黔北茶葉礦質元素與生化品質含量特征分析

顏秋曉，王道平，李相楹，李春燕，胡恩明，張清海

（1.貴州醫(yī)科大學省部共建藥用植物功效與利用國家重點實驗室，貴州貴陽550014；2.貴州省中國科學院天然產物化學重點實驗室，貴州貴陽550002；3.貴州大學林學院，貴州 貴陽 550025；4.貴州大學新農村發(fā)展研究院，貴州 貴陽 550025；5.貴州醫(yī)科大學食品安全學院，貴州 貴陽 550004）

茶葉在我國有著悠久的歷史，微量元素、茶多酚和茶氨酸等營養(yǎng)指標是其品質的重要組成內容。其中，微量元素是構成植物基礎物質的元素，是茶樹生長必不可少的營養(yǎng)成分，在植物體內含量穩(wěn)定，變異小[1]；茶多酚、茶氨酸是影響茶葉品質的重要指標，也是評價茶葉優(yōu)劣的主要指標之一。

貴州地處云貴高原東部，遵義地屬貴州北部，屬亞熱帶季風氣候，酸性黃壤土分布廣泛，pH 4～5，適宜茶葉生長，而且貴州土壤富含微量元素，其中硒元素平均含量高于全國平均水平[2]。黔北地區(qū)是我國主要產茶區(qū)之一，其中湄潭縣、鳳岡縣、道真縣為主要核心區(qū)，茶葉品質較高，特別是具有地域特色的富硒茶、富鋅茶、富鉀茶、富鍶茶等，品質優(yōu)良[3-4]。大量研究表明貴州茶葉含有較高的硒（Se）、鋅（Zn）、鍶（Sr）等微量元素，且比例協(xié)調，使茶葉具有保健功能，豐富的微量元素有利于人體健康[5-7]；此外，微量元素參與茶葉某些有機成分的合成，如葉綠素、酶活性等物質形成和轉化，與茶多酚、咖啡堿、氨基酸等相關性也較為明顯，表現(xiàn)在茶葉的色、香、味等品質上[8]。

但茶葉中微量元素、茶多酚和茶氨酸等營養(yǎng)成分含量受諸多因素影響，茶葉品質與當?shù)氐牟铇淦贩N、農業(yè)地質背景、海拔氣候條件、生態(tài)環(huán)境及制茶工藝等緊密相關[9]。遵義地區(qū)的湄潭縣、鳳岡縣、道真縣地理分布不連續(xù)，土壤分布較區(qū)塊化，成土母質不同導致土壤環(huán)境礦質元素存在異質性[10]；與代謝有關的鈣（Ca）、鎂（Mg）、鋅（Zn）、鐵（Fe）、錳（Mn）等元素含量受土壤環(huán)境影響，變異性較大，且由于茶葉的品種、采摘、制茶工藝等的不同，造成同一區(qū)域內出現(xiàn)茶葉品質不一的現(xiàn)象[11]，產品級別混亂限制了貴州茶葉高品質產業(yè)化發(fā)展[12]。目前對成品茶葉品質等級的初步評判僅限于感官評價，對茶葉中微量元素和活性成分等營養(yǎng)分析評價和要求缺乏相關標準，導致市場中流通的茶葉營養(yǎng)品質存在參差不齊情況，且茶葉品質的研究多集中于地質背景、土壤環(huán)境和施肥等對茶葉生長和養(yǎng)分組成的影響，對市售成品茶葉的品質分析和評價較少。因此，本文在湄潭縣、鳳岡縣、道真縣當?shù)夭枞~市場隨機抽取3個區(qū)域的當季春茶成品進行主要礦質元素和生化指標的分析，揭示黔北地區(qū)市售茶葉中主要礦質元素和品質指標含量特征，探索不同地區(qū)和不同制茶工藝對茶葉品質差異性的影響，為茶葉品質評價和等級劃分提供基礎支撐。

1 材料和方法

1.1 材料

茶葉于2020年在貴州省遵義市湄潭縣、鳳岡縣、道真縣各茶葉種植地采摘，按照原料統(tǒng)一、工藝統(tǒng)一和日期統(tǒng)一的原則，選擇品質中上等的茶葉，進行抽樣。

在同一批次成品中每隨機抽取5袋成品混成一個樣品，共采集樣品27個，其中：湄潭縣綠茶樣品4個，紅茶樣品2個；鳳岡縣綠茶樣品5個；道真縣綠茶樣品13個，紅茶樣品3個，具體采樣信息見表1。將采回的茶葉樣品再次烘干至恒重，進行粉碎過篩后裝袋備用。

表1 樣品采樣信息Table 1 Sample sampling information

1.2 儀器與試劑

Prodigy XP等離子體發(fā)射光譜儀：美國利曼/Teledyne Leeman Labs公司；AFS-2100雙道原子熒光光度計：北京海光儀器有限公司；APL微波消解儀：奧普樂科技集團（成都）有限公司；明澈TM-D24uv-純水系統(tǒng)：德國Merck Millipore公司；Agilent Cary 60紫外可見分光光度計：安捷倫科技有限公司；1 000 μg/mL單元素標準溶液：國家有色金屬及電子材料分析測試中心；硝酸、高氯酸、30%雙氧水（優(yōu)級純）：天津科密歐化學試劑有限公司。

1.3 方法

Ca、Mg、Mn、Fe、Zn、Sr 元素含量測 定 參 照 GB/T 30376—2013《茶葉中鐵、錳、銅、鋅、鈣、鎂、鉀、鈉、磷、硫的測定電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法》；Se測定參照GB/T 21729—2008《茶葉中硒含量的檢測方法》；茶多酚含量測定參照GB/T 8313—2018《茶葉中茶多酚和兒茶素類含量的檢測方法》；氨基酸含量測定參照GB/T 8314—2013《茶游離氨基酸總量的測定》，每個樣品平行3次。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2007版、DPSv7.05版統(tǒng)計軟件，對結果進行計算繪制相關表格、檢驗及方差分析等，用OriginPro8制圖。

2 結果與分析

2.1 微量元素含量特征

2.1.1 元素 Ca、Mg、Mn、Fe、Zn 在黔北不同產區(qū)的含量特征

茶葉中 Ca、Mg、Mn、Fe、Zn 含量見圖 1。

Ca、Mg、Mn、Fe是茶樹主要的機體組成成分。由圖1可知，Ca含量為道真紅茶＞湄潭紅茶＞道真綠茶≈湄潭綠茶＞鳳岡綠茶；Mg含量為湄潭紅茶＞湄潭綠茶＞道真紅茶＞鳳岡綠茶＞道真綠茶；Mn含量為道真紅茶＞湄潭紅茶＞道真綠茶≈鳳岡綠茶＞湄潭綠茶；Fe含量為道真紅茶＞湄潭綠茶＞道真綠茶＞鳳岡綠茶≈湄潭紅茶，道真紅茶Fe含量遠高于其它幾種茶，同一地區(qū)紅茶與綠茶Fe含量差異很大，道真紅茶（192.49 mg/kg）明顯高于道真綠茶，而湄潭綠茶Fe含量是湄潭紅茶的約2倍；Zn含量為湄潭綠茶≈湄潭紅茶＞道真綠茶≈道真紅茶＞鳳岡綠茶，同一地區(qū)內綠茶、紅茶Zn的含量差異不明顯，但不同地區(qū)間含量差異較大，道真和湄潭Zn平均含量均是綠茶略高于紅茶，鳳岡綠茶Zn含量明顯低于其它兩地。

圖1 茶葉中 Ca、Mg、Mn、Fe、Zn 含量Fig.1 Ca，Mg，Mn，F(xiàn)e，Zn content of tea

由此可見，不同地區(qū)以及制茶工藝均影響茶葉微量元素含量，茶樹體內元素含量不僅受土壤化學特征的影響，而且受茶樹選擇性積累能力的影響[13-14]。在酸性茶園土壤中，礦質元素活性提高，成土過程中常有Fe、Mn富集的現(xiàn)象，且茶樹是一種典型的聚錳植物，Mn對茶樹生長有著特殊的意義，參與茶樹的光合作用、呼吸作用，促進多酚氧化酶的活性、VC和氨基酸的合成，有利于紅茶發(fā)酵，提升其品質。Zn與茶葉中某些酶的組分、生長素、蛋白質和淀粉的積累等呈正相關，Zn含量的高低直接影響著茶葉的品質[15]。Fe等微量元素是茶樹生長所必需的營養(yǎng)元素，F(xiàn)e能促進葉綠素的合成、參與光合作用和呼吸作用，與氨基酸、可溶性糖等有顯著的正相關性，對茶葉品質也有重要影響[16]。

2.1.2 元素Se、Sr在黔北不同產區(qū)的含量特征

茶葉Se、Sr含量見圖2。

圖2 茶葉Se、Sr含量Fig.2 Se，Sr content of tea

由圖2可知，黔北3個主要產茶區(qū)的茶葉Se含量水平較低，為0.05 mg/kg～0.14 mg/kg。其中，鳳岡綠茶的Se平均含量最高，其次是道真紅茶，最低的是湄潭綠茶。黔北地區(qū)茶葉的Sr含量差異較大，整體來看道真茶葉Sr含量高于湄潭茶葉和鳳岡茶葉，且道真茶葉和湄潭茶葉均是紅茶Sr含量高于綠茶，特別是道真紅茶含量高于其它茶葉含量，表明道真茶葉Sr含量除受地區(qū)差異影響以外，還受到制茶工藝不同的影響。NY/T 600—2002《富硒茶》規(guī)定富硒茶硒含量范圍為0.25 mg/kg～4.00 mg/kg。黔北地區(qū)茶葉一直以富含Se、Sr而享譽于世，特別是道真縣為富硒優(yōu)質茶區(qū)，但從抽樣檢測結果來看，大部分春茶成品未達到富硒標準，這與土壤中硒的形態(tài)特征和茶樹品種對硒的累積特征等密切相關。王雅玲[17]研究表明茶園土壤硒含量與茶葉硒含量相關性不明顯，但變化趨勢基本相同，土壤全硒含量不是控制茶葉硒含量高低的最主要因素，且其有效性受土壤理化性質、養(yǎng)分等影響。楊奎等[18]研究表明，土壤陽離子交換量、全鐵、全錳含量可降低水稻中硒生物可利用態(tài)的含量，降低植株對硒的吸收，是影響土壤硒生物有效性的主要因素。

2.2 黔北地區(qū)茶葉微量元素含量變異特征

不同地區(qū)的元素含量差異大，同一地區(qū)同一元素的含量差異也較大，黔北地區(qū)茶葉微量元素含量變異特征見表2。

表2 黔北地區(qū)茶葉微量元素含量變異特征Table 2 Coefficient of variation of trace element content of tea in Northern Guizhou region

由表2可知，與其它地區(qū)茶葉相比，湄潭紅茶各元素c.v較小，這可能與其樣本數(shù)較少，茶葉來源地集中，減少了不同地塊土壤環(huán)境差異的影響；鳳岡綠茶各元素變異程度為弱變異到中等變異，鳳岡地區(qū)綠茶樣品除Se以外，各元素間的含量差異較小，也間接表明了鳳岡綠茶原產地土壤礦質元素含量差異較小，土壤環(huán)境較為穩(wěn)定。

同一個元素在3個地區(qū)中表現(xiàn)出較大的離散性差異，Mn、Fe、Se最為明顯，其中以道真綠茶 Mg（c.v=64.86%）和Fe（c.v=57.21%）、道真紅茶和湄潭綠茶中Mn（c.v分別為 63.17%和 61.89%）、道真紅茶的 Se（c.v=60.00%）變異程度最高，即樣品中這幾種元素含量的離散性最高。這可能與茶園土壤地塊差異、茶樹對元素吸收的差異以及制茶過程中損失程度不一等有關。

總體來看，3個主產區(qū)Se的c.v均較大，為中變異和強變異，其中僅湄潭紅茶變異較小，其區(qū)域內的樣品Se含量結果間差異較小。鳳岡縣、道真縣為貴州主要的富硒茶產地，但在縣區(qū)域內富硒土壤分布較區(qū)塊化[19]，而道真紅茶Se含量的c.v達60.00%，鳳岡綠茶達35.71%，茶葉樣品間Se含量差異較大，這也表明了在其區(qū)域內，富硒土壤和一般土壤地區(qū)的茶葉Se含量較大，其富硒茶葉僅為部分地區(qū)，因此在富硒茶葉的品質選擇上應注意土壤區(qū)域的影響。此外，Se在茶樹不同部位含量也有差異，研究表明，茶樹吸收Se是一個濃度差傳遞的稀釋過程，老葉中Se含量最高，其次是果殼、老枝、嫩葉等，且茶樹樹齡及炒制工藝也影響Se在茶葉中的積累；不同的器官和組織、不同的生長季節(jié)、不同施肥管理措施對茶葉Mn含量的變化影響也很明顯，研究發(fā)現(xiàn)，老葉Mn、Fe含量明顯高于新葉，生長旺盛的夏季葉片Mn含量高于春季和秋季，不同季節(jié)、不同品種間Fe含量差異不顯著[20-22]。因此，同一地區(qū)產的茶葉，由于其生長區(qū)域、茶樹年齡以及采摘部位等不同均可導致茶葉樣品中微量元素的含量差異。

2.3 黔北茶葉生化品質特征

茶多酚是茶葉主要品質指標之一，是茶葉中以兒茶素為主的多酚類物質的總稱。研究發(fā)現(xiàn)茶多酚具有極強的清除有害自由基，阻斷脂質過氧化過程的作用，也是茶葉中主要的抗氧化物質，對多種癌癥具有預防和輔助治療作用[23]。茶葉中多種游離氨基酸是構成茶葉色、香、味、品質等級的主要指標物質[24]。研究表明茶多酚是決定茶湯濃度和茶湯苦澀味的主要物質，適量的茶多酚和氨基酸含量能豐富茶湯口感，回甘性好，但茶多酚的質量分數(shù)超過一定范圍時，會增加茶湯苦澀味，影響茶葉的口感和品質；而豐富的氨基酸能消減由茶多酚、咖啡堿、兒茶素等引起的苦澀味，茶湯更鮮爽甘甜[25-27]。茶葉干物質中茶多酚質量分數(shù)一般為18%～36%，氨基酸為3%左右[28]。黔北茶葉中茶多酚、氨基酸含量特征見表3。

表3 黔北茶葉中茶多酚、氨基酸含量特征Table 3 Characteristics of tea polyphenols and theanine content in tea in Northern Guizhou Province

由表3可知，黔北茶葉茶多酚含量為23.57%～43.24%，平均含量為32.41%；氨基酸含量為1.06%～2.05%，平均含量為1.63%，兩種成分均是綠茶高于紅茶，其中以道真綠茶最高。由酚氨比來看，湄潭紅茶、鳳岡綠茶、道真綠茶的酚氨比較高，茶湯較為苦澀；湄潭綠茶、道真紅茶的酚氨比較為合適，不會對茶湯口感產生影響。紅茶中茶多酚與氨基酸含量均低于綠茶，這與紅茶的制作工藝有密切關系，紅茶屬于全發(fā)酵茶葉，更復雜的制茶工藝加劇了茶葉中生化指標的損失、氧化、分解等作用。此外，成品茶葉的儲存也會對茶葉品質產生影響，溫濕度、氧氣、光照等對茶葉儲存中茶多酚、氨基酸、維生素、葉綠素等成分變化有著密切關系，隨著時間的推移，茶葉有效成分不斷氧化分解下降[29]。

2.4 黔北茶葉微量元素間及其與茶葉生化品質的相關性分析

品質間相關性分析見表4。

表4 品質間相關性分析Table 4 Analysis of correlation between trace elements

由表4可知，元素Ca與Sr呈極顯著正相關，與Mn、Mg元素呈顯著正相關；Mg與Fe、Zn呈顯著正相關；Mn與Sr呈顯著正相關，與Zn呈顯著負相關；Fe與Zn呈極顯著正相關，與Se呈顯著負相關。

通過相關性分析可知，茶葉在吸收微量元素時，Ca與Sr之間和Fe與Zn之間均存在較強的協(xié)同作用，Mn與Fe、Zn、Se間有著不同程度的拮抗作，與Sr具有協(xié)同吸收作用。有研究指出茶樹中Mn/Fe的比值與茶樹異常病有關，F(xiàn)e濃度影響茶樹對Mn的吸收及在茶樹體內的分配規(guī)律，Mn/Fe比值低時，根系出現(xiàn)積錳現(xiàn)象，但葉片和嫩芽表現(xiàn)缺錳癥狀，Mn/Fe比值高的生長環(huán)境中，茶樹根系中大量Fe向地上部分遷移；Fe、Mn間的交互作用表現(xiàn)在不同濃度和時期，并非單一的拮抗作用，表現(xiàn)為前期拮抗作用，中期不明顯，后期增效協(xié)同[30]。

一般茶園土壤的酸性環(huán)境中，容易表現(xiàn)錳的富集，因而容易導致茶樹缺鐵、缺鋅、缺硒的癥狀；此外，硒鋅拮抗作用對茶吸收和轉化Se有顯著影響，且隨季節(jié)有所不同，并顯著改善茶葉化學品質：如在Se（100 μg/mL～200 μg/mL）、Zn（0.4%～0.8%）處理下，春、夏、秋季茶的多酚氧化酶活性相對較高[31-32]。茶園施肥管理時，應特別注意這幾種元素的含量比例，特別情況下采用葉面施肥等措施。

Mn與茶多酚、氨基酸有極顯著和顯著負相關。茶樹是典型的聚錳植物，適當?shù)腗n能促進茶葉中各種氨基酸的合成，提高其含量，但Mn含量過多不利于氨基酸的形成，且對茶多酚有一定抑制作用[30]。黔北茶葉中Mn含量豐富，一定程度上抑制了茶多酚、氨基酸的合成。而茶多酚、氨基酸是茶葉重要的品質指標，因此對于黔北地區(qū)土壤中的Mn含量應加以監(jiān)控管理，控制茶樹對Mn的過度聚集。黔北茶葉中茶多酚和氨基酸與Zn呈顯著正相關性，Zn元素有利于茶多酚和氨基酸的形成，對其品質優(yōu)劣尤為重要，這與目前大多數(shù)的研究結果相一致[33]。氨基酸含量與Ca、Sr均呈顯著負相關性，黔北茶葉中Ca、Sr含量對氨基酸的形成有一定的抑制作用，其原因可能為當茶葉中金屬離子含量較高時，氨基酸能與Ca、Sr等離子發(fā)生作用形成絡合物[34]。

3 結論與討論

黔北茶葉礦質元素含量豐富，但不同地區(qū)茶葉中含量差異較明顯，同一地區(qū)由于制茶工藝的不同，在紅茶、綠茶中也有所區(qū)別，各礦質元素含量的變異系數(shù)較大。Ca含量為道真紅茶＞湄潭紅茶＞道真綠茶≈湄潭綠茶＞鳳岡綠茶；Mg含量為湄潭紅茶＞湄潭綠茶＞道真紅茶＞鳳岡綠茶＞道真綠茶；Mn含量為道真紅茶＞湄潭紅茶＞道真綠茶≈鳳岡綠茶＞湄潭綠茶；Fe含量為道真紅茶＞湄潭綠茶＞道真綠茶＞鳳岡綠茶≈湄潭紅茶，紅茶和綠茶中Fe含量差異明顯；Zn含量為湄潭綠茶≈湄潭紅茶＞道真綠茶≈道真紅茶＞鳳岡綠茶；道真茶葉中Sr含量最高，紅茶高于綠茶；鳳崗綠茶中Se含量最高，但3個主產區(qū)茶葉Se含量均水平較低，大部分茶葉未達到富硒標準。

黔北茶葉茶多酚含量為23.57%～43.24%，氨基酸含量為1.06%～2.05%，均為綠茶高于紅茶。由酚氨比來看，湄潭紅茶、鳳岡綠茶、道真綠茶酚氨比較高，茶湯較為苦澀；湄潭綠茶、道真紅茶酚氨比含量較為合適，又不會對茶湯口感產生影響。

茶葉中微量元素具有一定的相互作用，不同微量元素對茶多酚、茶氨酸的合成也有影響。研究發(fā)現(xiàn)茶葉中Ca與Sr、Mn、Mg間呈極顯著和顯著正相關；Mg與Fe、Zn之間呈顯著正相關。茶樹對礦質元素Ca和Sr、Mg、Fe、Zn 的吸收存在協(xié)同作用；Mn 除與 Sr有顯著正相關外，與其余微量元素和茶氨酸、茶多酚間均有著不同程度的負相關性，表明黔北茶葉中Mn對其他微量元素的吸收和氨基酸、茶多酚的形成有一定的拮抗作用[29]。氨基酸與Ca、Sr顯著負相關，茶葉中Ca、Sr含量對氨基酸的形成有一定的抑制作用

茶葉品質主要受控于土壤環(huán)境條件，應注意茶葉種植田間管理措施，活化土壤礦質元素有效形態(tài)，提升茶葉對有益礦質元素的吸收，并對抑制有益化學成分形成的元素加以監(jiān)控，控制在合適范圍內，平衡礦質元素與生化指標間的相互協(xié)作。此外，制茶工藝也是影響茶葉營養(yǎng)成分差異的原因之一，因此應優(yōu)化制茶工藝，減少制茶過程中礦質元素和茶多酚、氨基酸的損失；并規(guī)范市場茶葉評價標準及等級劃分，優(yōu)化茶葉市場，增強黔北地區(qū)茶葉影響力。