基于生化成分與礦質元素的龍井茶產地溯源研究

石伊凡，吳連成，石元值(.杭州市高級中學錢江校區，浙江 杭州 3002； 2.中國農業科學院茶葉研究所 農業部茶樹生物學與資源利用重點實驗室，浙江 杭州 30008)

基于生化成分與礦質元素的龍井茶產地溯源研究

石伊凡1，吳連成1，石元值2*
(1.杭州市高級中學錢江校區，浙江 杭州 310021； 2.中國農業科學院茶葉研究所 農業部茶樹生物學與資源利用重點實驗室，浙江 杭州 310008)

為區分不同龍井茶產地來源，為生產者及消費者提供理論方法依據；本文分別對三大龍井茶產區進行代表性樣品采集，通過氨基酸組分分析、高效液相色譜及原子發射光譜等方法，分析其生化成分及礦質元素含量，探討龍井茶產地溯源技術。結果表明，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個參數形成的Fisher逐步判別(FLDA)模型方程，基本能判別出龍井茶的產地，準確率達80%以上。

龍井茶； 生化品質； 礦質元素； 產地判別

對于不同產地的龍井茶而言，因其加工工藝基本一致，所以茶葉品質受生長小環境[1- 4]和肥料供應[5]影響較多。西湖龍井的上佳品質源于西湖之濱群山懷抱的優越自然環境，使整個西湖龍井茶區終年云霧繚繞，氣候溫和，雨量充沛。年平均溫度為16.1 ℃，無霜期約250 d，年平均濕度80%以上，年降水量1 500 mm左右，且分布均勻，使茶樹新梢持嫩性增強，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、頁巖及石灰巖風化而成的紅壤為主體，土層深厚肥沃，質地疏松，為西湖龍井茶樹的良好生長提供了優越的土壤環境，奠定了優異的品質基礎。

西湖龍井因知名度高而常被仿冒[6]。為保護西湖龍井茶品牌及生產者與消費者的利益，2001年通過并于2010年修訂的《杭州市西湖龍井茶基地保護條例》規定，西湖龍井茶界定生產區域為東起虎跑、茅家埠、金沙港一線，西抵楊府廟、龍門坎、何家村一帶，南達社井、浮山，北至老東岳、金魚井等地，在此范圍內生產的龍井茶統稱為西湖龍井茶。經2004年6月實際測定，此范圍內共有西湖龍井生產茶園1 392 hm2。2001年國家質量監督檢驗檢疫總局批準，實行龍井茶地理標志產品保護。實行地域保護后的龍井茶分為三大區域：即西湖龍井、錢塘龍井和越州龍井，并于2008年以國家標準(GB/T 18650—2008)[7]形式對產地范圍進行明確界定與規范。這三大產地龍井茶中，除西湖龍井外，錢塘龍井、越州龍井包括其中的新昌大佛龍井，其品質均得到市場的認可，在業內取得較好知名度。

雖然人們普遍認為西湖龍井質量更好，聲譽更高，但關于三大產地龍井茶之間的品質差異一直為人們所關注[8- 9]。那么三大產地龍井茶之間是否有各自品質特征？茶葉的內質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生化品質成分，氮、磷、鉀及微量元素的含量也是茶葉品質高低的重要指標，同時重金屬元素含量是其重要的質量安全指標。已有研究表明，茶葉中經分離鑒定的已知化合物約500種，含有咖啡因、茶多酚、氨基酸、多糖及黃酮苷類物質等對人體健康有益的有機化合物，同時含有30多種礦質元素，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(以灰分含量算)占4%～6%[10- 11]。為了探究三大產地龍井茶之間是否有各自品質特征，本文根據三大產地龍井茶產區的產地劃分，分別進行原產地樣品采集，分析其內在品質特征差異及龍井茶產地判別，為廣大消費者及各產地龍井茶生產者提供相關理論依據。

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地122個龍井茶春茶樣品，其中西湖龍井茶(XH，取樣范圍為杭州市西湖區10個村及龍塢鎮和留下鎮) 46個、越州龍井茶(YZ，取樣范圍為紹興縣、嵊州市、新昌縣) 41個、錢塘龍井茶(QT，取樣范圍為蕭山區、富陽區、余杭區、淳安縣)35個，樣品來源均在當地農業局茶葉特產站等管理部門的專家協助下，在代表性產區定點取樣獲得。采摘標準均為1芽1葉，取樣時選取當地代表性茶樹品種龍井43、中茶108及當地群體種。茶葉根據龍井茶的標準加工工藝制成成品茶，含水量均控制在5%左右，每個采樣點的每個品種龍井茶從制好的成品茶中取出100 g作為樣品。

1.2試驗方法

1.2.1 新梢品質成分測定

游離氨基酸組分含量采用氨基酸自動分析儀(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微孔濾膜過濾，用HPLC法測定。Waters E2695高效液相色譜儀，Waters 2998檢測器，Synergi Max- RP C12液質色譜柱(4 μm，250 mm×4.60 mm)。進樣量10 μL，流動相A為2%乙酸，流動相B為100%乙腈，流速1 mL·min-1，30 min，檢測波長280 nm，柱溫40 ℃。

1.2.2 礦質元素含量測定

樣品微波消解前處理。稱取0.2 g經球磨機(MM301，德國，Retsch)磨碎的樣品置于高壓消解罐中，加入5 ml 70% HNO3(優級純，美國Thermo Fisher Scientific公司)加蓋靜置1 h。高壓消解罐使用前經20%硝酸浸泡過夜，超純水清洗至無酸味、晾干。將靜置后的樣品放入微波消解儀進行消解，消解程序參數為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，將消化液轉移至25 mL容量瓶中，超純水定容至刻度，混勻備用。

ICP- MS測定微量元素含量。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，BRUKER公司)測定，ICP- MS的工作參數為射頻功率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，泵穩定時間30 s。

內標溶液。一定體積的1 000 μg·mL-1Rh、In、Re混合標準溶液(中國計量科學研究院)，用1% HNO3稀釋為1 μg·mL-1，由內標管在線引入質譜儀。

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

標準曲線繪制。用1%稀硝酸將稀土元素混合標準貯備液(100 μg·mL-1，美國，AccuStandard公司)逐級稀釋為0.5、1、2、4、6 μg·L-1的混合標準溶液。其他元素標準(BRUKER公司，國家有色金屬及電子材料分析測試中心)用1%稀硝酸逐級稀釋為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)和標準溶液系列，由儀器自動繪制標準曲線。

ICP- AES測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Thermo Scientific公司)測定其中的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，泵穩定時間5 s。

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

全氮采用Vario MAX CN分析儀(德國Elementar公司)進行分析。

1.2.3 數據分析

采用Excel 2007軟件進行數據整理和表格繪制，應用SPSS 21.0統計軟件進行單因素方差分析、Duncan法進行多重比較、Fisher逐步判別進行產地判別(FLDA)。

2 結果與分析

2.1不同產區龍井茶間生化品質比較

茶葉對人體的保健功效源于其中含有豐富的多酚類、氨基酸等生化品質成分，茶葉的品質好壞很大程度上體現于茶湯滋味的好壞，而茶湯中的呈味物質歸納起來可分為糖類、氨基酸、酚性物及其氧化產物(主要為茶多酚)、嘌呤堿(以咖啡因為主)、有機酸和茶皂素等[14]，其中以茶多酚、氨基酸和咖啡因對茶葉品質影響最大。茶多酚是茶葉中的主要物質之一，呈苦澀味[15]；氨基酸也是茶葉品質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。單純的多酚類味苦澀，單純的氨基酸只有像味精一樣的鮮味，兩者結合恰當就有了鮮爽的茶味。

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塘龍井，而后兩者間則沒有顯著差別；不同產區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塘龍井，且游離氨基酸總量平均值表現出西湖龍井>越州龍井>錢塘龍井的趨勢；酚氨比表現出西湖龍井<越州龍井<錢塘龍井的趨勢，但其間差異未達顯著水平。表明從生化品質方面看，不同產區龍井茶中，西湖龍井茶的品質略優于越州龍井及錢塘龍井。

表1 不同產區龍井茶間生化品質比較

注：表中的數據為平均值±標準偏差；每列數據后的不同字母表示不同產地龍井茶間品質差異顯著(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、花青素和花白素類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，其含量占多酚類總量的 70%～80%。兒茶素包括4種類型EC、EGC、ECG、EGCG，及其異構體[16- 17]。茶多酚具有苦味與澀味，其中簡單兒茶素(EC、EGC)苦味強，而澀味較弱；而酯型兒茶素(ECG、EGCG)則澀味強、苦味較弱；單體兒茶素與其異構體滋味表現也有差異。兒茶素特別是酯型兒茶素的組合和濃度不僅構成苦澀味的主體，也是茶湯濃淡、茶葉優劣的主體物。一般認為，酯型兒茶素含量偏高，而簡單兒茶素含量偏低，茶葉的品質則相對較好。

表2表明，不同產區龍井茶間的兒茶素組分間，除ECG、C、CG表現出西湖龍井略高于錢塘龍井，并顯著高于越州龍井外，GCG則表現出相反的趨勢，而其他兒茶素組分間未達到數理統計上的顯著性差異。但西湖龍井茶中的酯型兒茶素EGCG、ECG含量均表現出高于其他2種龍井茶，而簡單兒茶素EGC含量則低于其他2種龍井茶，其他組分間差異不顯著。這進一步表明，西湖龍井茶的品質略優于錢塘龍井和越州龍井。

表2 不同產區龍井茶間兒茶素組分含量比較

2.2不同產區龍井茶間礦質元素含量比較

茶葉中的營養功效也表現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試驗結果表明，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地。其中Ca、Mg、S及Mn、Zn含量差異達顯著水平。

表3 不同產區龍井茶間元素含量比較

2.3不同產區龍井茶間重金屬及稀土元素含量

茶葉品質高低不僅是其生化成分含量的高低，同時也需要在質量安全上符合國家標準要求。除了農藥殘留指標為人們所關注外，龍井茶中的重金屬元素及稀土元素含量也受到廣泛關注。

表4表明，三大產地龍井茶中，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產地，但多數元素的差異未達到數理統計學上的顯著性水平，而Cd含量則基本一致。三大產區龍井茶樣品中，98%以上龍井茶中的重金屬及稀土氧化物總量均符合國家標準相關規定。

表4 不同產區龍井茶間重金屬及稀土元素含量比較

2.4不同龍井茶的產地判別

以40個西湖龍井、30個錢塘龍井及35個越州龍井茶中27個生化品質指標及32個礦質元素(包括重金屬元素與稀土元素)指標為參數，利用線性逐步判別法(FLDA)進行建模，進行龍井茶間的產地判別，嘗試通過建立判別函數來進行龍井茶產品的產地判別。判別函數由咖啡因、茶多酚、GCG、羥脯氨酸、蘇氨酸、茶氨酸、酚氨比及鎂、鉻9個參數組成，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，這些參數能進行基本的產地判別。交叉驗證結果表明，其產地判別的準確度大于96.7%；通過未參與模型構建的未知樣品進行驗證結果表明，各產地的龍井茶判別準確率均達到80%以上，表明該判別模型基本準確可靠。

表5 FLDA法判別龍井茶間產地結果

3 小結

從生化品質成分及審評得分結果表明，三大產區龍井茶的品質表現出西湖龍井>越州龍井>錢塘龍井的趨勢，其酚氨比表現為西湖龍井<越州龍井<錢塘龍井。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，表明三大產區龍井茶中，西湖龍井茶的生化品質略優于越州龍井及錢塘龍井。礦質元素含量分布結果表明，西湖龍井茶中的總氮與全鉀含量略高于其他兩產地，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地。建議西湖龍井茶區生產者在平時生產管理中需加強Ca、Mg及Fe、Mn、Cu、Zn等微量元素的供應。

研究結果表明，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個參數組成的Fisher產地判別模型對三大龍井茶產地的判別準確度達80%以上。

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(責任編輯：張瑞麟)

S571

：A

：0528- 9017(2017)09- 1541- 05

2017- 06- 27

公益性行業(農業)科研專項(201203046)；中國農業科技創新工程項目(CAAS- ASTIP- 2014- TRICAAS- 03)

石伊凡，高中生，開展探索性學習研究，E- mail：792954858@qq.com。

石元值，研究員，從事茶樹生理與營養研究，E- mail：shiyz@tricaas.com。

文獻著錄格式：石伊凡，吳連成，石元值. 基于生化成分與礦質元素的龍井茶產地溯源研究[J].浙江農業科學，2017，58(9)：1541- 1545.

10.16178/j.issn.0528- 9017.20170913

注：本課題取樣過程中得到杭州風景名勝管委會、余杭區農業局茶葉站、淳安縣農業局茶葉站、新昌縣農業局茶葉站、嵊州林業局茶葉站、紹興縣農業局茶葉站等領導及技術專家的幫助，在此表示衷心感謝。