均值向量檢驗(yàn)在不同地區(qū)茶葉鑒別中的應(yīng)用

周巧儀 凌彩金 劉淑媚

摘要：采用原子吸收光譜法測(cè)定廣東省清遠(yuǎn)市、梅州市及河源市3個(gè)地區(qū)茶葉樣品中鈣（Ca）、鎂（Mg）、鐵（Fe）、錳（Mn）、鋅（Zn）、銅（Cu）6種礦質(zhì)元素的含量，采用國家標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定茶樣中水分、干物質(zhì)、水浸出物、茶多酚、氨基酸及可溶性糖含量，并通過多總體均值向量檢驗(yàn)法分析了這3個(gè)地區(qū)茶葉中礦質(zhì)元素、生化成分含量的差異。結(jié)果表明，部分地區(qū)茶葉中礦質(zhì)元素、生化成分含量之間存在顯著差異。

關(guān)鍵詞：茶葉；地區(qū)；礦質(zhì)元素；多總體均值向量檢驗(yàn)法

中圖分類號(hào)：O212.2；S571.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：0439-8114（2018）20-0097-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.20.022 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Abstract： The contents of Ca，Mg，F(xiàn)e，Mn，Zn and Cu in the samples from Qingyuan city，Meizhou city and Heyuan city in Hubei province were determined by atomic absorption spectrometry. The contents of water，dry matter，water extract，tea polyphenols，amino acids and soluble sugar in tea samples were determined by national standard method. The difference of mineral elements and biochemical components in tea leaves was analyzed by multi population mean value vector test. The results showed that the contents of mineral elements or biochemical components in some tea leaves were significantly different.

Key words： tea；region；mineral element；multiple population mean vector test

茶樹是多年生木本植物，其生長發(fā)育的各個(gè)階段都要有規(guī)律地從土壤及環(huán)境中吸收多種礦物質(zhì)元素來滿足自身的營養(yǎng)需求[1]。茶葉是中國的一種傳統(tǒng)飲料，茶葉中不僅含有豐富的茶多酚、茶多糖、氨基酸及維生素等營養(yǎng)物質(zhì)成分，還含有豐富多樣的礦質(zhì)元素，這些礦質(zhì)元素及生化成分對(duì)人體的正常生長發(fā)育及營養(yǎng)代謝起著重要作用，因此飲用茶品不僅能有效地補(bǔ)充人體必需的微量元素，還能改善機(jī)體生理功能[2]。茶葉中礦質(zhì)元素的含量高低主要取決于土壤母質(zhì)、施肥水平及茶樹品種[3]。不同地區(qū)茶葉間的礦質(zhì)元素含量因其土壤特性、環(huán)境氣候的不同而有所差異，對(duì)不同地區(qū)茶葉中礦質(zhì)元素差異性的研究有助于了解中國茶葉礦質(zhì)元素含量、土壤有機(jī)物質(zhì)含量的地域性分布特征。

多總體均值向量檢驗(yàn)法是一種綜合統(tǒng)計(jì)分析方法，它能夠在多個(gè)目標(biāo)對(duì)象、多個(gè)指標(biāo)相互關(guān)聯(lián)的情況下分析其統(tǒng)計(jì)規(guī)律，利用多總體均值向量檢驗(yàn)法可以判斷滿足多元正態(tài)分布的總體均值是否等于預(yù)判的向量，或者判斷兩個(gè)獨(dú)立的、滿足多元正態(tài)分布的總體的均值是否相等[4]。目前，多總體均值向量法多利用SAS軟件檢驗(yàn)方法中的各個(gè)步驟，然后根據(jù)計(jì)算得出的結(jié)果進(jìn)行分析得到結(jié)論，從而解決實(shí)際問題。

本試驗(yàn)對(duì)廣東省3個(gè)主要茶葉產(chǎn)區(qū)清遠(yuǎn)市、梅州市、河源市春茶中的主要礦質(zhì)元素及生化成分含量進(jìn)行測(cè)定，并利用多元正態(tài)總體均值向量的檢驗(yàn)方法，分析不同地區(qū)茶葉中礦質(zhì)元素及生化成分含量的差異，為探究區(qū)分不同地區(qū)茶葉主要常規(guī)成分的發(fā)展規(guī)律提供參考依據(jù)，并且可為茶資源信息管理系統(tǒng)的建立提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

清遠(yuǎn)市、河源市及梅州市3個(gè)地區(qū)的春茶樣本由廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所提供，共36個(gè)樣品，見表1。

1.2 試劑和儀器

所用試劑有鈣（Ca）、鎂（Mg）、鐵（Fe）、錳（Mn）、銅（Cu）、硼（B）、鉻（Cr）、鎘（Cd）、鉛（Pb）標(biāo)準(zhǔn)溶液，由國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心提供；磷酸氫二鈉、磷酸二氫鉀、堿式醋酸鉛、硫酸亞鐵、酒石酸鉀鈉、硫酸、鹽酸、茚三酮、氯化亞錫、蒽酮、硝酸、高氯酸均為分析純；試驗(yàn)用水為超純水。

所用儀器有AE200型分析天平（上海梅特勒-托利多公司）；HWS-26型電熱恒溫水浴鍋（上海一恒科技儀器有限公司）；LNK-872型多功能快速消化器（江蘇宜興科教儀器研究所）；TAS-990型原子吸收分光光度計(jì)（北京普析公司）；PHS-3C型pH計(jì)（上海雷磁儀器廠）；725N型紫外分光光度計(jì)（上海菁華科技儀器有限公司）。

1.3 茶樣制備

1）干法消解[5]（測(cè)茶樣中Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu元素）。稱取經(jīng)粉碎過60目篩的茶樣1.000 0 g，置于30 mL瓷器坩堝中，在加熱板上小心炭化，直至樣品冒完黑煙，蓋上蓋子，放入高溫爐，于600 ℃灼燒6 h。冷卻至室溫后取出，往坩堝中加入少量水和鹽酸溶液（體積比為1∶1）2 mL，將此溶液轉(zhuǎn)入20 mL比色管中定容至刻度，搖勻。將定容后的溶液過濾，得到試樣液，備用。同法處理2份空白樣品。

2）茶湯制備。稱取經(jīng)粉碎過60目篩的樣品1.500 g，放入250 mL錐形瓶中，加入225 mL沸水，然后將其置于沸水浴中浸提45 min，每10 min振蕩一次。浸提完畢趁熱過濾，待茶湯冷卻至室溫后定容至250 mL，備用。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1）礦質(zhì)元素。采用原子吸收光譜法測(cè)定Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu 6種礦質(zhì)元素的含量。

2）生化成分。水分含量測(cè)定采用快速法-重量法，按GB/T 8304-2002執(zhí)行；水浸出物含量測(cè)定采用全量法，按GB/T 8305-2013執(zhí)行；游離氨基酸含量測(cè)定采用茚三酮比色法，按GB/T 8314-2013執(zhí)行；可溶性糖含量測(cè)定采用蒽酮比色法；干物質(zhì)含量測(cè)定采用烘干法（快速法），按GB/T 8303-2013執(zhí)行；茶多酚含量測(cè)定采用福林酚法，按GB/T 8313-2008執(zhí)行。

1.5 數(shù)據(jù)處理及分析

針對(duì)各地區(qū)茶葉礦質(zhì)元素或生化成分的數(shù)據(jù)，運(yùn)用多總體均值向量檢驗(yàn)方法，在顯著性水平？琢=0.05下判斷3個(gè)地區(qū)[清遠(yuǎn)市（n1）、梅州市（n2）及河源市（n3）]茶葉數(shù)據(jù)結(jié)果是否存在差異，即比較3個(gè)組（k=3）的6項(xiàng)指標(biāo)（p=6）間是否存在差異。例如，茶葉中微量元素?cái)?shù)據(jù)結(jié)果分析如下：設(shè)第i組為6元總體N6（μ（i），∑）（i=1，2，3），來自3個(gè)總體的樣本容量n1=16，n2=12，n3=8。

2 結(jié)果與分析

2.1 礦質(zhì)元素

采用原子吸收光譜法測(cè)定了清遠(yuǎn)市、梅州市及河源市茶葉樣品中的6種礦質(zhì)元素，通過SAS 9.4統(tǒng)計(jì)軟件分析，得到3個(gè)地區(qū)茶葉礦質(zhì)元素的總體均值向量檢驗(yàn)結(jié)果，可知總體上茶葉中Mg、Fe、Mn、Zn、Cu含量在清遠(yuǎn)市、梅州市及河源市間存在極顯著差異（P<0.01），其P值為2.03×10-6，單因素方差分析見表2。

由表2可知，36個(gè)茶葉樣品均含有Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu 6種礦質(zhì)元素，而不同地區(qū)茶葉中礦質(zhì)元素含量大小為Ca>Mg>Mn>Fe>Zn>Cu，結(jié)果表明，不同地區(qū)茶葉部分礦質(zhì)元素間含量存在差異，但其礦質(zhì)元素的變化規(guī)律是一致的，并不會(huì)隨著季節(jié)的改變而發(fā)生變化。清遠(yuǎn)市、河源市的Mg、Fe元素含量與梅州市存在顯著差異；梅州市、河源市的Zn、Cu元素含量與清遠(yuǎn)市存在顯著差異；清遠(yuǎn)市的Mn元素含量與河源市存在顯著差異；清遠(yuǎn)市、梅州市及河源市的Ca元素含量無顯著差異。

2.2 生化成分

采用國家標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定了清遠(yuǎn)市、梅州市及河源市茶葉樣品中的生化成分，通過SAS 9.4統(tǒng)計(jì)軟件分析，得到3個(gè)地區(qū)茶葉生化成分的總體均值向量檢驗(yàn)結(jié)果，可知總體上茶葉中水浸出物、茶多酚、游離氨基酸和可溶性糖含量在清遠(yuǎn)市、梅州市及河源市間存在極顯著差異（P<0.01），其P值為5.77×10-9。單因素方差分析結(jié)果見表3。

由表3可知，36個(gè)茶葉樣品均含有茶多酚、游離氨基酸及可溶性糖等生化成分，其中茶多酚含量較高，不同地區(qū)茶葉中生化成分含量由大到小依次為茶多酚、可溶性糖、游離氨基酸，3個(gè)地區(qū)茶樣部分生化成分含量間存在差異。梅州市、河源市的茶多酚、可溶性糖含量與清遠(yuǎn)市存在顯著差異；清遠(yuǎn)市與梅州市的游離氨基酸含量與河源市存在顯著差異；清遠(yuǎn)市、梅州市、河源市3個(gè)地區(qū)茶樣中水浸出物含量分別為33.43%、49.37%、47.28%，梅州市與河源市的水浸出物含量無顯著差異，兩者與清遠(yuǎn)市差異顯著。

3 討論

3.1 不同地區(qū)礦質(zhì)元素的差異性

周娜等[6]研究表明，茶樹在生長過程中選擇性地從環(huán)境、土壤中富集多種礦質(zhì)元素，茶葉中微量元素的含量與種植茶樹的土壤、種植方式及加工方法等因素有關(guān)，在不同品種茶葉中存在一定差異，部分元素間差異顯著。但由于茶樹的基本物質(zhì)基礎(chǔ)是一致的，在不同地區(qū)不同品種間茶葉對(duì)元素的富集趨勢(shì)是一致的。本試驗(yàn)研究表明，不同地區(qū)茶葉中礦質(zhì)元素含量之間存在差異，部分礦質(zhì)元素在不同地區(qū)間差異顯著，這種差異與茶葉產(chǎn)地的地質(zhì)、地理環(huán)境等因素有關(guān)。但不同地區(qū)茶葉中礦質(zhì)元素的變化趨勢(shì)基本一致，為Ca>Mg>Mn>Fe>Zn>Cu，6種礦質(zhì)元素在不同地區(qū)茶葉中的含量均不完全相同，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

微量元素雖然在生物機(jī)體中的含量極少，但其參與機(jī)體新陳代謝過程，在免疫機(jī)制、生長發(fā)育等方面都起著重要的作用。茶葉中富含多種微量元素，而且其中Zn、Cu、Fe等微量元素的含量遠(yuǎn)高于蔬菜、糧食、肉類等主要食物[7]。本研究結(jié)果表明，廣東省3個(gè)地區(qū)的茶葉中均富含多種人體所必需的微量元素錳、鐵、銅、鋅，其中錳元素含量最高，鐵、銅、鋅元素含量較錳元素低。錳是茶樹必需微量元素，可參與茶樹光合作用、呼吸作用過程，是茶樹體內(nèi)多種酶的活化劑，能促進(jìn)多酚氧化酶的活性，從而提高茶葉的品質(zhì)[8]。同時(shí)，錳也是人體必需微量元素，它參與構(gòu)成機(jī)體內(nèi)多種重要生理作用酶，人體缺錳可導(dǎo)致生長發(fā)育障礙，生殖功能下降，成人每天需錳量約為2.5～5.0 mg，吸收率為5%～10%[9]。鋅元素能提高茶樹硝酸還原酶的活性，明顯提高茶鮮葉的全氮量，參與色氨酸的合成，影響茶樹生長過程[10]。鋅元素也是人體正常生長發(fā)育的必需元素，廣泛調(diào)節(jié)機(jī)體代謝過程，能抑制脂質(zhì)過氧化功能，起到抗衰老作用。3個(gè)地區(qū)中均含有錳、鐵、銅、鋅，而且錳、鐵、鋅元素含量較高，人們可通過飲茶而補(bǔ)充大量的微量元素，對(duì)人體健康有益[11]。

3.2 不同地區(qū)生化成分的差異性

茶園所在地區(qū)的氣候（光照、空氣溫度、濕度）、土壤、水分等因素會(huì)影響茶葉生化成分的形成。不同茶區(qū)由于茶樹所處的環(huán)境不同，其成茶品質(zhì)會(huì)因?yàn)榈赜虻牟煌斐梢欢ǖ挠绊憽?/p>

茶葉水浸出物是茶葉中可溶于水的各種物質(zhì)的總稱，主要包括多酚類（包括水溶性色素）、游離氨基酸、可溶性糖、水溶性維生素、水溶性果膠、咖啡堿、水溶性蛋白質(zhì)、無機(jī)鹽等。本試驗(yàn)中，3個(gè)地區(qū)水浸出物含量在33.43%～49.37%，其中清遠(yuǎn)市與梅州市、河源市的水浸出物含量存在顯著差異，茶多酚、游離氨基酸及可溶性糖的含量在部分地區(qū)存在差異，總體而言，3個(gè)地區(qū)間的茶葉生化成分存在極顯著差異（P<0.01）。不同地區(qū)間的茶葉生化成分含量存在差異，其原因可能是清遠(yuǎn)市、梅州市、河源市間的溫濕度、降雨量或土壤環(huán)境等的差異影響了茶樹的生長發(fā)育，從而導(dǎo)致茶葉中生化成分含量發(fā)生差異，但具體原因有待進(jìn)一步地探究。

3.3 多總體均值向量檢驗(yàn)法在不同地區(qū)茶葉區(qū)分上的應(yīng)用

在茶樹整個(gè)育種過程中涉及大量數(shù)據(jù)、圖片等信息的管理和分析，以往這些信息數(shù)據(jù)均需要人工采集、記錄及分析，但這種模式存在著工作量大、歷史記錄可靠性低等缺點(diǎn)。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及和信息統(tǒng)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已成功地應(yīng)用于各行業(yè)信息的管理[12]。近年來，研究人員逐步將統(tǒng)計(jì)學(xué)、控制論、系統(tǒng)科學(xué)等現(xiàn)代科學(xué)與育種學(xué)、遺傳學(xué)緊密結(jié)合，并研發(fā)出一些相關(guān)的應(yīng)用軟件，大力地推動(dòng)了茶葉行業(yè)的發(fā)展。其中，統(tǒng)計(jì)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)結(jié)合也逐步形成一種新的技術(shù)研究熱點(diǎn)。通過計(jì)算機(jī)軟件將統(tǒng)計(jì)方法中復(fù)雜難懂的計(jì)算過程屏障起來，讓用戶直接看到統(tǒng)計(jì)輸出結(jié)果與相關(guān)解釋。這一技術(shù)的發(fā)展不僅可使研究人員對(duì)茶樹育種過程的記錄分析更加明確，而且對(duì)探索茶樹的生長規(guī)律，更好地控制茶樹育種遺傳過程有著重要價(jià)值。冉登培[13]研究表明，相同地區(qū)不同元素以及不同地區(qū)相同元素含量都是有差異的，且各元素間存在一定的相關(guān)性，以微量元素為指標(biāo)對(duì)不同地區(qū)茶葉樣品進(jìn)行判別是可行的。

礦質(zhì)元素及生化成分屬于茶樹生長過程中重要的組成部分，本研究應(yīng)用多總體均值向量檢驗(yàn)法，并利用SAS軟件對(duì)不同地區(qū)茶葉中的礦質(zhì)元素及生化成分進(jìn)行分析，可為茶葉信息管理系統(tǒng)的建立提供參考依據(jù)，對(duì)發(fā)展茶葉科學(xué)具有實(shí)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義，可促進(jìn)茶葉資源信息的集中管理，為茶葉科學(xué)工作者和生產(chǎn)者更加全面了解茶樹的特性、優(yōu)化培育方法提供新的手段。

4 小結(jié)

不同地區(qū)的春季茶樣中礦質(zhì)元素、生化成分含量存在一定差異。通過以礦質(zhì)元素或生化成分含量作為整體，采用多總體均值向量檢驗(yàn)法對(duì)茶葉樣品進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析可在一定程度上區(qū)分不同地區(qū)的茶葉，為探究區(qū)分不同地區(qū)茶葉礦質(zhì)元素或生化成分的信息管理系統(tǒng)的建立提供數(shù)據(jù)參考。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉美雅，伊?xí)栽?，石元值，?茶園土壤性狀及茶樹營養(yǎng)元素吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制研究進(jìn)展[J].茶葉科學(xué)，2015，35（2）：110-120.

[2] 馬蔚青.茶葉微量元素測(cè)定及人體健康相關(guān)性探究[J].黃山學(xué)院學(xué)報(bào)，2016，18（5）：45-48.

[3] 廖衍富.有機(jī)肥對(duì)茶樹種植的影響分析[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2016（20）：

123.

[4] 田曉明，傅玨生.多元總體均值差異顯著性檢驗(yàn)的研究[J].心理科學(xué)，2005，28（1）：164-165.

[5] 黃一帆.ICP-AES測(cè)定茶中微量元素的含量[J].光譜實(shí)驗(yàn)室，2009，

26（1）：107-109.

[6] 周 娜，白艷艷，王文偉，等.福建省地產(chǎn)茶葉中微量元素含量的分析[J].實(shí)用預(yù)防醫(yī)學(xué)，2014，21（9）：1025-1027.

[7] 趙福岐，孫立平，吳翠香.日照綠茶中6種微量元素溶出率的研究[J].微量元素與健康研究，2005，22（5）：30-31.

[8] 常碩其，彭克勤，周 浩.錳對(duì)茶樹生長發(fā)育及茶葉品質(zhì)關(guān)系的研究進(jìn)展[J].福建茶葉，2006（4）：8-10.

[9] 吳茂江.錳與人體健康[J].微量元素與健康研究，2007，24（6）：69-70.

[10] 韓文炎，吳 洵.銅與鋅對(duì)茶樹硝酸還原酶活性的影響[J].茶葉科學(xué)，1992，12（2）：159-160.

[11] ZAICHICK V，ZAICHICK S，KARANDASHEV V，et al. The effect of age and gender on Al，B，Ba，Ca，Cu，F(xiàn)e，K，Li，Mg，Mn，Na，P，S，Sr，V，and Zn contents in rib bone of healthy humans[J].Biol Trace Elem Res，2009，129（1-3）：107-115.

[12] 解 翔.基于統(tǒng)計(jì)理論的多模態(tài)工業(yè)過程建模與監(jiān)控方法研究[D].上海：華東理工大學(xué)，2013.

[13] 冉登培.貴州地區(qū)茶葉微量元素分析及稀土影響因素探究[D].重慶：西南大學(xué)，2014.