井茶區(qū)終年云霧繚繞，氣候溫和，雨量充沛。年平均溫度為16.1 ℃，無(wú)霜期約250 d，年平均濕度80%以上，年降水量1 500 mm左右，且分布均勻，使茶樹(shù)新梢持嫩性增強(qiáng)，氨基酸含量增加，茶的滋味鮮爽，清純幽香。西湖龍井茶園的土壤以砂巖、頁(yè)巖及石灰?guī)r風(fēng)化而成的紅壤為主體，土層深厚肥沃，質(zhì)地疏松，為西湖龍井茶樹(shù)的良好生長(zhǎng)提供了優(yōu)越的土壤環(huán)境，奠定了優(yōu)異的品質(zhì)基礎(chǔ)。

西湖龍井因知名度高而常被仿冒[6]。為保護(hù)西湖龍井茶品牌及生產(chǎn)者與消費(fèi)者的利益，2001年通過(guò)并于2010年修訂的《杭州市西湖龍井茶基地保護(hù)條例》規(guī)定，西湖龍井茶界定生產(chǎn)區(qū)域?yàn)闁|起虎跑、茅家埠、金沙港一線，西抵楊府廟、龍門(mén)坎、何家村一帶，南達(dá)社井、浮山，北至老東岳、金魚(yú)井等地，在此范圍內(nèi)生產(chǎn)的龍井茶統(tǒng)稱為西湖龍井茶。經(jīng)2004年6月實(shí)際測(cè)定，此范圍內(nèi)共有西湖龍井生產(chǎn)茶園1 392 hm2。2001年國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局批準(zhǔn)，實(shí)行龍井茶地理標(biāo)志產(chǎn)品保護(hù)。實(shí)行地域保護(hù)后的龍井茶分為三大區(qū)域：即西湖龍井、錢(qián)塘龍井和越州龍井，并于2008年以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 18650—2008)[7]形式對(duì)產(chǎn)地范圍進(jìn)行明確界定與規(guī)范。這三大產(chǎn)地龍井茶中，除西湖龍井外，錢(qián)塘龍井、越州龍井包括其中的新昌大佛龍井，其品質(zhì)均得到市場(chǎng)的認(rèn)可，在業(yè)內(nèi)取得較好知名度。

雖然人們普遍認(rèn)為西湖龍井質(zhì)量更好，聲譽(yù)更高，但關(guān)于三大產(chǎn)地龍井茶之間的品質(zhì)差異一直為人們所關(guān)注[8- 9]。那么三大產(chǎn)地龍井茶之間是否有各自品質(zhì)特征？茶葉的內(nèi)質(zhì)差異不僅指茶葉的自然生化成分含量高低，也包括茶葉中的礦質(zhì)元素及重金屬含量的差異，其中茶多酚與茶氨酸是茶葉特有的有機(jī)生化品質(zhì)成分，氮、磷、鉀及微量元素的含量也是茶葉品質(zhì)高低的重要指標(biāo)，同時(shí)重金屬元素含量是其重要的質(zhì)量安全指標(biāo)。已有研究表明，茶葉中經(jīng)分離鑒定的已知化合物約500種，含有咖啡因、茶多酚、氨基酸、多糖及黃酮苷類(lèi)物質(zhì)等對(duì)人體健康有益的有機(jī)化合物，同時(shí)含有30多種礦質(zhì)元素，既包含K、Ca、Mg等常量元素，也包含Zn、Sr、Fe、Cu等微量元素(這其中包括14種人體所必需的微量元素)，茶中礦物質(zhì)(以灰分含量算)占4%～6%[10- 11]。為了探究三大產(chǎn)地龍井茶之間是否有各自品質(zhì)特征，本文根據(jù)三大產(chǎn)地龍井茶產(chǎn)區(qū)的產(chǎn)地劃分，分別進(jìn)行原產(chǎn)地樣品采集，分析其內(nèi)在品質(zhì)特征差異及龍井茶產(chǎn)地判別，為廣大消費(fèi)者及各產(chǎn)地龍井茶生產(chǎn)者提供相關(guān)理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1樣品采集

于2016年3月15日至4月30日期間，共收集三大龍井茶產(chǎn)地122個(gè)龍井茶春茶樣品，其中西湖龍井茶(XH，取樣范圍為杭州市西湖區(qū)10個(gè)村及龍塢鎮(zhèn)和留下鎮(zhèn)) 46個(gè)、越州龍井茶(YZ，取樣范圍為紹興縣、嵊州市、新昌縣) 41個(gè)、錢(qián)塘龍井茶(QT，取樣范圍為蕭山區(qū)、富陽(yáng)區(qū)、余杭區(qū)、淳安縣)35個(gè)，樣品來(lái)源均在當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)局茶葉特產(chǎn)站等管理部門(mén)的專家協(xié)助下，在代表性產(chǎn)區(qū)定點(diǎn)取樣獲得。采摘標(biāo)準(zhǔn)均為1芽1葉，取樣時(shí)選取當(dāng)?shù)卮硇圆铇?shù)品種龍井43、中茶108及當(dāng)?shù)厝后w種。茶葉根據(jù)龍井茶的標(biāo)準(zhǔn)加工工藝制成成品茶，含水量均控制在5%左右，每個(gè)采樣點(diǎn)的每個(gè)品種龍井茶從制好的成品茶中取出100 g作為樣品。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1 新梢品質(zhì)成分測(cè)定

游離氨基酸組分含量采用氨基酸自動(dòng)分析儀(S- 443D，Sykam，Germany)分析[12]。

兒茶素組分和咖啡因含量采用高效液相色譜法分析[13]。浸提液用0.22 μm微孔濾膜過(guò)濾，用HPLC法測(cè)定。Waters E2695高效液相色譜儀，Waters 2998檢測(cè)器，Synergi Max- RP C12液質(zhì)色譜柱(4 μm，250 mm×4.60 mm)。進(jìn)樣量10 μL，流動(dòng)相A為2%乙酸，流動(dòng)相B為100%乙腈，流速1 mL·min-1，30 min，檢測(cè)波長(zhǎng)280 nm，柱溫40 ℃。

1.2.2 礦質(zhì)元素含量測(cè)定

樣品微波消解前處理。稱取0.2 g經(jīng)球磨機(jī)(MM301，德國(guó)，Retsch)磨碎的樣品置于高壓消解罐中，加入5 ml 70% HNO3(優(yōu)級(jí)純，美國(guó)Thermo Fisher Scientific公司)加蓋靜置1 h。高壓消解罐使用前經(jīng)20%硝酸浸泡過(guò)夜，超純水清洗至無(wú)酸味、晾干。將靜置后的樣品放入微波消解儀進(jìn)行消解，消解程序參數(shù)為5 min升至120 ℃保持5 min，5 min升至140 ℃保持10 min，5 min升至180 ℃保持10 min，冷卻后取出，緩慢打開(kāi)罐蓋排氣，將高壓消解罐置于控溫電熱板上140 ℃趕酸，將消化液轉(zhuǎn)移至25 mL容量瓶中，超純水定容至刻度，混勻備用。

ICP- MS測(cè)定微量元素含量。Ga、Ge、Cd、Sn、Sb、Ti、Pb、Bi、Th、U等10種微量及Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Lu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb等15種稀土元素含量由ICP- MS(AURORA M90，德國(guó)，BRUKER公司)測(cè)定，ICP- MS的工作參數(shù)為射頻功率1 400 W，冷卻氣流速18 L·min-1，輔助氣流速1.65 L·min-1，霧化器流速0.95 L·min-1，鞘氣流速0.25 L·min-1，采樣高度6.5 mm，泵穩(wěn)定時(shí)間30 s。

內(nèi)標(biāo)溶液。一定體積的1 000 μg·mL-1Rh、In、Re混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院)，用1% HNO3稀釋為1 μg·mL-1，由內(nèi)標(biāo)管在線引入質(zhì)譜儀。

儀器調(diào)諧貯備液。10 μg·mL-1Be、Mg、Co、In、Ce、Ti調(diào)諧貯備液用1% HNO3稀釋為1 ng·mL-1，備用。

標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制。用1%稀硝酸將稀土元素混合標(biāo)準(zhǔn)貯備液(100 μg·mL-1，美國(guó)，AccuStandard公司)逐級(jí)稀釋為0.5、1、2、4、6 μg·L-1的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液。其他元素標(biāo)準(zhǔn)(BRUKER公司，國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心)用1%稀硝酸逐級(jí)稀釋為1，2，4，6，8 μg·L-1。在ICP- MS的工作條件下采集空白溶液(1% HNO3)和標(biāo)準(zhǔn)溶液系列，由儀器自動(dòng)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

ICP- AES測(cè)定大量及部分微量元素含量。將微波消解液稀釋10倍后，由ICP- AES(iCAP6000 Serier，美國(guó)Thermo Scientific公司)測(cè)定其中的Al、As、B、Ba、Ca、Co、Cr、Cu、Fe、K、Li、Mg、Mn、Mo、Na、Ni、P、S、Zn等19種大量及部分中微量元素含量。ICP- AES工作參數(shù)為射頻功率1 150 W，輔助氣流速0.5 L·min-1，霧化器流速0.7 L·min-1，采樣高度6.5 mm，泵穩(wěn)定時(shí)間5 s。

標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制。用1%稀硝酸將Ca、Na標(biāo)準(zhǔn)貯備液(國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心)逐級(jí)稀釋為0，5，50 μg·mL-1的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，其他元素混合標(biāo)準(zhǔn)貯備液用1%稀硝酸逐級(jí)稀釋為0，5，10 μg·mL-1。在ICP- AES的工作條件下采集空白溶液(1% HNO3)和標(biāo)準(zhǔn)溶液系列，由儀器自動(dòng)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

全氮采用Vario MAX CN分析儀(德國(guó)Elementar公司)進(jìn)行分析。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2007軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和表格繪制，應(yīng)用SPSS 21.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行單因素方差分析、Duncan法進(jìn)行多重比較、Fisher逐步判別進(jìn)行產(chǎn)地判別(FLDA)。

2 結(jié)果與分析

2.1不同產(chǎn)區(qū)龍井茶間生化品質(zhì)比較

茶葉對(duì)人體的保健功效源于其中含有豐富的多酚類(lèi)、氨基酸等生化品質(zhì)成分，茶葉的品質(zhì)好壞很大程度上體現(xiàn)于茶湯滋味的好壞，而茶湯中的呈味物質(zhì)歸納起來(lái)可分為糖類(lèi)、氨基酸、酚性物及其氧化產(chǎn)物(主要為茶多酚)、嘌呤堿(以咖啡因?yàn)橹?、有機(jī)酸和茶皂素等[14]，其中以茶多酚、氨基酸和咖啡因?qū)Σ枞~品質(zhì)影響最大。茶多酚是茶葉中的主要物質(zhì)之一，呈苦澀味[15]；氨基酸也是茶葉品質(zhì)成分中含氮化合物的突出代表，是形成茶湯鮮爽度和香味的主要物質(zhì)。單純的多酚類(lèi)味苦澀，單純的氨基酸只有像味精一樣的鮮味，兩者結(jié)合恰當(dāng)就有了鮮爽的茶味。

表1表明，西湖龍井茶中的咖啡因含量顯著低于越州龍井與錢(qián)塘龍井，而后兩者間則沒(méi)有顯著差別；不同產(chǎn)區(qū)龍井茶間的茶多酚含量基本一致。西湖龍井茶中的氨基酸和茶氨酸含量顯著高于越州龍井與錢(qián)塘龍井，且游離氨基酸總量平均值表現(xiàn)出西湖龍井>越州龍井>錢(qián)塘龍井的趨勢(shì)；酚氨比表現(xiàn)出西湖龍井<越州龍井<錢(qián)塘龍井的趨勢(shì)，但其間差異未達(dá)顯著水平。表明從生化品質(zhì)方面看，不同產(chǎn)區(qū)龍井茶中，西湖龍井茶的品質(zhì)略優(yōu)于越州龍井及錢(qián)塘龍井。

表1 不同產(chǎn)區(qū)龍井茶間生化品質(zhì)比較

注：表中的數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差；每列數(shù)據(jù)后的不同字母表示不同產(chǎn)地龍井茶間品質(zhì)差異顯著(P<0.05)；表2～4同。

茶多酚在茶葉中的含量一般在18%～36%，包括兒茶素、黃酮和黃酮醇類(lèi)、花青素和花白素類(lèi)以及酚酸和縮酚酸等，其中，最重要的是以兒茶素為主體的黃烷醇類(lèi)，其含量占多酚類(lèi)總量的 70%～80%。兒茶素包括4種類(lèi)型EC、EGC、ECG、EGCG，及其異構(gòu)體[16- 17]。茶多酚具有苦味與澀味，其中簡(jiǎn)單兒茶素(EC、EGC)苦味強(qiáng)，而澀味較弱；而酯型兒茶素(ECG、EGCG)則澀味強(qiáng)、苦味較弱；單體兒茶素與其異構(gòu)體滋味表現(xiàn)也有差異。兒茶素特別是酯型兒茶素的組合和濃度不僅構(gòu)成苦澀味的主體，也是茶湯濃淡、茶葉優(yōu)劣的主體物。一般認(rèn)為，酯型兒茶素含量偏高，而簡(jiǎn)單兒茶素含量偏低，茶葉的品質(zhì)則相對(duì)較好。

表2表明，不同產(chǎn)區(qū)龍井茶間的兒茶素組分間，除ECG、C、CG表現(xiàn)出西湖龍井略高于錢(qián)塘龍井，并顯著高于越州龍井外，GCG則表現(xiàn)出相反的趨勢(shì)，而其他兒茶素組分間未達(dá)到數(shù)理統(tǒng)計(jì)上的顯著性差異。但西湖龍井茶中的酯型兒茶素EGCG、ECG含量均表現(xiàn)出高于其他2種龍井茶，而簡(jiǎn)單兒茶素EGC含量則低于其他2種龍井茶，其他組分間差異不顯著。這進(jìn)一步表明，西湖龍井茶的品質(zhì)略優(yōu)于錢(qián)塘龍井和越州龍井。

表2 不同產(chǎn)區(qū)龍井茶間兒茶素組分含量比較

2.2不同產(chǎn)區(qū)龍井茶間礦質(zhì)元素含量比較

茶葉中的營(yíng)養(yǎng)功效也表現(xiàn)在茶葉中含有人體所需的大量元素和微量元素，其中大量元素主要是P、Ca、K、Na、Mg、S等，微量元素主要是Fe、Mn、Zn、Cu等。

表3試驗(yàn)結(jié)果表明，西湖龍井茶中的總氮與全鉀含量顯著高于其他兩大產(chǎn)地，磷含量基本一致，但Ca、Mg及Fe、Mn、Zn等微量元素含量則低于其他兩大產(chǎn)地。其中Ca、Mg、S及Mn、Zn含量差異達(dá)顯著水平。

表3 不同產(chǎn)區(qū)龍井茶間元素含量比較

2.3不同產(chǎn)區(qū)龍井茶間重金屬及稀土元素含量

茶葉品質(zhì)高低不僅是其生化成分含量的高低，同時(shí)也需要在質(zhì)量安全上符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。除了農(nóng)藥殘留指標(biāo)為人們所關(guān)注外，龍井茶中的重金屬元素及稀土元素含量也受到廣泛關(guān)注。

表4表明，三大產(chǎn)地龍井茶中，西湖龍井茶中的稀土氧化物總量及Pb、As、Co、Cr元素含量均不同程度地低于其他兩個(gè)產(chǎn)地，但多數(shù)元素的差異未達(dá)到數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)上的顯著性水平，而Cd含量則基本一致。三大產(chǎn)區(qū)龍井茶樣品中，98%以上龍井茶中的重金屬及稀土氧化物總量均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)規(guī)定。

表4 不同產(chǎn)區(qū)龍井茶間重金屬及稀土元素含量比較

2.4不同龍井茶的產(chǎn)地判別

以40個(gè)西湖龍井、30個(gè)錢(qián)塘龍井及35個(gè)越州龍井茶中27個(gè)生化品質(zhì)指標(biāo)及32個(gè)礦質(zhì)元素(包括重金屬元素與稀土元素)指標(biāo)為參數(shù)，利用線性逐步判別法(FLDA)進(jìn)行建模，進(jìn)行龍井茶間的產(chǎn)地判別，嘗試通過(guò)建立判別函數(shù)來(lái)進(jìn)行龍井茶產(chǎn)品的產(chǎn)地判別。判別函數(shù)由咖啡因、茶多酚、GCG、羥脯氨酸、蘇氨酸、茶氨酸、酚氨比及鎂、鉻9個(gè)參數(shù)組成，判別方程如下：

Y西湖龍井=6.08×咖啡因+0.13×茶多酚+0.06×GCG-0.46×羥脯氨酸+4.60×蘇氨酸+0.93×茶氨酸+1.38×酚氨比+0.04×鎂+0.25×鉻-113.71；

Y錢(qián)塘龍井=6.58×咖啡因+0.12×茶多酚+0.10×GCG-0.32×羥脯氨酸+6.19×蘇氨酸+0.58×茶氨酸+1.45×酚氨比+0.054×鎂-0.08×鉻-135.53；

Y越州龍井=6.50×咖啡因+0.08×茶多酚+0.24×GCG+1.82×羥脯氨酸+6.58×蘇氨酸+0.79×茶氨酸+2.09×酚氨比+0.05×鎂+0.44×鉻-135.18。

表5表明，這些參數(shù)能進(jìn)行基本的產(chǎn)地判別。交叉驗(yàn)證結(jié)果表明，其產(chǎn)地判別的準(zhǔn)確度大于96.7%；通過(guò)未參與模型構(gòu)建的未知樣品進(jìn)行驗(yàn)證結(jié)果表明，各產(chǎn)地的龍井茶判別準(zhǔn)確率均達(dá)到80%以上，表明該判別模型基本準(zhǔn)確可靠。

表5 FLDA法判別龍井茶間產(chǎn)地結(jié)果

3 小結(jié)

從生化品質(zhì)成分及審評(píng)得分結(jié)果表明，三大產(chǎn)區(qū)龍井茶的品質(zhì)表現(xiàn)出西湖龍井>越州龍井>錢(qián)塘龍井的趨勢(shì)，其酚氨比表現(xiàn)為西湖龍井<越州龍井<錢(qián)塘龍井。西湖龍井中的酯型兒茶素EGCG、ECG含量均高于其他2種龍井，而簡(jiǎn)單兒茶素EGC、EC含量則低于其他2種，茶多酚及咖啡因的含量接近，表明三大產(chǎn)區(qū)龍井茶中，西湖龍井茶的生化品質(zhì)略優(yōu)于越州龍井及錢(qián)塘龍井。礦質(zhì)元素含量分布結(jié)果表明，西湖龍井茶中的總氮與全鉀含量略高于其他兩產(chǎn)地，P含量基本一致，但Ca、Mg及Fe、Mn、Zn等微量元素含量則略低于其他兩產(chǎn)地。西湖龍井中的稀土氧化物總量及Pb、As、Co、Cr含量均不同程度地低于其他兩產(chǎn)地。建議西湖龍井茶區(qū)生產(chǎn)者在平時(shí)生產(chǎn)管理中需加強(qiáng)Ca、Mg及Fe、Mn、Cu、Zn等微量元素的供應(yīng)。

研究結(jié)果表明，以咖啡因、茶多酚、GCG、羥脯氨酸、蘇氨酸、茶氨酸、酚氨比及鎂、鉻9個(gè)參數(shù)組成的Fisher產(chǎn)地判別模型對(duì)三大龍井茶產(chǎn)地的判別準(zhǔn)確度達(dá)80%以上。

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(責(zé)任編輯：張瑞麟)

S571

：A

：0528- 9017(2017)09- 1541- 05

2017- 06- 27

公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(201203046)；中國(guó)農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程項(xiàng)目(CAAS- ASTIP- 2014- TRICAAS- 03)

石伊凡，高中生，開(kāi)展探索性學(xué)習(xí)研究，E- mail：792954858@qq.com。

石元值，研究員，從事茶樹(shù)生理與營(yíng)養(yǎng)研究，E- mail：shiyz@tricaas.com。

文獻(xiàn)著錄格式：石伊凡，吳連成，石元值. 基于生化成分與礦質(zhì)元素的龍井茶產(chǎn)地溯源研究[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，58(9)：1541- 1545.

10.16178/j.issn.0528- 9017.20170913

注：本課題取樣過(guò)程中得到杭州風(fēng)景名勝管委會(huì)、余杭區(qū)農(nóng)業(yè)局茶葉站、淳安縣農(nóng)業(yè)局茶葉站、新昌縣農(nóng)業(yè)局茶葉站、嵊州林業(yè)局茶葉站、紹興縣農(nóng)業(yè)局茶葉站等領(lǐng)導(dǎo)及技術(shù)專家的幫助，在此表示衷心感謝。