不同稀土含量水平茶叶中稀土浸出率研究

杨秀芳 孔俊豪*赵玉香 陈水潮

（1.中华全国供销合作总社杭州茶叶研究院，浙江杭州 310016；2.安溪铁观音研究院，福建安溪 362400）

不同稀土含量水平茶叶中稀土浸出率研究

杨秀芳1孔俊豪1*赵玉香1陈水潮2

（1.中华全国供销合作总社杭州茶叶研究院，浙江杭州 310016；2.安溪铁观音研究院，福建安溪 362400）

选取不同稀土含量水平（不超标、中度超标、严重超标）的三种典型茶叶样品开展稀土浸出率实验和浸出安全性研究，采用间接定量法系统考察了茶叶在不同浸提条件下稀土元素的溶出率，并对茶汤中稀土的摄食安全性进行了评价预测。结果表明：受试茶样在不同浸出条件下，稀土元素（以氧化物总量计）的总浸出率均在20%以内，依据ADI参考值，仍处于低暴露水平，因此，稀土含量水平适度偏高的茶样在泡饮过程中尚不足以引起膳食安全性问题。

茶叶 稀土超标 浸出率 安全性

环境中稀土元素通过累积和迁移进入植物性食物。低剂量稀土（0.05mg/kg）被视为人体微量元素的有益补充[1-2]，但膳食中摄食过量会危害人们健康。国家标准GB 2762-2005《食品中污染物限量》对茶叶中的稀土总量做了限量规定，要求镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钐(Sm)等五种稀土元素的氧化物总量不得高于2.0mg/kg。自该标准发布实施以来，产品质量监管部门、茶叶生产企业和经销企业、科研人员等对茶叶稀土项目非常关注，个别茶类稀土总量超标问题一度成为困扰茶叶正常生产、加工、贸易和销售的热点、难点。笔者从2005年开始关注茶叶中稀土的检测方法，从2007年开始关注茶叶稀土超标问题并启动相关研究。根据前期研究发现，个别茶类存在稀土超标问题；茶叶稀土含量与茶树鲜叶原料老嫩度关系密切，茶树通过根茎吸收稀土元素并在叶片、芽梢等部位积累，叶龄愈长，其富集量愈大[3]；个别茶叶的高稀土含量与茶园土壤的高稀土含量有关。

茶叶标准中现行稀土指标是否合理？人们每天在正常泡饮茶汤过程中有多少稀土可溶入茶汤？对人体的健康是否造成威胁？在对我国不同茶类进行茶叶稀土超标率、超标严重性和超标原因研究的基础上，本部分研究系统考察了原料成熟度较高的茶叶在不同浸提条件下茶汤中稀土的浸出率，以期客观揭示稀土元素在茶汤中的浸出率，评估其膳食安全性，引导消费者科学饮茶、理性饮茶、放心饮茶，同时对现行茶叶稀土指标的修订提出合理化建议。本研究对不同稀土含量水平的易超标茶样开展浸出率实验，采用间接定量法对其溶出情况进行了比较研究，并针对稀土元素溶出量，进行了人体摄入安全性的初步评价。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

本实验所用茶样均取自同一茶叶主产区，为2009年秋茶加工的成品样。

硝酸水溶液（v/v）：1:1；30%过氧化氢溶液；稀土标准溶液：镧(La)，铈(Ce)，镨(Pr)，钕(Nd)，钐(Sm)单元素标准溶液 （国家有色金属及电子材料分析测试中心），浓度均为1mg/mL。硝酸、双氧水分别为国产优级纯、分析纯。

将五种稀土单元素标准溶液配成混合标准工作液，各元素含量依次为 0.0、5.0、10.0、20.0、50.0、100.0ng/mL。

1.2 主要仪器

Genesis电感耦合等离子体发射光谱仪（德国斯派克公司），箱式电阻炉 （杭州蓝天化验仪器厂），DK-S26数显恒温水浴锅 （上海精宏实验设备有限公司），AL204电子天平（梅特勒-托利多仪器有限公司）。

1.3 实验方法

1.3.1 茶叶中稀土总量测定

电感耦合等离子体发射光谱法（GB/T 23199-2008）测定茶叶中镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钐(Sm)等五种稀土元素的含量，同时根据1.4计算方法计算稀土总量C0（mg/kg，相对量）。同一样品平行测定。

1.3.2 不同冲泡次数下茶汤中稀土浸出率测定

分别称取干茶样品2g（精确至0.001g），于110mL审评杯中，同一样品各称取五份。用110mL沸去离子水冲泡1次 （1min，即冲泡时间为1min），2次 （1min+3min，即冲泡时间为第 1次1min、第 2 次 3min），3 次（1min+3min+5min），4 次（1min+3min+5min+7min），5 次（1min+3min+5min+7min+10min），每次冲泡后将茶汤沥掉，直接将茶渣转移入坩埚供稀土测定或留茶渣继续冲泡。其余步骤同1.3.1，分别测定茶渣中的稀土总量Mn(μg，绝对量)，则各次冲泡稀土浸出率(%)=(C0×m0-Mn)×100/(C0×m0)， 其中 m0为实际干茶质量(g)，C0为干茶稀土总量(mg/kg)，n为冲泡次数。

1.3.3 不同浸提条件下茶汤中稀土浸出率测定

分别称取磨碎茶样2g（精确至0.001g），于500mL锥形瓶中，取样质量记作m0。在不同浸提条件下用300mL一定温度的水（除茶水比试验用水量例外）浸提完毕后趁热减压过滤，用约150mL沸蒸馏水洗涤茶渣数次后将茶渣移入坩埚，其余步骤按1.3.1进行，分别测定茶渣中的稀土总量M(μg，绝对量)。 稀土浸出率(%)=(C0×m0-M)×100/(C0×m0)，其中m0为实际干茶质量，C0为茶叶稀土总量(mg/kg)。同一样品平行测定。

浸提条件包括：不同浸提温度试验 （80℃、90℃和100℃下分别浸提45min）；不同浸提时间试验 （100℃水温下分别浸提 1min、3min、5min、7min、10min和 45min）；不同茶水比试验（分别用44mL、100mL、200mL100℃水各浸提 45min （茶水比依次为：1:22、1:50、1:100）。 对干茶原样同步进行100℃水温条件下浸提45min的比较试验。

1.4 数据处理

用ICP法测定五种稀土元素的含量，经系数转化后得到各元素的氧化物含量，累加后得到五种稀土元素的氧化物总量。五种稀土元素换算成氧化物时的系数K分别为：La2O3:La=1.17，CeO2:Ce=1.23，Pr6O11:Pr=1.21，Nd2O3:Nd=1.17，Sm2O3:Sm=1.16。其中各氧化物的计算公式如下。

式中Xi—样品中第i个稀土元素含量(mg/kg)；Ci—样品消化液中第 i个稀土元素含量(μg/mL)；Ci0—空白液中第 i个稀土元素含量(μg/mL)；V—消化液的定容体积(mL)；Ki—第i个稀土元素换算成其氧化物时的系数；m0—样品质量(g)。

稀土总量C0(mg/kg)=∑Xi

2 结果与分析

2.1 浸出率实验样品的选择和稀土含量水平分析

轻稀土元素（La、Ce、Pr、Nd、Sm）是茶叶中普遍存在的微量成分之一，主要存在于细胞壁中，在植物体内不易透过细胞膜[2]。在前期大量茶叶样品稀土总量研究的基础上，在易超标茶类中初选出三种稀土含量水平不同的茶样进行稀土浸出率实验，其中样品T1的稀土总量为1.5mg/kg，满足GB 2762-2005国家标准要求（≤2mg/kg）；样品T2的稀土总量为4.6mg/kg，是限量要求的2.3倍；样品T3的稀土总量为10.5mg/kg，超过限量要求4倍多。选取这三种不同稀土含量水平的茶叶样品进行后续实验研究。

2.2 不同冲泡次数对茶叶稀土溶出率的影响研究

为了解不同稀土含量水平的茶样在连续冲泡过程中稀土实际浸出量的多少，笔者模拟茶叶泡饮方式对茶叶中的稀土浸出规律进行了动态研究，结果见表1。三类茶样分别经过1～5次的冲泡处理，不同水平稀土含量茶样的稀土总浸出率均低于20%，说明大部分稀土元素经过冲泡后仍残留在茶渣中，通过饮茶进入人体的稀土含量极其微量。

2.3 不同浸提条件下茶叶稀土浸出率的统计分析

针对代表不同稀土含量水平的三种茶样，笔者采用原茶样或磨碎茶样，在不同茶水比、浸提温度、冲泡时间和冲泡次数条件下开展了稀土浸出率的系统研究，结果见表1，共进行了51次浸出率实验（平行实验不进行重复计量），得到51个茶汤稀土氧化物浸出率结果，并对浸出率结果进行了统计分析，见图1。

表1 系列浸提条件下稀土元素浸出情况Table1 Rare earth elements leaching rates under different series brewing process

图1 不同冲泡（浸提）条件下稀土氧化物浸出率统计Fig.1 Statistics of rare earth element leaching rates under various infusing conditions

由表1和图1可知，不同稀土含量的茶叶在不同浸提方式下，进入到茶汤中的稀土总量平均值为7.2%，最大值为17%，最小值为0，均低于20%，其中有45%（共23次）的浸提实验其稀土氧化物浸出率低于5%，92%（合计47次）的浸提实验其稀土氧化物浸出率低于15%，整体来看，茶叶中稀土浸出率仍处于较低水平。

3 讨论

3.1 茶汤中稀土浸出率讨论

轻稀土元素中的镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)，理论上具有热水溶性，但其稀土氧化物多与大分子物质如植物碳水化合物、蛋白质等结合，以缔合态存在细胞壁及细胞器中[5-7]。相关研究表明，茶叶中四分之三以上的稀土元素不溶于热水而残存在茶渣中，而茶渣中的稀土元素约有16%是以与α-纤维素结合形式存在的[8]，浸出难度较高。

笔者依据前期代表不同稀土水平的茶样浸出率实验结果进行聚类统计，发现历次浸提实验稀土氧化物总浸出率不足20%。为进一步探究其溶出特性，将原茶样及磨碎样分别以长时沸水浸提，稀土氧化物浸出率也在20%以内。因微量稀土元素在茶叶中存在状态的特殊性和复杂性，考虑实验误差存在的客观性和允许性，总结51次不同条件下的浸提实验，稀土氧化物总浸出量和浸出率仍处于较低水平，表明正常泡饮方式对其溶出量的影响相当有限，与学界有关研究互为佐证[9-10]。

3.2 饮茶摄入稀土总量安全性的讨论

茶叶质量安全攸关消费者身体健康，成品茶中稀土含量水平受原料叶富集和转移效应影响，许多研究结果表明，茶叶中稀土含量因茶类和产地不同而有较大差异，个别茶类稀土合格率相对不容乐观[11-14]，许多学者和企业方对于GB 2762-2005《食品中污染物限量》有关茶叶与其它食品等量齐观，持不同见解[8,12]。本研究结果亦表明，正常冲泡过程中，70%以上的稀土氧化物残存于茶渣中，不同于其它植物性食品，一般消费者是不会食用茶渣的。因当前国内尚无稀土元素在饮用水中的卫生标准，笔者就茶叶稀土的饮食摄入安全性进行了评估。稀土的毒理学研究表明日允许摄入量（ADI）为 4.2mg/d[15]，根据科学膳食结构，成人正常每日摄入食物量在1.0kg～1.5kg之间，假若茶叶占全天摄食贡献度的1%，按日冲饮15g干茶计算，茶样T1自然不存在安全问题；饮用茶叶T2，达到0.042mg/d，茶叶T2中稀土浸出率需达到60%；若饮用茶叶T3，则茶汤中稀土浸出率达26%以上方可认为存在饮用安全性的问题，在整体实验结果中（包括粉碎样长时间高温浸提）不存在上述例证，因此即使稀土含量超出现有限量标准（GB 2762-2005）4倍，其在正常饮用过程中也是安全的。

3.3 对国家标准中茶叶稀土总量指标修订的建议

当前，GB 2762-2005《食品中污染物限量》国家标准已于2010年8月启动修订程序，针对茶叶行业实际情况以及茶叶产品饮用的特殊性，修订稿的征求意见中已将茶叶中稀土元素限量指标去掉。但经过半年多的等待，正式修订后的标准仍未出台，业界也在密切关注该标准的动态。基于茶叶中稀土元素存在状况和茶叶稀土浸出率实验结果，笔者建议：(1)取消GB 2762-2005《食品中污染物限量》中茶叶稀土限量指标；(2)若茶叶稀土指标取消实在有困难，建议制定更为科学、合理、有利于行业健康发展又能保证消费者健康的稀土指标，基于前期研究基础和茶叶消费习惯，建议将茶叶中稀土限量指标放宽到10mg/kg。

[1]郑伟.国家自然科学基金重大项目“稀土农用的环境化学行为及生态、毒理效应”取得重大进展[J].稀土信息,2002,(11):2-6.

[2]李磊,谢明勇,孙振华.保健食品青钱柳中稀土元素的组成及溶出特性[J].中国畜产与食品,2007,(3):101-102.

[3]杨秀芳,徐建峰,翁昆,等.茶树成熟新梢不同部位元素含量研究[J].中国茶叶加工,2008,(3):18-20.

[4]刘帅帅,李烨,王旻.国内对茶叶中稀土元素的研究进展[J].茶叶通讯,2010,37(4):18-21.

[5]汪东风,李俊,王常红,等.茶叶中稀土元素结合多糖的结构特征及某些生物活性[J].2004,4(2):12-18.

[6]张智勇,王玉琦,李福亮,等.中子活化法研究叶绿体中的稀土元素[J].北京大学学报(自然科学版),2001,37(2):173-175.

[7]ShiMing Ding,Tao Liang,ChaoSheng Zhang,et al.Accumulation and fractionation of rare earth elements(REEs)in wheat:controlled by phosphate precipitation cell wall absorption and solution complexation[J].Journal of Experimental Botany,2005,56(420):2765-2775.

[8]汪东风,赵贵文,叶盛.茶叶中稀土元素的组成及存在状态[J].茶叶科学,1999,19(1):41-46.

[9]林锻炼.乌龙茶生产过程中稀土质量安全初探[J].标准科学,2010,(4):50-52.

[10]石元值,韩文炎,马立锋,等.茶叶中稀土氧化物总量现状及其溶出特性研究[J].茶叶科学,2011,31(4):349-354.

[11]周卫龙,许凌,徐建峰,等.SPECTRO原子发射光谱仪(ICP)测定茶叶中稀土总量[J].中国茶叶加工,2008,(4):43-45.

[12]许凌,周卫龙,徐建峰,等.茶叶中稀土元素含量的测定[J].中国茶叶加工,2008,(1):45-46.

[13]宁蓬勃,龚春梅,张彦明,等.应用ICP-AES法研究云南普洱茶稀土含量[J].光谱学与光谱分析,2010,30(10):2830-2833.

[14]胡书玉,林长虹,黎绍学,等.茶叶中稀土污染调查研究[J].广东化工,2011,38(4):83-84,87.

[15]朱为方,徐素琴.赣南稀土区生物效应研究-稀土日允许摄入量[J].中国环境科学,1997,17(1):63-66.

Study on Rare-Earth Oxides Leaching Rate of Tea Samples Differed by Content Levels

YANG Xiu-fang1,KONG Jun-hao1*,ZHAO Yu-xiang1,CHEN Shui-chao2
(1.Hangzhou Tea Research Institute,CHINA COOP,Hangzhou,310016,China;2.Anxi Tieh-Kuan-Yin Research Institute,Anxi,362400,China)

Typical tea samples representing current levels(under the standard scope,moderate and beyond the standard greatly)of rare earth elements in tea were picked out to carry out experiments of leaching and security studies,and indirect quantitative method was used to calculate the leaching rates and dissolution of rare earth oxides accurately under different infusing conditions including brewing,the security of rare earth oxides in the tea brew was evaluated on dietary risk accordingly.Results of all previous showed that dissolved rare earth oxides (REOs)in test samples digesting in the brew were less than 20%of the total REOs.According to ADI reference value,the above limited leaching rates of REOs were at a low level of exposure，so it could be said that REOs in tea by given an appropriate higher level could not cause safety issue on dietary reliability during tea brewing process.

Tea,Rare earth element,Leaching rate,Security

2011-10-09

“十二五”农村领域国家科技支撑计划课题“茶叶质量安全控制关键技术研究与示范”（2011BAD01B02-1）

杨秀芳（1971-），女，浙江余姚人，副研究员，主要从事茶叶品质化学、质量安全、标准化与茶叶生物化学研究。

*通讯作者：kjh02016110@126.com