湖北不同地區綠茶中兒茶素與咖啡因含量比較

金鈺+周有祥+胡定金+趙明明

摘要：通過高效液相色譜法分析81份來自湖北不同地區茶葉樣品中的特征峰，外標法計算兒茶素含量，建立數據庫。利用主成分分析法和貝葉斯判別分析方法找到6個地區綠茶間兒茶素與咖啡因含量的差別。結果表明，通過主成分分析，提取出兩個主成分，累計貢獻率為62.5%，區分效果不理想；采用貝葉斯判別分析，對恩施地區的茶葉判別正確率達90.0%，對湖北茶葉有一定的區分效果。

關鍵詞：茶葉；兒茶素；咖啡因；主成分分析；貝葉斯判別分析

中圖分類號：TS272；Q946.84+1；O212.4 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2017）23-4588-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.23.043

Abstract： The contents of characteristic peaks in 81 green tea samples from different areas in Hubei province were measured by high-performance liquid chromatography（HPLC）. Then external standard method were used to calculate catechins contents to establish the database. The different contents of catechins and CAF from 6 areas of Hubei were analyzed by principal component analysis（PCA） and bayes discriminant analysis. The results showed that 2PCs could be extracted by PCA， the cumulative contribution rate was 62.5%， but the distinguish effect was not ideal. Using bayes discriminant analysis， discriminant accuracy of Enshi tea was 90.0%， and the differentiation of hubei tea had certain effect.

Key words： tea； catechins； caffeine； principal component analysis； bayes discriminant analysis

綠茶是中國消費的主要茶類，品類繁多，特征各異。而湖北省是“茶圣”陸羽的故鄉，產茶歷史悠久，茶區生態環境優越，茶文化底蘊深厚。近年來，湖北省已經擁有了武當道茶、蕭氏茗茶、鶴峰翠泉茶、英山云霧茶、大悟綠茶等知名品牌茶，在全國茶葉產業中占有重要地位。茶葉干物質主要有蛋白質、糖類、多酚類、脂類、生物堿、氨基酸等[1-4]，生物堿咖啡因（Caffeine）含量最多，多酚類物質主要由兒茶素組成，包括表沒食子兒茶素（Epigallocatechin，EGC）、兒茶素（Catechin，C）、表沒食子兒茶素沒食子酸酯（Epigallocatechin gallate，EGCG）、表兒茶素（Epicatechin，EC）、表兒茶素沒食子酸酯（Epicatechin gallate，ECG）、沒食子兒茶素沒食子酸酯（Gallocatechin gallate，GCG）、兒茶素沒食子酸酯（Catechin Gallate，CG）、沒食子兒茶素（Gallocatechin、GC）[5，6]。目前，已有多種分析方法應用于鑒定不同地區的茶葉品種，主要有近紅外光譜分析法[7]、高效液相色譜法[8，9]、氣相色譜法、氣象色譜-質譜聯用法[10]。本研究以茶葉中的特征化學成分，主要是茶多酚與咖啡因為研究對象，通過高效液相色譜方法分析來自湖北不同地區的綠茶樣品，再利用統計學技術，以期建立湖北綠茶產地溯源的方法。

1 材料與方法

1.1 材料

共采集81個綠茶樣品，采自湖北省恩施（11個）、黃岡（10個）、宜昌（20個）、鶴峰（13個）、赤壁（6個）、通城（21個）等地區，粉碎后過20目篩，4 ℃下密封保存。表沒食子兒茶素沒食子酸酯（EGCG）、表兒茶素沒食子酸酯（ECG）、表沒食子酸兒茶素（EGC）、表兒茶素（EC）、兒茶素（C）和咖啡因（CAF）、沒食子兒茶素沒食子酸酯（GCG）、兒茶素沒食子酸酯（CG）、沒食子兒茶素（GC）購自Sigma公司（USA）。

1.2 儀器與試劑

離心機、Waters 2695-2998 HPLC系統（美國，Waters公司）；甲醇、磷酸等試劑。

1.3 方法

1.3.1 樣品測定 稱取0.05 g左右的茶葉干樣于10 mL離心管中，按照樣品序號編號，加入5 mL 80 ℃水，于振蕩儀上振蕩混勻，后放入80 ℃水浴10 min，于3 000 r/min離心10 min后上清液置于4 mL離心管中，將所得上清液過0.22 μm濾膜，進入高效液相色譜（HPLC）系統進行分析。

1.3.2 標準溶液配制 精確稱量EGCG、ECG、EGC、EC、GCG、CG、GC、C和CAF，溶于70%甲醇溶液中，濃度約為100 μg/mL。

1.3.3 色譜條件 色譜柱為Inertsil ODS-4 C18 反相色譜柱（4.6 mm×250 mm，5 μm），柱溫30 ℃，流速0.8 mL/min，檢測波長為278 nm，流動相A為4.5%（V/V）的磷酸溶液，流動相B為甲醇，D為去離子水。流動相梯度變化見表1。

1.4 數據處理

樣品經HPLC分析得到21個特征峰，通過標準品確認其中9個峰為GC、EGC、C、EGCG、CAF、EC、GCG、ECG和CG，通過外標法計算含量，后采用SIMCA-P軟件和R studio軟件進行樣品的主成分分析和貝葉斯判別分析。

2 結果與分析

2.1 色譜條件

為了比較不同提取方法和提取溶劑的優劣，試驗中以去離子水、50%甲醇、50%乙醇、50%乙腈為提取溶劑，超聲15 min；同時以1∶100的茶水在80 ℃下水浴10 min。結果顯示水浴方法提取效率（第一次提取約70%）要比其他方法更好，檢測波長為278 nm的標樣色譜見圖1。

通過外標法計算兒茶素含量，公式為：

P=■

其中，P為樣品內含物的含量（mg/g），C0為樣品內含物的濃度，S0和S1分別為標樣和樣品的峰面積，V1為樣品定容體積，M0為樣品稱樣量。其平均值和標準差結果見表2。

2.2 主成分分析

根據表2中的分析結果，將不同地區的數據導入SIMCA-P 11.5分析，結果見圖2和圖3，累計貢獻率為62.5%，第一主成分解釋了38.0%的變量，第二主成分解釋了24.5%的變量。結合圖3可以看出，第一主成分上，EGC和ECG是主要影響因子；第二主成分上EC、GCG和CAF起主要作用。宜昌、鶴峰地區的茶葉樣品在GC含量上要高于其他地區；赤壁市的茶葉樣品中GCG的含量相對較高。但是PCA未能較好的區分湖北不同地區的綠茶，因此將數據導入R studio軟件進一步分析。

2.3 貝葉斯判別分析

利用R-3.3.1軟件對湖北省六個地區茶葉的兒茶素含量做貝葉斯判別分析，得到圖4和表3的分析結果。如圖4所示，恩施和通城地區的茶葉與其他地區的茶葉之間有較好的判別分離效果，而鶴峰、黃岡、宜昌以及赤壁地區的茶葉樣品誤判較多，同時有大量交叉，區分效果不理想。由表3可知，恩施地區茶葉的判別正確率高達90.0%，區分效果十分理想，由于恩施屬于高山地區，海拔較高，以及恩施地區特有的土壤環境導致了恩施茶葉的特異性。赤壁、鶴峰、黃岡、通城、宜昌地區的茶葉判別正確率分別是54.5%、55.0%、84.6%、66.7%、4.8%，其中宜昌地區的茶葉樣品大量被誤判為鶴峰、黃岡以及通城地區的茶葉樣品，可能原因是宜昌地區的土壤、氣候等條件與這3個地區相似，并且這幾個地區之間茶葉的流通性較大，導致了這幾個地區茶葉難以區分，大量的宜昌茶葉被誤判。

3 小結與討論

已有試驗發現綠茶中有多種特征物質，其中茶多酚是綠茶中多酚類物質的總稱，以兒茶素為主的黃烷醇類化合物占茶多酚總量的60%～80%。本試驗以兒茶素與咖啡因為研究對象，通過高效液相色譜方法分析來自湖北不同地區的綠茶樣品，比較了主成分分析法與貝葉斯判別分析法在區分湖北茶葉產地上的有效性。結果表明，主成分分析法無法區分來自湖北不同地區的茶葉，貝葉斯判別分析法對恩施地區茶葉的判別正確率高達90.0%，對宜昌茶葉的誤判率最高，對湖北茶葉有一定的區分效果。由于此次采樣品種太多太繁雜，茶葉品種、產地、海拔、氣候等數據不全，無法準確解釋試驗結果。因此，后續試驗需要重點收集茶葉產地的具體信息（品種、海拔、溫度、降水量等），在此基礎上結合統計學方法以研究湖北不同地區茶葉的差異。

參考文獻：

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