基于生化成分与矿质元素的龙井茶产地溯源研究

石伊凡，吴连成，石元值(.杭州市高级中学钱江校区，浙江 杭州 3002； 2.中国农业科学院茶叶研究所 农业部茶树生物学与资源利用重点实验室，浙江 杭州 30008)

基于生化成分与矿质元素的龙井茶产地溯源研究

石伊凡1，吴连成1，石元值2*
(1.杭州市高级中学钱江校区，浙江 杭州 310021； 2.中国农业科学院茶叶研究所 农业部茶树生物学与资源利用重点实验室，浙江 杭州 310008)

为区分不同龙井茶产地来源，为生产者及消费者提供理论方法依据；本文分别对三大龙井茶产区进行代表性样品采集，通过氨基酸组分分析、高效液相色谱及原子发射光谱等方法，分析其生化成分及矿质元素含量，探讨龙井茶产地溯源技术。结果表明，以咖啡因、茶多酚、GCG、羟脯氨酸、苏氨酸、茶氨酸、酚氨比及镁、铬9个参数形成的Fisher逐步判别(FLDA)模型方程，基本能判别出龙井茶的产地，准确率达80%以上。

龙井茶； 生化品质； 矿质元素； 产地判别

对于不同产地的龙井茶而言，因其加工工艺基本一致，所以茶叶品质受生长小环境[1- 4]和肥料供应[5]影响较多。西湖龙井的上佳品质源于西湖之滨群山怀抱的优越自然环境，使整个西湖龙井茶区终年云雾缭绕，气候温和，雨量充沛。年平均温度为16.1 ℃，无霜期约250 d，年平均湿度80%以上，年降水量1 500 mm左右，且分布均匀，使茶树新梢持嫩性增强，氨基酸含量增加，茶的滋味鲜爽，清纯幽香。西湖龙井茶园的土壤以砂岩、页岩及石灰岩风化而成的红壤为主体，土层深厚肥沃，质地疏松，为西湖龙井茶树的良好生长提供了优越的土壤环境，奠定了优异的品质基础。

西湖龙井因知名度高而常被仿冒[6]。为保护西湖龙井茶品牌及生产者与消费者的利益，2001年通过并于2010年修订的《杭州市西湖龙井茶基地保护条例》规定，西湖龙井茶界定生产区域为东起虎跑、茅家埠、金沙港一线，西抵杨府庙、龙门坎、何家村一带，南达社井、浮山，北至老东岳、金鱼井等地，在此范围内生产的龙井茶统称为西湖龙井茶。经2004年6月实际测定，此范围内共有西湖龙井生产茶园1 392 hm2。2001年国家质量监督检验检疫总局批准，实行龙井茶地理标志产品保护。实行地域保护后的龙井茶分为三大区域：即西湖龙井、钱塘龙井和越州龙井，并于2008年以国家标准(GB/T 18650—2008)[7]形式对产地范围进行明确界定与规范。这三大产地龙井茶中，除西湖龙井外，钱塘龙井、越州龙井包括其中的新昌大佛龙井，其品质均得到市场的认可，在业内取得较好知名度。

虽然人们普遍认为西湖龙井质量更好，声誉更高，但关于三大产地龙井茶之间的品质差异一直为人们所关注[8- 9]。那么三大产地龙井茶之间是否有各自品质特征？茶叶的内质差异不仅指茶叶的自然生化成分含量高低，也包括茶叶中的矿质元素及重金属含量的差异，其中茶多酚与茶氨酸是茶叶特有的有机生化品质成分，氮、磷、钾及微量元素的含量也是茶叶品质高低的重要指标，同时重金属元素含量是其重要的质量安全指标。已有研究表明，茶叶中经分离鉴定的已知化合物约500种，含有咖啡因、茶多酚、氨基酸、多糖及黄酮苷类物质等对人体健康有益的有机化合物，同时含有30多种矿质元素，既包含K、Ca、Mg等常量元素，也包含Zn、Sr、Fe、Cu等微量元素(这其中包括14种人体所必需的微量元素)，茶中矿物质(以灰分含量算)占4%～6%[10- 11]。为了探究三大产地龙井茶之间是否有各自品质特征，本文根据三大产地龙井茶产区的产地划分，分别进行原产地样品采集，分析其内在品质特征差异及龙井茶产地判别，为广大消费者及各产地龙井茶生产者提供相关理论依据。

1 材料与方法

1.1样品采集

于2016年3月15日至4月30日期间，共收集三大龙井茶产地122个龙井茶春茶样品，其中西湖龙井茶(XH，取样范围为杭州市西湖区10个村及龙坞镇和留下镇) 46个、越州龙井茶(YZ，取样范围为绍兴县、嵊州市、新昌县) 41个、钱塘龙井茶(QT，取样范围为萧山区、富阳区、余杭区、淳安县)35个，样品来源均在当地农业局茶叶特产站等管理部门的专家协助下，在代表性产区定点取样获得。采摘标准均为1芽1叶，取样时选取当地代表性茶树品种龙井43、中茶108及当地群体种。茶叶根据龙井茶的标准加工工艺制成成品茶，含水量均控制在5%左右，每个采样点的每个品种龙井茶从制好的成品茶中取出100 g作为样品。

1.2试验方法

1.2.1 新梢品质成分测定

游离氨基酸组分含量采用氨基酸自动分析仪(S- 443D，Sykam，Germany)分析[12]。

儿茶素组分和咖啡因含量采用高效液相色谱法分析[13]。浸提液用0.22 μm微孔滤膜过滤，用HPLC法测定。Waters E2695高效液相色谱仪，Waters 2998检测器，Synergi Max- RP C12液质色谱柱(4 μm，250 mm×4.60 mm)。进样量10 μL，流动相A为2%乙酸，流动相B为100%乙腈，流速1 mL·min-1，30 min，检测波长280 nm，柱温40 ℃。

1.2.2 矿质元素含量测定

样品微波消解前处理。称取0.2 g经球磨机(MM301，德国，Retsch)磨碎的样品置于高压消解罐中，加入5 ml 70% HNO3(优级纯，美国Thermo Fisher Scientific公司)加盖静置1 h。高压消解罐使用前经20%硝酸浸泡过夜，超纯水清洗至无酸味、晾干。将静置后的样品放入微波消解仪进行消解，消解程序参数为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，冷却后取出，缓慢打开罐盖排气，将高压消解罐置于控温电热板上140 ℃赶酸，将消化液转移至25 mL容量瓶中，超纯水定容至刻度，混匀备用。

ICP- MS测定微量元素含量。Ga、Ge、Cd、Sn、Sb、Ti、Pb、Bi、Th、U等10种微量及Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Lu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb等15种稀土元素含量由ICP- MS(AURORA M90，德国，BRUKER公司)测定，ICP- MS的工作参数为射频功率1 400 W，冷却气流速18 L·min-1，辅助气流速1.65 L·min-1，雾化器流速0.95 L·min-1，鞘气流速0.25 L·min-1，采样高度6.5 mm，泵稳定时间30 s。

内标溶液。一定体积的1 000 μg·mL-1Rh、In、Re混合标准溶液(中国计量科学研究院)，用1% HNO3稀释为1 μg·mL-1，由内标管在线引入质谱仪。

仪器调谐贮备液。10 μg·mL-1Be、Mg、Co、In、Ce、Ti调谐贮备液用1% HNO3稀释为1 ng·mL-1，备用。

标准曲线绘制。用1%稀硝酸将稀土元素混合标准贮备液(100 μg·mL-1，美国，AccuStandard公司)逐级稀释为0.5、1、2、4、6 μg·L-1的混合标准溶液。其他元素标准(BRUKER公司，国家有色金属及电子材料分析测试中心)用1%稀硝酸逐级稀释为1，2，4，6，8 μg·L-1。在ICP- MS的工作条件下采集空白溶液(1% HNO3)和标准溶液系列，由仪器自动绘制标准曲线。

ICP- AES测定大量及部分微量元素含量。将微波消解液稀释10倍后，由ICP- AES(iCAP6000 Serier，美国Thermo Scientific公司)测定其中的Al、As、B、Ba、Ca、Co、Cr、Cu、Fe、K、Li、Mg、Mn、Mo、Na、Ni、P、S、Zn等19种大量及部分中微量元素含量。ICP- AES工作参数为射频功率1 150 W，辅助气流速0.5 L·min-1，雾化器流速0.7 L·min-1，采样高度6.5 mm，泵稳定时间5 s。

标准曲线绘制。用1%稀硝酸将Ca、Na标准贮备液(国家有色金属及电子材料分析测试中心)逐级稀释为0，5，50 μg·mL-1的混合标准溶液，其他元素混合标准贮备液用1%稀硝酸逐级稀释为0，5，10 μg·mL-1。在ICP- AES的工作条件下采集空白溶液(1% HNO3)和标准溶液系列，由仪器自动绘制标准曲线。

全氮采用Vario MAX CN分析仪(德国Elementar公司)进行分析。

1.2.3 数据分析

采用Excel 2007软件进行数据整理和表格绘制，应用SPSS 21.0统计软件进行单因素方差分析、Duncan法进行多重比较、Fisher逐步判别进行产地判别(FLDA)。

2 结果与分析

2.1不同产区龙井茶间生化品质比较

茶叶对人体的保健功效源于其中含有丰富的多酚类、氨基酸等生化品质成分，茶叶的品质好坏很大程度上体现于茶汤滋味的好坏，而茶汤中的呈味物质归纳起来可分为糖类、氨基酸、酚性物及其氧化产物(主要为茶多酚)、嘌呤碱(以咖啡因为主)、有机酸和茶皂素等[14]，其中以茶多酚、氨基酸和咖啡因对茶叶品质影响最大。茶多酚是茶叶中的主要物质之一，呈苦涩味[15]；氨基酸也是茶叶品质成分中含氮化合物的突出代表，是形成茶汤鲜爽度和香味的主要物质。单纯的多酚类味苦涩，单纯的氨基酸只有像味精一样的鲜味，两者结合恰当就有了鲜爽的茶味。

表1表明，西湖龙井茶中的咖啡因含量显著低于越州龙井与钱塘龙井，而后两者间则没有显著差别；不同产区龙井茶间的茶多酚含量基本一致。西湖龙井茶中的氨基酸和茶氨酸含量显著高于越州龙井与钱塘龙井，且游离氨基酸总量平均值表现出西湖龙井>越州龙井>钱塘龙井的趋势；酚氨比表现出西湖龙井<越州龙井<钱塘龙井的趋势，但其间差异未达显著水平。表明从生化品质方面看，不同产区龙井茶中，西湖龙井茶的品质略优于越州龙井及钱塘龙井。

表1 不同产区龙井茶间生化品质比较

注：表中的数据为平均值±标准偏差；每列数据后的不同字母表示不同产地龙井茶间品质差异显著(P<0.05)；表2～4同。

茶多酚在茶叶中的含量一般在18%～36%，包括儿茶素、黄酮和黄酮醇类、花青素和花白素类以及酚酸和缩酚酸等，其中，最重要的是以儿茶素为主体的黄烷醇类，其含量占多酚类总量的 70%～80%。儿茶素包括4种类型EC、EGC、ECG、EGCG，及其异构体[16- 17]。茶多酚具有苦味与涩味，其中简单儿茶素(EC、EGC)苦味强，而涩味较弱；而酯型儿茶素(ECG、EGCG)则涩味强、苦味较弱；单体儿茶素与其异构体滋味表现也有差异。儿茶素特别是酯型儿茶素的组合和浓度不仅构成苦涩味的主体，也是茶汤浓淡、茶叶优劣的主体物。一般认为，酯型儿茶素含量偏高，而简单儿茶素含量偏低，茶叶的品质则相对较好。

表2表明，不同产区龙井茶间的儿茶素组分间，除ECG、C、CG表现出西湖龙井略高于钱塘龙井，并显著高于越州龙井外，GCG则表现出相反的趋势，而其他儿茶素组分间未达到数理统计上的显著性差异。但西湖龙井茶中的酯型儿茶素EGCG、ECG含量均表现出高于其他2种龙井茶，而简单儿茶素EGC含量则低于其他2种龙井茶，其他组分间差异不显著。这进一步表明，西湖龙井茶的品质略优于钱塘龙井和越州龙井。

表2 不同产区龙井茶间儿茶素组分含量比较

2.2不同产区龙井茶间矿质元素含量比较

茶叶中的营养功效也表现在茶叶中含有人体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试验结果表明，西湖龙井茶中的总氮与全钾含量显著高于其他两大产地，磷含量基本一致，但Ca、Mg及Fe、Mn、Zn等微量元素含量则低于其他两大产地。其中Ca、Mg、S及Mn、Zn含量差异达显著水平。

表3 不同产区龙井茶间元素含量比较

2.3不同产区龙井茶间重金属及稀土元素含量

茶叶品质高低不仅是其生化成分含量的高低，同时也需要在质量安全上符合国家标准要求。除了农药残留指标为人们所关注外，龙井茶中的重金属元素及稀土元素含量也受到广泛关注。

表4表明，三大产地龙井茶中，西湖龙井茶中的稀土氧化物总量及Pb、As、Co、Cr元素含量均不同程度地低于其他两个产地，但多数元素的差异未达到数理统计学上的显著性水平，而Cd含量则基本一致。三大产区龙井茶样品中，98%以上龙井茶中的重金属及稀土氧化物总量均符合国家标准相关规定。

表4 不同产区龙井茶间重金属及稀土元素含量比较

2.4不同龙井茶的产地判别

以40个西湖龙井、30个钱塘龙井及35个越州龙井茶中27个生化品质指标及32个矿质元素(包括重金属元素与稀土元素)指标为参数，利用线性逐步判别法(FLDA)进行建模，进行龙井茶间的产地判别，尝试通过建立判别函数来进行龙井茶产品的产地判别。判别函数由咖啡因、茶多酚、GCG、羟脯氨酸、苏氨酸、茶氨酸、酚氨比及镁、铬9个参数组成，判别方程如下：

Y西湖龙井=6.08×咖啡因+0.13×茶多酚+0.06×GCG-0.46×羟脯氨酸+4.60×苏氨酸+0.93×茶氨酸+1.38×酚氨比+0.04×镁+0.25×铬-113.71；

Y钱塘龙井=6.58×咖啡因+0.12×茶多酚+0.10×GCG-0.32×羟脯氨酸+6.19×苏氨酸+0.58×茶氨酸+1.45×酚氨比+0.054×镁-0.08×铬-135.53；

Y越州龙井=6.50×咖啡因+0.08×茶多酚+0.24×GCG+1.82×羟脯氨酸+6.58×苏氨酸+0.79×茶氨酸+2.09×酚氨比+0.05×镁+0.44×铬-135.18。

表5表明，这些参数能进行基本的产地判别。交叉验证结果表明，其产地判别的准确度大于96.7%；通过未参与模型构建的未知样品进行验证结果表明，各产地的龙井茶判别准确率均达到80%以上，表明该判别模型基本准确可靠。

表5 FLDA法判别龙井茶间产地结果

3 小结

从生化品质成分及审评得分结果表明，三大产区龙井茶的品质表现出西湖龙井>越州龙井>钱塘龙井的趋势，其酚氨比表现为西湖龙井<越州龙井<钱塘龙井。西湖龙井中的酯型儿茶素EGCG、ECG含量均高于其他2种龙井，而简单儿茶素EGC、EC含量则低于其他2种，茶多酚及咖啡因的含量接近，表明三大产区龙井茶中，西湖龙井茶的生化品质略优于越州龙井及钱塘龙井。矿质元素含量分布结果表明，西湖龙井茶中的总氮与全钾含量略高于其他两产地，P含量基本一致，但Ca、Mg及Fe、Mn、Zn等微量元素含量则略低于其他两产地。西湖龙井中的稀土氧化物总量及Pb、As、Co、Cr含量均不同程度地低于其他两产地。建议西湖龙井茶区生产者在平时生产管理中需加强Ca、Mg及Fe、Mn、Cu、Zn等微量元素的供应。

研究结果表明，以咖啡因、茶多酚、GCG、羟脯氨酸、苏氨酸、茶氨酸、酚氨比及镁、铬9个参数组成的Fisher产地判别模型对三大龙井茶产地的判别准确度达80%以上。

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(责任编辑：张瑞麟)

S571

：A

：0528- 9017(2017)09- 1541- 05

2017- 06- 27

公益性行业(农业)科研专项(201203046)；中国农业科技创新工程项目(CAAS- ASTIP- 2014- TRICAAS- 03)

石伊凡，高中生，开展探索性学习研究，E- mail：792954858@qq.com。

石元值，研究员，从事茶树生理与营养研究，E- mail：shiyz@tricaas.com。

文献著录格式：石伊凡，吴连成，石元值. 基于生化成分与矿质元素的龙井茶产地溯源研究[J].浙江农业科学，2017，58(9)：1541- 1545.

10.16178/j.issn.0528- 9017.20170913

注：本课题取样过程中得到杭州风景名胜管委会、余杭区农业局茶叶站、淳安县农业局茶叶站、新昌县农业局茶叶站、嵊州林业局茶叶站、绍兴县农业局茶叶站等领导及技术专家的帮助，在此表示衷心感谢。