遵義地區不同品種茶樹茶葉呈味物質和礦質元素的含量特征

張紀偉,吳金春,周紹鈞,羅玉航,蘇 杭,李 潔,盧 葉,向麗萍*

(1.遵義市產品質量檢驗檢測院,貴州 遵義563000;2.國家茶及茶制品質量監督檢驗中心,貴州 遵義563000)

0 引言

【研究意義】茶樹的礦質元素含量與茶葉品質有重要聯系,對茶樹的新生代謝和人體健康會產生很大的影響。茶樹在生長過程中吸收土壤中的微量礦質元素維持自身的生理生化功能,因而茶葉含有多種對人體有益的內含物質,如茶多酚、氨基酸、咖啡堿等,具有降血壓、降血糖,預防心血管疾病的生理功能,以及多種中國居民膳食營養需求的礦質元素,其中鉀、鈉、鈣、鎂、鐵等對人體健康具有重要作用[1-2]。因此,研究茶葉品質對于人體健康有重要意義。【前人研究進展】近年來,貴州茶產業迅速發展,培育和引種了大量國家級茶樹良種,其中有福鼎大白、龍井43、金觀音、金牡丹、白葉一號、鳥王種、湄潭苔茶及黔湄系列等多個抗逆性強、嫩梢肥壯、持嫩性和抗病性較強優良品種[3-10]。現階段貴州茶產業相關研究以種質資源、加工技術及化學成分組成等為主,不同的茶樹品種因葉片大小、遺傳基因、光合特性及吸收能力等差異,制成品茶葉在內含物質含量上不同[11-12]。茶葉經過長時間的加工處理后,水分大量流失,部分礦質元素也隨之流失[13]。茶樹內礦質元素含量受遺傳差異的影響,不同品種對礦質元素的需求存在差異,可通過分析礦質元素判別產地及判斷營養礦質元素含量[1,14]。品種是影響茶葉品質重要因素,茶葉滋味中的呈味物質主要是溶于熱水的水浸出物,大量研究表明,茶湯滋味主要是由茶多酚(澀味)、咖啡堿(苦味)和氨基酸(鮮味)產生,茶多酚中對茶湯苦澀味影響最大的是4種表型兒茶素[15-17]。NARUKAWA等[18]利用視覺模擬強度尺度評價滋味強度的研究中發現,EGCG主要為澀、苦味。【研究切入點】遵義地區茶樹品種種類繁多,呈味物質和礦質元素的比較研究尚不深入。【擬解決的關鍵問題】以遵義地區主栽的16個茶樹品種的成熟葉片為原料,研究原料品種中不同呈味物質的礦質元素含量差異,為不同品種茶樹茶葉呈味物質和礦質元素研究、品質評價及加工奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 茶葉 茶樹成熟葉采自湄潭縣(表1),采摘后于70～75℃烘干備用。

表1 不同來源茶樣信息Table 1 Information of tea samples from different source

1.1.2 儀器與試劑 兒茶素(Catechin:C)、表兒茶素(Epicatechin:EC)、表兒茶素沒食子酸酯(Epicatechin gallate:ECG)、表沒食子兒茶素(Epigallocatechin:EGC)、表沒食子兒茶素沒食子酸酯(Epigallocatechin gallate:EGCG)、沒食子兒茶素(Gallocatechin:GC)和咖啡堿(Caffeine:CAF)(HPLC≥99%)均購自上海源葉生物科技有限公司;福林酚、碳酸鈉、沒食子酸、茚三酮、磷酸二氫鉀、磷酸氫二鈉和谷氨酸標品均購自天津市科密歐化學試劑有限公司;多元素混標(GNM-M284917—2013)和內標元素混標(GNM-M061667—2013)由國家有色金屬及電子材料分析測試中心和國標(北京)檢驗認證有限公司進行測試和認證。1260液相色譜系統:美國Agilent公司(美國Agilent1260型液相色譜系統,UV檢測器:Agilent1260 lnfinity DEAAX03450;柱溫箱:Agilent 1260 lnfinity DEACN14720;進樣器:Agilent 1260 lnfinity DEAAC13894;溶劑輸送泵:Agilent1260lnfinityDEAB706828四元泵);Agilent ZORBAX SB-C18色譜柱(4.6 mm×250 mm,5 μm)色譜條件:色譜級乙腈的流動性A相、水的流動性B相;檢測波長280 nm;流速1 mL/min;進樣量6 μL;結束時間36 min;平衡時間6 min。電感耦合等離子體質譜儀iCAP Q購自賽默飛世爾科技公司,微波消解儀(MARS 6)購自培安公司。

1.2 方法

咖啡堿、兒茶素測定參照《茶葉中茶多酚和兒茶素類檢測方法》(GB 8313—2018),游離氨基酸總量測定參照《茶游離氨基酸總量測定》(GB 8314—2013),礦質元素測定按照《食品中多元素的測定》(GB 5009.268—2016)中電感耦合等離子體質譜法(ICP-MS)進行。ICP-MS程序條件如表2、表3所示。

表2 ICP-MS的參數條件Table 2 Parameters of ICP-MS

表3 礦質元素測定時微波消解程序Table 3 Microwave digestion procedure for determination of mineral elements

1.3 數據處理

利用SPSS 21.0對所有數據進行差異顯著分析,使用TBtools對數據進行聚類分析。

2 結果與分析

2.1 不同茶樹品種的呈味物質含量

由表4可知,16個茶樹品種呈味物質含量差異顯著(P<0.05),咖啡堿含量為0.07%～1.75%,黔茶1號含量最高。兒茶素類化合物C、EC、ECG、EGCG、EGC和兒茶素總量分別為0.03%～0.87%(丹桂、中茶108、鳥王17號、貴州紫色茶未檢出)、0.25%～1.45%、0.18%～1.64%、0.06%～3.34%、0.52%～2.21%和1.85%～7.32%。在采集茶樣中,黔湄601的兒茶素總量最高,為7.32%,EGCG含量在所有兒茶素組分中最高。氨基酸影響茶湯的鮮爽味,樣品中含量為1.97%～2.90%,黔湄502含量最高。

2.2 不同茶樹品種的礦質元素含量

由表5可知,不同品種茶樹茶葉各礦質元素含量間差異顯著(P<0.05),K和Ca的含量較高,分別為7 718.00～15 301.33 mg/kg和4 007.33～14 695.67 mg/kg,均在4 000 mg/kg以上,Mn、Mg、P含量分別為1 714.67～6 240.33 mg/kg、1 085.33～2 596.33 mg/kg、1 426.00～3 099.67 mg/kg,Na、Fe、Zn、Cu、Ti含量稍低,Pb含量最低,僅0.46～1.25 mg/kg,明顯低于我國茶葉中Pb含量標準。

表4 不同品種茶樹茶葉呈味物質含量Table 4 Content of flavor components in tea from different tea cultivars %

表5 不同品種茶樹礦質元素含量Table 5 Content of mineral elements in tea from different tea cultivars mg/kg

2.3 不同品種茶樹茶葉呈味物質與礦質元素的聚類樹

由圖1可知,16個品種茶樹茶葉呈味物質共聚為兩大類,每一個大類分為兩小類,第一大類包括黔湄601、湄潭苔茶、金牡丹、金觀音、鳥王17、黔茶1號、黔湄809、福鼎和黃金芽共9個品種,第二大類包括黔湄502、龍井43、黔湄419、丹桂、白葉1號、中茶108和貴州紫色茶共7個茶樹品種。由圖2可見,礦質元素成分的聚類為兩類,第一大類包括金牡丹、金觀音和紫色茶共3個品種,第二大類包括剩余的13個品種茶樣。

圖 1 不同品種茶樹咖啡堿、兒茶素和氨基酸聚類樹Fig.1 The dendrogram of caffeine,catechins and amino acids in different tea cultivars

圖 2 不同品種茶樹礦質元素聚類樹Fig.2 The dendrogram of mineral elements in different tea cultivars

3 討論

研究采集16個種植在遵義地區的茶樹品種,對全部樣品進行呈味物質檢測,并用ICP-MS對11種礦質元素檢測,表明生長環境相同的情況下,不同茶樹品種成熟葉呈味物質及礦質元素含量差異仍顯著。咖啡堿是一種閾值低且重要的呈味物質,自身化學性質很穩定[19],含量為0.07%～1.75%。兒茶素等的含量變化較大,尤其是苦澀味較重酯型兒茶素,酯型兒茶素在茶葉內部發生轉化,其中一部分異構化轉化成了苦澀味較輕的非酯型兒茶素,減輕了茶湯的苦澀味;另一部分與其他物質氧化聚合,生成黃褐色的氧化產物影響成品茶的整體滋味及茶湯的色澤,咖啡堿還與多酚類物質生成絡合物影響湯色和滋味。有4個成熟葉樣品中兒茶素單體C未檢出,原因可能是此次采集的樣品均為成熟的老葉片,而單體兒茶素主要集中在茶樹鮮葉,且80%是酯型兒茶素[20-21]。JIANG等[22]研究發現,不同發育時期的葉片兒茶素總量不同,通常第1葉中含量最高,成年茶樹老葉中,酯型兒茶素和非酯型兒茶素含量均顯著下降。

礦質元素參與茶樹體內生理活動的調節和酶促反應,是維持人體生命活動的重要物質,各礦質元素間含量差異大與不同品種茶樹對土壤中不同礦質元素的富集能力有關。不同礦質元素在茶樹生長的不同環節及制茶工藝中作用不同,且不同礦質元素間也相互影響,如Mn是維持葉綠素結構的必需元素,缺Mn導致葉綠素結構單位不能形成葉片層,影響葉片的光合作用和茶樹體內氨基酸的合成,Zn則在茶樹生長過程參與酶的組成和生長素的合成、蛋白質的轉運,還能促進茶樹對N和P的吸收[23-26]。植物的礦質元素與植物生長環境有緊密聯系,受種植地區的礦質元素含量以及其在植物體內累積程度的影響,故茶樹礦質元素的含量甚至可用作不同種類茶葉產地判別的指標之一[27]。黔湄系列茶樹品種由貴州省湄潭茶葉科學研究所培育、選育,湄潭苔茶原產于貴州湄潭,黔茶1號就是從湄潭苔茶群體種中選育的優良品種,而黔湄601和黔湄502有相同的雜交親本,金牡丹、金觀音、丹桂、中茶108以及龍井43則為引入種植品種,但從呈味物質和礦質元素的聚類看,無明顯分類,說明在相同的生長環境下,來源不同的茶樹品種受到地域環境的影響,茶樹生成的呈味物質和礦質元素含量組成逐漸相近,不能通過聚類分析區分是否為引入品種,呈味物質成分和礦質元素的累積在成熟葉上表現更明顯,在葉片內相互作用的時間更長。但研究材料樣本量有限,選用比較粗老的成熟葉片,檢測成分也僅限于部分呈味物質和礦質元素,了解同一地區不同品種間內含成分的差別,以及對制成茶葉品質的影響,應當加大研究樣本量,選用1芽1～2葉的鮮葉作為研究材料,且增加香氣物質、代謝物及基因組等的研究。

4 結論

對16個品種茶樹茶葉樣品呈味物質和礦質元素進行測定分析,呈味物質和礦質元素在不同品種中差異明顯,其中,黔茶1號的咖啡堿含量最高,為1.75%;黔湄601的兒茶素總量含量最高,為7.32%;黔湄502的游離氨基酸含量最高,為2.90%。礦質元素中K含量最高,為15 301 mg/kg;Pb含量最低,為0.46 mg/kg。當地培育、選育和引入的茶樹品種,在相同環境下生長后,其成熟葉片累積和吸收成分在組成上逐漸相同。