茶葉主要礦質元素淺析

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1實驗方法

1.1樣品收集

實驗所檢測樣品采集自貴州省道真自治縣的不同區域，其中一芽二葉蒸青茶樣12個，編號為DZZ-1~DZZ-12，炒青茶樣16個，編號為DZT-1~DZT-16，其中DZT-12為一芽一葉炒青茶樣，其余皆為一芽二葉。

1.2樣品處理

將粉碎后的茶葉樣品于80℃條件下烘干1h，準確稱取0.5g（精確至0.0001）粉末于聚四氟乙烯消解罐中，同時做試劑空白、平行樣，加入8mL消解液（HNO3∶H2O2=4∶1），預消解過夜，次日于微波消解爐（800W，185℃，35min）消解。消解完成后，將消解罐轉移至趕酸儀，在120℃條件下趕酸至近干，將趕酸后的消解液過濾轉移到50mL容量瓶定容[6]。測定濃度較高的元素時，根據實際情況對消解液進行稀釋。

1.3儀器工作參數

本實驗使用ICP-OES檢測茶葉中的13種元素。檢測前對儀器進行優化使儀器達到最佳檢測狀態[7]。儀器工作條件見表1。

1.4標準溶液的配制

用1000μg/mL單元素標準溶液分別配制濃度為50μg/mL的Zn、Cu、Fe、Mn、Al、Ca、Mg儲備液及濃度為10μg/mL的Sr、Ni、Co、V、Cr、Ba儲備液。精密吸取儲備液，配制Zn、Cu、Fe、Mn、Al、Ca、Mg濃度為0、0.1、0.4、0.8、1.2、2、4、8mg/L及Sr、Ni、Co、V、Cr、Ba濃度為0、0.01、0.04、0.08、0.12、0.2、0.3、0.4mg/L的標準溶液。

2結果與分析

2.1標準曲線及回收率

在優化實驗條件下，依次將配制好的標準溶液進樣，計算機軟件自動給出各元素的校準方程及相關系數，本實驗各元素的相關系數均在0.9995以上。然后依次檢測樣品空白，茶葉標準物質、樣品。檢測茶葉標準樣品結果顯示：實驗所檢測的元素回收率都在90%以上。

2.2元素含量分析

表2、表3分別為蒸青茶樣與炒青茶樣中各種礦質元素的含量。比較各個元素在茶樣中的平均值可知，道真自治縣所產茶葉中各種礦質元素的含量從高到低依次為：Ca＞Mg＞Mn＞Al＞Fe＞Zn＞Cu、Ba＞Ni、Sr＞Cr＞Co＞V，與畢坤[8]所測定的元素結果基本相符。茶葉中各種礦質元素含量差別較大，其中Ca及Mg含量最高，為大量元素，Mn、Al、Fe雖屬于微量元素，但其在茶葉中的含量要遠高于Co、V及Cr等其他微量元素。王寶森等[9]發現茶樹對不同礦質元素的富集能力不同，但對相同元素的需求基本一致。微量元素Fe、Mn的較高含量應與茶樹喜歡酸性土壤有關，酸性土壤能為茶樹提供更具活性的Fe與Mn[10]。將蒸青茶樣與炒青茶樣中礦質元素的平均含量相比較，可以發現，除Cr、Zn、Ni3種元素外，蒸青茶樣中其余10種元素的含量都大于炒青茶樣，可見茶葉加工方式對茶葉礦質元素含量有一定影響。國內外對各地茶葉中礦質元素的檢測結果很多，將本文所檢測元素之數據與安徽、湖南、云南、福建[2，8-15，17]等地區所產茶葉中元素含量做相應的比較，貴州道真自治縣蒸青茶樣的Ca、Mg、Mn、Al、Zn、Sr含量都偏高，其余元素含量則居中，炒青茶樣中各元素含量大多居中。與畢坤提出的茶葉礦物元素最佳濃度值相比，則道真茶樣中Cu含量偏低，Zn和Sr含量較高。不同的茶葉樣品，礦質元素的含量有比較大的差異，例如：樣品DZZ-2的Mn含量最高，其含量是DZZ-8的7倍，DZZ-4中Ba、Sr、Cu、Al、Fe、Ca元素含量相對其他蒸青茶樣最高，DZT-14中Ba、Sr、Cu、Al、V、Ca元素的含量是所有炒青茶樣中含量最高的，同時Zn含量最低。DZZ-1與DZZ-2分別為不同茶園的相同品種，它們所含的礦質元素含量大致相同，DZT-13與DZT-14分別為相同茶園的不同品種，它們所含的Sr、Ba、Mn等礦質元素含量相差比較明顯，可見茶葉對礦質元素的吸收與茶樹品種，茶樹生長環境等因素有關。

2.3元素相關性分析

實驗測定了13種礦質元素，不同元素的檢測結果差異比較明顯，且茶樹品種、生長環境及加工方式使不同茶葉中相同元素含量有較大差異，所以數據分析前對測定結果進行標準化預處理，使各個元素對樣品分析的權重一致[14]。采用SPSS軟件分別對道真縣茶葉中的礦質元素測定結果進行相關性分析，采用雙尾顯著性檢測。根據相關性分析結果（表4），貴州省道真自治縣所產茶葉中Al與Sr、V、Ba、Fe、Mn、Ca、Mg等元素間存在顯著正相關，而與Zn、Ni、Cr之間則顯著負相關；Sr與Ba、Mn、Al、Ca、Cu、V顯著正相關；Zn與Co、V、Al顯著負相關，與Ca顯著正相關，表明茶葉礦質元素之間存在協同或者拮抗作用。王小平等[15]對中日兩國茶葉中23種元素的的研究顯示茶葉中Al、Ca、Mg含量兩兩之間呈顯著的正相關，并且Zn含量與這3種元素含量均呈顯著的負相關，本文結果與之相近。有研究[16]表明，給茶葉葉面噴施一定濃度的Zn營養液，茶葉中Zn含量明顯增加，Fe、Ca、Cu、Mn等元素表現有協同效應，但營養液超過一定濃度后表現為拮抗效應。貴州茶樣中Zn與以上幾種元素間既有拮抗效應也有協同效應。

2.4蒸青茶樣主成分分析

通過主成分分析，可以將多變量的數據降維簡化，以找到特征數據進行分析[17]。由于蒸青茶葉最大程度地保留了茶鮮葉本身的風味，加工工序少，礦質元素因加工造成的損失較少，因而能更準確地表現出茶葉中礦質元素的分布特征。選取道真蒸青茶樣進行主成分分析，得到4個主成分特征值，累積貢獻率達到85.29%。其中第一主成分特征值5.189，貢獻率為39.914%，根據主成分矩陣（表5），其中Sr、Fe、Al、Ba、Mn及Ca元素對第一主成分貢獻最大。第二主成分特征值2.978，貢獻率22.909%，對其貢獻比較大的元素是Zn、Cu；第三主成分特征值1.716，貢獻率為13.203%，代表元素為Mg、Co；第四主成分特征值1.204，貢獻率9.262%，Ni的載荷最重。將蒸青茶樣依據樣品編碼依次以字母A~L為代號，選取主成分1、2繪制蒸青茶樣在第1、第2主成分中的分值圖（圖1）。從圖1中可以看出，樣品D在第一主成分上得分遠高于其他樣品，這是由于樣品DZZ-4所含有的Sr、Fe、Al、Ba、Mn、Ca幾種元素含量遠高于其余茶樣，這可能與該樣品單獨來源于一個區域或者品種特殊相關。各樣品在第二主成分中得分值比較離散，樣品K、H、I分布最為集中，其中樣品H、I來源于同一區域，由此可知地域對茶葉中元素含量有一定影響。選取主成分3、4繪制蒸青茶樣在第3第4主成分中的分值圖（圖2）。樣品B在第3主成分上的得分最高，這是由于樣品DZZ-2中Co相較于其他樣品含量最高，而Mg元素含量則較低。樣品E中Ni含量最高，因此在第四主成分上得分較高。

2.5炒青茶樣主成分分析

對16個道真炒青茶樣進行主成分分析，得到4個主成分特征值，累積貢獻率達到79.916%。其中第一主成分特征值5.289，貢獻率為40.756%，根據主成分矩陣（表6），其中元素Al、Ca、Sr、Ba、Zn、V對第一主成分貢獻最大；第二主成分特征值2.363，貢獻率18.175%，對其貢獻比較大的元素是Cu、Co；第三主成分特征值1.503，貢獻率11.559%，對其貢獻比較大的元素是Cr、Mg；第四主成分特征值1.132，貢獻率8.707%，對其貢獻比較大的元素是Mn和Ni。將炒青茶樣依據樣品編碼依次以T1~T16為代號，繪制炒青茶樣在第1、第2主成分中的分值圖（圖3）。從圖3中可以看出樣品T14在第一，二主成分上得分遠高于其他樣品，這是由于樣品DZT-14中的Ca、Sr、Ba、Al、V、Cu幾種元素含量遠高于其余茶樣，皆為最高，而Zn含量則低于其他樣品，這可能與該樣品品種特殊相關。樣品T15、T16在圖中分布較為集中，且在第二主成分上得分低于其他樣品，這可能與樣品來源于同一區域有關。可見茶葉產地和茶葉品種都對茶葉中礦質元素的含量有一定影響。選取主成分3、4繪制炒青茶樣在第3、第4主成分中的分值圖（圖4）。樣品T3在第3主成分上的得分最高，這是由于樣品DZT-3中Mg相較于其他樣品含量最低，Cr含量最高；樣品T5中Ni含量最高，因此在第四主成分上得分最高。唐偲雨[18]的研究表明通過特征元素差異可以對茶葉的產地及品種進行區分。蒸青茶葉和炒青茶葉的主成分分析表明，不同產地、不同品種茶葉中礦質元素含量有一定的差異，并且各種茶葉都具有各自的特征元素，表明通過元素差異可以對茶葉產地、品種進行判別。

3結論

利用ICP-OES對茶葉樣品中的礦質元素進行檢測，有著分析速度快，靈敏度高，可同時檢測多種元素的優點。檢測結果證明貴州道真自治縣所產茶葉樣品中富含Fe、Mn、Zn、Sr等多種礦質元素。礦質元素的相關性分析結果體現了礦質元素相互之間的協同與拮抗作用，對于指導茶園施肥，提高肥料利用率，提高茶葉品質有重要作用。不同的茶葉品種，不同的生長環境以及不同品種、不同加工方法生產的茶葉礦質元素含量差異明顯，主成分分析表明，可以將差異顯著的礦質元素作為茶葉產地區分以及茶葉品種區分的指標。

作者：王嫣紅彭光宇鄭國燦童華榮單位：西南大學食品科學學院重慶出入境檢驗檢驗局