均值向量檢驗在不同地區茶葉鑒別中的應用

周巧儀 凌彩金 劉淑媚

摘要：采用原子吸收光譜法測定廣東省清遠市、梅州市及河源市3個地區茶葉樣品中鈣（Ca）、鎂（Mg）、鐵（Fe）、錳（Mn）、鋅（Zn）、銅（Cu）6種礦質元素的含量，采用國家標準方法測定茶樣中水分、干物質、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法分析了這3個地區茶葉中礦質元素、生化成分含量的差異。結果表明，部分地區茶葉中礦質元素、生化成分含量之間存在顯著差異。

關鍵詞：茶葉；地區；礦質元素；多總體均值向量檢驗法

中圖分類號：O212.2；S571.1 文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2018）20-0097-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.20.022 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Abstract： The contents of Ca，Mg，Fe，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，其生長發育的各個階段都要有規律地從土壤及環境中吸收多種礦物質元素來滿足自身的營養需求[1]。茶葉是中國的一種傳統飲料，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物質成分，還含有豐富多樣的礦質元素，這些礦質元素及生化成分對人體的正常生長發育及營養代謝起著重要作用，因此飲用茶品不僅能有效地補充人體必需的微量元素，還能改善機體生理功能[2]。茶葉中礦質元素的含量高低主要取決于土壤母質、施肥水平及茶樹品種[3]。不同地區茶葉間的礦質元素含量因其土壤特性、環境氣候的不同而有所差異，對不同地區茶葉中礦質元素差異性的研究有助于了解中國茶葉礦質元素含量、土壤有機物質含量的地域性分布特征。

多總體均值向量檢驗法是一種綜合統計分析方法，它能夠在多個目標對象、多個指標相互關聯的情況下分析其統計規律，利用多總體均值向量檢驗法可以判斷滿足多元正態分布的總體均值是否等于預判的向量，或者判斷兩個獨立的、滿足多元正態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軟件檢驗方法中的各個步驟，然后根據計算得出的結果進行分析得到結論，從而解決實際問題。

本試驗對廣東省3個主要茶葉產區清遠市、梅州市、河源市春茶中的主要礦質元素及生化成分含量進行測定，并利用多元正態總體均值向量的檢驗方法，分析不同地區茶葉中礦質元素及生化成分含量的差異，為探究區分不同地區茶葉主要常規成分的發展規律提供參考依據，并且可為茶資源信息管理系統的建立提供基礎數據。

1 材料與方法

1.1 材料

清遠市、河源市及梅州市3個地區的春茶樣本由廣東省農業科學院茶葉研究所提供，共36個樣品，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）標準溶液，由國家標準物質中心提供；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（北京普析公司）；PHS-3C型pH計（上海雷磁儀器廠）；725N型紫外分光光度計（上海菁華科技儀器有限公司）。

1.3 茶樣制備

1）干法消解[5]（測茶樣中Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu元素）。稱取經粉碎過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 測定項目及方法

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

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

1.5 數據處理及分析

針對各地區茶葉礦質元素或生化成分的數據，運用多總體均值向量檢驗方法，在顯著性水平？琢=0.05下判斷3個地區[清遠市（n1）、梅州市（n2）及河源市（n3）]茶葉數據結果是否存在差異，即比較3個組（k=3）的6項指標（p=6）間是否存在差異。例如，茶葉中微量元素數據結果分析如下：設第i組為6元總體N6（μ（i），∑）（i=1，2，3），來自3個總體的樣本容量n1=16，n2=12，n3=8。

2 結果與分析

2.1 礦質元素

采用原子吸收光譜法測定了清遠市、梅州市及河源市茶葉樣品中的6種礦質元素，通過SAS 9.4統計軟件分析，得到3個地區茶葉礦質元素的總體均值向量檢驗結果，可知總體上茶葉中Mg、Fe、Mn、Zn、Cu含量在清遠市、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個茶葉樣品均含有Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu 6種礦質元素，而不同地區茶葉中礦質元素含量大小為Ca>Mg>Mn>Fe>Zn>Cu，結果表明，不同地區茶葉部分礦質元素間含量存在差異，但其礦質元素的變化規律是一致的，并不會隨著季節的改變而發生變化。清遠市、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元素含量與清遠市存在顯著差異；清遠市的Mn元素含量與河源市存在顯著差異；清遠市、梅州市及河源市的Ca元素含量無顯著差異。

2.2 生化成分

采用國家標準方法測定了清遠市、梅州市及河源市茶葉樣品中的生化成分，通過SAS 9.4統計軟件分析，得到3個地區茶葉生化成分的總體均值向量檢驗結果，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。單因素方差分析結果見表3。

由表3可知，36個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個地區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市存在顯著差異；清遠市與梅州市的游離氨基酸含量與河源市存在顯著差異；清遠市、梅州市、河源市3個地區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，兩者與清遠市差異顯著。

3 討論

3.1 不同地區礦質元素的差異性

周娜等[6]研究表明，茶樹在生長過程中選擇性地從環境、土壤中富集多種礦質元素，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，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基礎是一致的，在不同地區不同品種間茶葉對元素的富集趨勢是一致的。本試驗研究表明，不同地區茶葉中礦質元素含量之間存在差異，部分礦質元素在不同地區間差異顯著，這種差異與茶葉產地的地質、地理環境等因素有關。但不同地區茶葉中礦質元素的變化趨勢基本一致，為Ca>Mg>Mn>Fe>Zn>Cu，6種礦質元素在不同地區茶葉中的含量均不完全相同，差異均有統計學意義。

微量元素雖然在生物機體中的含量極少，但其參與機體新陳代謝過程，在免疫機制、生長發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高于蔬菜、糧食、肉類等主要食物[7]。本研究結果表明，廣東省3個地區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，是茶樹體內多種酶的活化劑，能促進多酚氧化酶的活性，從而提高茶葉的品質[8]。同時，錳也是人體必需微量元素，它參與構成機體內多種重要生理作用酶，人體缺錳可導致生長發育障礙，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育的必需元素，廣泛調節機體代謝過程，能抑制脂質過氧化功能，起到抗衰老作用。3個地區中均含有錳、鐵、銅、鋅，而且錳、鐵、鋅元素含量較高，人們可通過飲茶而補充大量的微量元素，對人體健康有益[11]。

3.2 不同地區生化成分的差異性

茶園所在地區的氣候（光照、空氣溫度、濕度）、土壤、水分等因素會影響茶葉生化成分的形成。不同茶區由于茶樹所處的環境不同，其成茶品質會因為地域的不同造成一定的影響。

茶葉水浸出物是茶葉中可溶于水的各種物質的總稱，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、無機鹽等。本試驗中，3個地區水浸出物含量在33.43%～49.37%，其中清遠市與梅州市、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存在差異，總體而言，3個地區間的茶葉生化成分存在極顯著差異（P<0.01）。不同地區間的茶葉生化成分含量存在差異，其原因可能是清遠市、梅州市、河源市間的溫濕度、降雨量或土壤環境等的差異影響了茶樹的生長發育，從而導致茶葉中生化成分含量發生差異，但具體原因有待進一步地探究。

3.3 多總體均值向量檢驗法在不同地區茶葉區分上的應用

在茶樹整個育種過程中涉及大量數據、圖片等信息的管理和分析，以往這些信息數據均需要人工采集、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。隨著計算機網絡技術的普及和信息統計技術的發展，計算機網絡技術已成功地應用于各行業信息的管理[12]。近年來，研究人員逐步將統計學、控制論、系統科學等現代科學與育種學、遺傳學緊密結合，并研發出一些相關的應用軟件，大力地推動了茶葉行業的發展。其中，統計學與計算機科學結合也逐步形成一種新的技術研究熱點。通過計算機軟件將統計方法中復雜難懂的計算過程屏障起來，讓用戶直接看到統計輸出結果與相關解釋。這一技術的發展不僅可使研究人員對茶樹育種過程的記錄分析更加明確，而且對探索茶樹的生長規律，更好地控制茶樹育種遺傳過程有著重要價值。冉登培[13]研究表明，相同地區不同元素以及不同地區相同元素含量都是有差異的，且各元素間存在一定的相關性，以微量元素為指標對不同地區茶葉樣品進行判別是可行的。

礦質元素及生化成分屬于茶樹生長過程中重要的組成部分，本研究應用多總體均值向量檢驗法，并利用SAS軟件對不同地區茶葉中的礦質元素及生化成分進行分析，可為茶葉信息管理系統的建立提供參考依據，對發展茶葉科學具有實用價值和現實意義，可促進茶葉資源信息的集中管理，為茶葉科學工作者和生產者更加全面了解茶樹的特性、優化培育方法提供新的手段。

4 小結

不同地區的春季茶樣中礦質元素、生化成分含量存在一定差異。通過以礦質元素或生化成分含量作為整體，采用多總體均值向量檢驗法對茶葉樣品進行統計分析可在一定程度上區分不同地區的茶葉，為探究區分不同地區茶葉礦質元素或生化成分的信息管理系統的建立提供數據參考。

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