5種茶葉的多指標測定及分析

周利兵，史金萍，盧翠文，蔣才云，藍峻峰

廣西科技師范學院（來賓 546199）

中國是茶的故鄉，在我國茶是不可缺少的綠色飲品。茶已經成為社會生活中不可缺少的飲品。茶，一直在被大眾喜愛和追求，品茶在當今社會越來越受到人們的關注，其不僅可以讓人們靜下來享受生活，還對身體十分有益[1]。

劉瑞娜等[2]基于安徽省茶葉主產區2010—2015年22個氣象站逐日氣象資料、茶樹生育期觀測資料和已有的茶葉生理氣候閾值，提出了由茶葉品質溫度指數、相對濕度指數和日照指數構成的綜合氣候指數（IC）。應用K-均值聚類分析方法，確定了茶葉氣候品質評價等級標準：2015年早春茶和春茶氣候品質等級為1級，晚春茶氣候品質等級為2級，個別站點為3級，夏茶氣候品質等級為3級，秋茶氣候品質等級為2～3級。研究成果可為優化安徽省茶葉生產布局提供科學依據。

劉曉霞[3]對貴州茶葉灰分含量與品質的關系進行了分析。結果表明：貴州茶葉原料較嫩，總灰分含量以5.1%～6.0%最多，遠高于國家標準限量，占茶樣總數的64%以上；水溶性灰分的含量大多在60%～80%，高出國家標準15個百分點以上，占茶樣總數的87%左右。說明，貴州茶葉礦質元素豐富，且有益營養元素多，茶葉品質好。

張玲玲等[4]運用高效液相色譜（high performance liquid chromatography，HPLC）法建立不同品種茶葉的指紋圖譜，將33批茶葉聚類分析，樣品分為3類，即湄潭翠芽、鳳崗鋅硒茶、都勻毛尖、碧螺春、西湖龍井、天柱茶葉及綠寶石聚為一類，大紅袍與鐵觀音茶聚為一類，遵義紅茶聚為一類，該研究為茶葉的質量控制和科學應用提供參考依據。

試驗選擇我國不同地區六堡茶、碧螺春、肉桂茶、紅寶石紅茶、金駿眉五種茶葉作為研究對象，利用氧彈量熱計測定燃燒熱，熱重分析茶葉的燃燒穩定性，脂肪測定儀測定脂肪含量，傳統分析化學滴定方法測定鈣含量，茶葉經灼燒后測定灰分。建立5種茶葉的多指標綜合評價體系，為大規模開發茶葉資源以及茶葉分類研究提供有力的科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料

選取我國不同地區六堡茶、碧螺春、肉桂茶、紅寶石紅茶、金駿眉五種茶葉作為分析樣本，測定茶葉燃燒熱、熱重分析（茶葉的燃燒穩定性）、脂肪、鈣含量、灰分含量。

1.2 茶葉燃燒熱的測定方法

1.2.1 原理

試驗利用氧彈量熱計測定茶樣的恒容燃燒熱。所利用的數據處理公式見式（1）。

式中：m為待測樣品的質量，g；Qv為恒容燃燒熱，J/g；ΔT為燃燒前后溫度的變化值，℃；W卡為熱量計水當量，J/℃；Q點火絲為點火絲的燃燒熱（Q點火絲= 1400.8 J/g）；Δm為點火絲參加燃燒反應的實際質量，g。

1.2.2 儀器和試劑

BH系列燃燒熱測定試驗裝置、氧氣鋼瓶、氧氣表、粉碎機、壓片機、點火絲（鎳鉻絲，長沙長興高教儀器設備公司）；電子天平（型號為FA2004，上海舜宇恒平科學儀器有限公司）；苯甲酸（AR，天津市科密歐化學試劑有限公司）；藥用膠囊。

1.3 熱重分析方法

1.3.1 原理

熱重分析（TG）是在程序控制溫度下，測量物質的質量與溫度的關系的一種技術。微商熱重（DTG）是TG曲線對溫度或時間的一階導數。

1.3.2 儀器

熱重分析儀（德國NETZSCH STA 2500），坩堝。

1.3.3 試驗步驟

進行熱重分析時，取2～7 mg樣品，試驗條件設置：載氣為流量60 mL/min高純氮氣，并在空氣氣氛下，以20 ℃/min的升溫速率下從室溫加熱到600 ℃。為了減小試驗誤差，對每個樣品均進行重復試驗。

1.4 脂肪的測定方法

1.4.1 原理

索氏提取，用重量法測定脂肪含量，即萃取樣品的溶劑抽提后，被測物質脂肪從樣品中提取出來，將其烘干、稱量，進行計算。

1.4.2 儀器和試劑

SE206脂肪測定儀，分析天平，濾紙，100 mL燒杯，干燥箱，石油醚。

1.5 鈣含量的測定方法

1.5.1 原理

鈣與氨羧絡合劑能定量地形成金屬絡合物，其穩定性較鈣與指示劑所形成的絡合物為強。在適當的pH范圍內，以氨羧絡合劑EDTA滴定，在達到計量時，EDTA就與指示劑絡合物中奪取鈣離子，使溶液呈現游離指示劑的顏色（終點）。根據EDTA絡合劑的用量，可計算鈣含量。

1.5.2 儀器和試劑

馬弗爐，電爐，坩堝，電子天平，堿式滴定管，錐形瓶（250 mL），容量瓶（100 mL），20%氫氧化鈉溶液，1∶1三乙醇胺水溶液，鈣紅指示劑（1 g與99 g氯化鈉混勻研磨），鹽酸羥胺（分析純），孔雀石綠指示劑，乙二胺四乙酸二鈉（簡稱EDTA，稱取一定質量加蒸餾水溶解，再取25 mL 0.1 mol/mL鈣標準溶液進行滴定）。

1.6 灰分的測定方法

1.6.1 原理

食品經灼燒后所殘留的無機物稱為灰分。

1.6.2 儀器

馬弗爐，電爐，坩堝，電子天平。

1.7 多指標綜合評價方法

構建我國不同地區六堡茶、碧螺春、肉桂茶、紅寶石紅茶、金駿眉五種茶葉燃燒熱、燃燒性（茶葉的燃燒穩定性）、脂肪含量、鈣含量、灰分的多指標綜合分析的評價方法。

2 結果與分析

2.1 茶葉燃燒熱的測定

2.1.1 水當量W卡的測定與計算

根據上述步驟，繪制苯甲酸燃燒熱測定曲線，重復3次試驗，m苯甲酸的質量分別為0.5748，0.5334和0.5476 g，Δm點火絲的質量分別為0.0045，0.0046和0.0046 g。下面為第一組苯甲酸的燃燒熱測定曲線，如圖1所示。

圖1 苯甲酸燃燒熱ΔT曲線

水當量W卡的計算：由雷諾校正圖1得知ΔT=1.2192 ℃，Q苯甲酸=26460 J/g，代入公式W卡=（m苯甲酸Q苯甲酸+Q點火絲Δm）/ΔT，得到W卡=12479.91 J/ ℃。可知水當量W卡的平均值為12440.47 J/ ℃。

2.1.2 空膠囊燃燒熱的計算

利用空膠囊作為載體可使已經過粉碎的樣品能均勻分散，且不易掉落，確保試驗的成功進行。為了確保試驗的誤差較小，燃燒熱的整個試驗過程應使用同一批藥用膠囊。根據試驗步驟，重復3次試驗，所稱取的膠囊質量分別為0.096，0.0962和0.0964 g，點火絲的質量分別為0.0089，0.0058和0.0063 g。空膠囊的燃燒熱測定曲線如圖2所示。

圖2 空膠囊燃燒熱ΔT曲線

代入公式：Q膠囊m膠囊=W卡ΔT-Q點火絲Δm，可得到Q膠囊=32655.96 J/g。將上述Q膠囊的數值進行計算，所得平均數為29533.427 J/g。

2.1.3 樣品燃燒熱的計算

1) 繪制六堡茶燃燒熱測定曲線，重復3次試驗

六堡茶第一組試驗樣品，雷諾溫度ΔT曲線圖見圖3。點火絲實際參加反應質量Δm點火絲=0.0056 g，樣品質量m六堡茶=0.1084 g，空膠囊質量m膠囊=0.1003 g，ΔT=0.4129 ℃，根據公式得Q六堡茶=19987.29571 J/g。

圖3 六堡茶雷諾溫度ΔT曲線圖

2) 同理，測定碧螺春、肉桂茶、紅寶石紅茶、金駿眉茶燃燒熱，重復3次試驗

根據公式得Q碧螺春=14513.53129 J/g，Q肉桂茶= 10102.22863 J/g，Q紅寶石紅茶=15421.97582 J/g，Q金駿眉= 11521.32189 J/g。

2.1.4 茶葉燃燒熱的結果分析

5種茶葉燃燒熱見表1。由表1可知，六堡茶、碧螺春、肉桂茶、紅寶石紅茶、金駿眉五種茶葉燃燒熱大小順序為六堡茶＞金駿眉＞紅寶石紅茶＞碧螺春＞肉桂茶。

表1 茶葉燃燒熱（n=3）

2.2 熱重分析

2.2.1 熱重分析結果

1) 六堡茶熱重分析

由圖4可知，當溫度上升到49.1 ℃時，六堡茶開始分解，隨著溫度的不斷升高，六堡茶的DTG曲線呈現出兩個峰，峰形的拐點分別為90.1 ℃和312.2 ℃，失重率分別為7.63%和29.86%。六堡茶的DTA曲線呈現出2個明顯的吸熱峰，峰形的拐點分別為103.8 ℃和239.5 ℃，當溫度高于283 ℃時，DTA曲線改變很小。

圖4 六堡茶的熱重（TG%）曲線和微商熱重（DTG）曲線

2) 碧螺春熱重分析

由圖5可知，當溫度上升到51.6 ℃時，碧螺春開始分解，隨著溫度的不斷升高，碧螺春的DTG曲線呈現出兩個峰，峰形的拐點分別為98.1 ℃和322.2 ℃，失重率分別為5.84%和52.52%。碧螺春的DTA曲線呈現出2個明顯的吸熱峰，峰形的拐點分別為218 ℃和321 ℃，當溫度高于361.9 ℃時，DTA曲線改變很小。

圖5 碧螺春的熱重（TG%）曲線和微商熱重（DTG）曲線

3) 肉桂茶熱重分析

由圖6可知，當溫度上升到45.1 ℃時，肉桂茶開始分解，隨著溫度的不斷升高，肉桂茶的DTG曲線呈現出兩個峰，峰形的拐點分別為94.6 ℃和328.8 ℃，失重率分別為6.29%和39.36%。肉桂茶的DTA曲線呈現出1個明顯的吸熱峰，峰形的拐點為112.6 ℃，當溫度高于174. 1 ℃時，DTA曲線改變很小。

圖6 肉桂茶的熱重（TG%）曲線和微商熱重（DTG）曲線

4) 紅寶石紅茶熱重分析

由圖7可知，當溫度上升到38.7 ℃時，紅寶石紅茶開始分解，隨著溫度的不斷升高，紅寶石紅茶的DTG曲線呈現出兩個峰，峰形的拐點分別為91.7 ℃和326.2 ℃，失重率分別為9.17%和43.54%。紅寶石紅茶的DTA曲線呈現出2個明顯的吸熱峰，峰形的拐點分別為111.4 ℃和239 ℃，當溫度高于274.8 ℃時，DTA曲線改變很小。

圖7 紅寶石紅茶的熱重（TG%）曲線和微商熱重（DTG）曲線

5) 金駿眉熱重分析

由圖8可知，當溫度上升到40.1 ℃時，金駿眉開始分解，隨著溫度的不斷升高，金駿眉的DTG曲線呈現出兩個峰，峰形的拐點分別為111 ℃和329.2 ℃，失重百分比分別為7.14%和38.62%。金駿眉的DTA曲線呈現出2個明顯的吸熱峰，峰形的拐點分別為229.2 ℃和335.2 ℃，當溫度高于365.3 ℃時，DTA曲線改變很小。

圖8 金駿眉的熱重（TG%）曲線和微商熱重（DTG）曲線

2.2.2 分析

熱重則是通過熱重分析儀研究茶葉顆粒在不同升溫速率中的燃燒特性指數，以判斷茶葉的燃燒穩定性。胡海清等[5]根據主成分分析法得到7種喬木樹種的燃燒性排序。試驗根據熵的特性，通過計算熵值來判斷一個事件的隨機性及無序程度，用熵值來判斷某個指標的離散程度，指標的離散程度越大，說明該指標對綜合評價的影響（權重）越大，其熵值越小。

采用加權求和公式計算樣本的評價值，綜合得分F越大，樣本效果越好。最終比較所有的F值，即得出評價結論。采用Excel計算，六堡茶、碧螺春、肉桂茶、紅寶石紅茶、金駿眉五種茶葉的F值分別為0.4090，0.4424，0.4649，0.5319和0.6240，排序為金駿眉＞紅寶石紅茶＞肉桂茶＞碧螺春＞六堡茶。

2.3 脂肪、鈣含量、灰分的測定

2.3.1 脂肪、鈣含量、灰分的測定結果

5種茶葉脂肪、鈣、灰分的測定結果見表2。

表2 脂肪、鈣、灰分的測定結果（n=3，CV%＜0.20%）單位：%

2.3.2 脂肪、鈣含量、灰分的結果分析

由表2可知，六堡茶、碧螺春、肉桂茶、紅寶石紅茶、金駿眉五種茶葉脂肪含量大小順序為碧螺春＞六堡茶＞金駿眉＞紅寶石紅茶＞肉桂茶。鈣含量大小順序為肉桂茶＞紅寶石紅茶＞碧螺春＞金駿眉＞六堡茶。灰分含量大小順序為六堡茶＞碧螺春＞金駿眉＞紅寶石紅茶＞肉桂茶。

3 討論

3.1 多指標分析綜合評價方法

灰色模式識別是灰色計量學中最常用的方法之一，是求各個方案與由最佳指標組成的理想方案的關聯系數，由關聯系數得到關聯度，再按關聯度的大小進行排序，得出結論。根據文獻[6-7]，構建我國不同地區六堡茶、碧螺春、肉桂茶、紅寶石紅茶、金駿眉五種茶葉多指標燃燒熱、燃燒性（茶葉的燃燒穩定性）、脂肪含量、鈣和灰分含量多指標分析綜合評價方法，計算得到五種茶葉關聯度為0.8616，0.7985，0.7679，0.7956和0.7795。

3.2 灰色系統聚類分析

灰色系統聚類分析是在樣品諸多性質的基礎上，按照樣品性質的親疏程度進行分類，所有的個案歸類在不同的類中，使同一類中個體有較大的相似性，不同類中個體有較大的差異。根據文獻[8]，按順序作圖得圖9。灰色系統聚類分析樹圖見圖9。

由圖9可見，根據灰色系統聚類分析結果，把不同產地六堡茶、碧螺春、肉桂茶、紅寶石紅茶、金駿眉五種茶葉分為兩大類，六堡茶為一類，碧螺春、紅寶石紅茶、金駿眉、肉桂茶為一類。六堡茶質量最好。

圖9 灰色系統聚類分析的樹形圖

4 結論

由多指標分析綜合評價結果可知，我國不同地區六堡茶、碧螺春、肉桂茶、紅寶石紅茶、金駿眉五種茶葉多指標燃燒熱、燃燒性（茶葉的燃燒穩定性）、脂肪含量、鈣和灰分含量的綜合評價為六堡茶＞碧螺春＞紅寶石紅茶＞金駿眉＞肉桂茶。根據不同產地茶葉質量優劣的綜合評價結果，六堡茶質量最好。通過灰色系統聚類分析可以尋找不同產地茶葉間的性質的相類程度及親緣關系，可以幫助研究人員更好地研究茶葉分類。