遵义地区不同品种茶树茶叶呈味物质和矿质元素的含量特征

张纪伟,吴金春,周绍钧,罗玉航,苏 杭,李 洁,卢 叶,向丽萍*

(1.遵义市产品质量检验检测院,贵州 遵义563000;2.国家茶及茶制品质量监督检验中心,贵州 遵义563000)

0 引言

【研究意义】茶树的矿质元素含量与茶叶品质有重要联系,对茶树的新生代谢和人体健康会产生很大的影响。茶树在生长过程中吸收土壤中的微量矿质元素维持自身的生理生化功能,因而茶叶含有多种对人体有益的内含物质,如茶多酚、氨基酸、咖啡碱等,具有降血压、降血糖,预防心血管疾病的生理功能,以及多种中国居民膳食营养需求的矿质元素,其中钾、钠、钙、镁、铁等对人体健康具有重要作用[1-2]。因此,研究茶叶品质对于人体健康有重要意义。【前人研究进展】近年来,贵州茶产业迅速发展,培育和引种了大量国家级茶树良种,其中有福鼎大白、龙井43、金观音、金牡丹、白叶一号、鸟王种、湄潭苔茶及黔湄系列等多个抗逆性强、嫩梢肥壮、持嫩性和抗病性较强优良品种[3-10]。现阶段贵州茶产业相关研究以种质资源、加工技术及化学成分组成等为主,不同的茶树品种因叶片大小、遗传基因、光合特性及吸收能力等差异,制成品茶叶在内含物质含量上不同[11-12]。茶叶经过长时间的加工处理后,水分大量流失,部分矿质元素也随之流失[13]。茶树内矿质元素含量受遗传差异的影响,不同品种对矿质元素的需求存在差异,可通过分析矿质元素判别产地及判断营养矿质元素含量[1,14]。品种是影响茶叶品质重要因素,茶叶滋味中的呈味物质主要是溶于热水的水浸出物,大量研究表明,茶汤滋味主要是由茶多酚(涩味)、咖啡碱(苦味)和氨基酸(鲜味)产生,茶多酚中对茶汤苦涩味影响最大的是4种表型儿茶素[15-17]。NARUKAWA等[18]利用视觉模拟强度尺度评价滋味强度的研究中发现,EGCG主要为涩、苦味。【研究切入点】遵义地区茶树品种种类繁多,呈味物质和矿质元素的比较研究尚不深入。【拟解决的关键问题】以遵义地区主栽的16个茶树品种的成熟叶片为原料,研究原料品种中不同呈味物质的矿质元素含量差异,为不同品种茶树茶叶呈味物质和矿质元素研究、品质评价及加工奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 茶叶 茶树成熟叶采自湄潭县(表1),采摘后于70～75℃烘干备用。

表1 不同来源茶样信息Table 1 Information of tea samples from different source

1.1.2 仪器与试剂 儿茶素(Catechin:C)、表儿茶素(Epicatechin:EC)、表儿茶素没食子酸酯(Epicatechin gallate:ECG)、表没食子儿茶素(Epigallocatechin:EGC)、表没食子儿茶素没食子酸酯(Epigallocatechin gallate:EGCG)、没食子儿茶素(Gallocatechin:GC)和咖啡碱(Caffeine:CAF)(HPLC≥99%)均购自上海源叶生物科技有限公司;福林酚、碳酸钠、没食子酸、茚三酮、磷酸二氢钾、磷酸氢二钠和谷氨酸标品均购自天津市科密欧化学试剂有限公司;多元素混标(GNM-M284917—2013)和内标元素混标(GNM-M061667—2013)由国家有色金属及电子材料分析测试中心和国标(北京)检验认证有限公司进行测试和认证。1260液相色谱系统:美国Agilent公司(美国Agilent1260型液相色谱系统,UV检测器:Agilent1260 lnfinity DEAAX03450;柱温箱:Agilent 1260 lnfinity DEACN14720;进样器:Agilent 1260 lnfinity DEAAC13894;溶剂输送泵:Agilent1260lnfinityDEAB706828四元泵);Agilent ZORBAX SB-C18色谱柱(4.6 mm×250 mm,5 μm)色谱条件:色谱级乙腈的流动性A相、水的流动性B相;检测波长280 nm;流速1 mL/min;进样量6 μL;结束时间36 min;平衡时间6 min。电感耦合等离子体质谱仪iCAP Q购自赛默飞世尔科技公司,微波消解仪(MARS 6)购自培安公司。

1.2 方法

咖啡碱、儿茶素测定参照《茶叶中茶多酚和儿茶素类检测方法》(GB 8313—2018),游离氨基酸总量测定参照《茶游离氨基酸总量测定》(GB 8314—2013),矿质元素测定按照《食品中多元素的测定》(GB 5009.268—2016)中电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)进行。ICP-MS程序条件如表2、表3所示。

表2 ICP-MS的参数条件Table 2 Parameters of ICP-MS

表3 矿质元素测定时微波消解程序Table 3 Microwave digestion procedure for determination of mineral elements

1.3 数据处理

利用SPSS 21.0对所有数据进行差异显著分析,使用TBtools对数据进行聚类分析。

2 结果与分析

2.1 不同茶树品种的呈味物质含量

由表4可知,16个茶树品种呈味物质含量差异显著(P<0.05),咖啡碱含量为0.07%～1.75%,黔茶1号含量最高。儿茶素类化合物C、EC、ECG、EGCG、EGC和儿茶素总量分别为0.03%～0.87%(丹桂、中茶108、鸟王17号、贵州紫色茶未检出)、0.25%～1.45%、0.18%～1.64%、0.06%～3.34%、0.52%～2.21%和1.85%～7.32%。在采集茶样中,黔湄601的儿茶素总量最高,为7.32%,EGCG含量在所有儿茶素组分中最高。氨基酸影响茶汤的鲜爽味,样品中含量为1.97%～2.90%,黔湄502含量最高。

2.2 不同茶树品种的矿质元素含量

由表5可知,不同品种茶树茶叶各矿质元素含量间差异显著(P<0.05),K和Ca的含量较高,分别为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含量分别为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,仅0.46～1.25 mg/kg,明显低于我国茶叶中Pb含量标准。

表4 不同品种茶树茶叶呈味物质含量Table 4 Content of flavor components in tea from different tea cultivars %

表5 不同品种茶树矿质元素含量Table 5 Content of mineral elements in tea from different tea cultivars mg/kg

2.3 不同品种茶树茶叶呈味物质与矿质元素的聚类树

由图1可知,16个品种茶树茶叶呈味物质共聚为两大类,每一个大类分为两小类,第一大类包括黔湄601、湄潭苔茶、金牡丹、金观音、鸟王17、黔茶1号、黔湄809、福鼎和黄金芽共9个品种,第二大类包括黔湄502、龙井43、黔湄419、丹桂、白叶1号、中茶108和贵州紫色茶共7个茶树品种。由图2可见,矿质元素成分的聚类为两类,第一大类包括金牡丹、金观音和紫色茶共3个品种,第二大类包括剩余的13个品种茶样。

图 1 不同品种茶树咖啡碱、儿茶素和氨基酸聚类树Fig.1 The dendrogram of caffeine,catechins and amino acids in different tea cultivars

图 2 不同品种茶树矿质元素聚类树Fig.2 The dendrogram of mineral elements in different tea cultivars

3 讨论

研究采集16个种植在遵义地区的茶树品种,对全部样品进行呈味物质检测,并用ICP-MS对11种矿质元素检测,表明生长环境相同的情况下,不同茶树品种成熟叶呈味物质及矿质元素含量差异仍显著。咖啡碱是一种阈值低且重要的呈味物质,自身化学性质很稳定[19],含量为0.07%～1.75%。儿茶素等的含量变化较大,尤其是苦涩味较重酯型儿茶素,酯型儿茶素在茶叶内部发生转化,其中一部分异构化转化成了苦涩味较轻的非酯型儿茶素,减轻了茶汤的苦涩味;另一部分与其他物质氧化聚合,生成黄褐色的氧化产物影响成品茶的整体滋味及茶汤的色泽,咖啡碱还与多酚类物质生成络合物影响汤色和滋味。有4个成熟叶样品中儿茶素单体C未检出,原因可能是此次采集的样品均为成熟的老叶片,而单体儿茶素主要集中在茶树鲜叶,且80%是酯型儿茶素[20-21]。JIANG等[22]研究发现,不同发育时期的叶片儿茶素总量不同,通常第1叶中含量最高,成年茶树老叶中,酯型儿茶素和非酯型儿茶素含量均显著下降。

矿质元素参与茶树体内生理活动的调节和酶促反应,是维持人体生命活动的重要物质,各矿质元素间含量差异大与不同品种茶树对土壤中不同矿质元素的富集能力有关。不同矿质元素在茶树生长的不同环节及制茶工艺中作用不同,且不同矿质元素间也相互影响,如Mn是维持叶绿素结构的必需元素,缺Mn导致叶绿素结构单位不能形成叶片层,影响叶片的光合作用和茶树体内氨基酸的合成,Zn则在茶树生长过程参与酶的组成和生长素的合成、蛋白质的转运,还能促进茶树对N和P的吸收[23-26]。植物的矿质元素与植物生长环境有紧密联系,受种植地区的矿质元素含量以及其在植物体内累积程度的影响,故茶树矿质元素的含量甚至可用作不同种类茶叶产地判别的指标之一[27]。黔湄系列茶树品种由贵州省湄潭茶叶科学研究所培育、选育,湄潭苔茶原产于贵州湄潭,黔茶1号就是从湄潭苔茶群体种中选育的优良品种,而黔湄601和黔湄502有相同的杂交亲本,金牡丹、金观音、丹桂、中茶108以及龙井43则为引入种植品种,但从呈味物质和矿质元素的聚类看,无明显分类,说明在相同的生长环境下,来源不同的茶树品种受到地域环境的影响,茶树生成的呈味物质和矿质元素含量组成逐渐相近,不能通过聚类分析区分是否为引入品种,呈味物质成分和矿质元素的累积在成熟叶上表现更明显,在叶片内相互作用的时间更长。但研究材料样本量有限,选用比较粗老的成熟叶片,检测成分也仅限于部分呈味物质和矿质元素,了解同一地区不同品种间内含成分的差别,以及对制成茶叶品质的影响,应当加大研究样本量,选用1芽1～2叶的鲜叶作为研究材料,且增加香气物质、代谢物及基因组等的研究。

4 结论

对16个品种茶树茶叶样品呈味物质和矿质元素进行测定分析,呈味物质和矿质元素在不同品种中差异明显,其中,黔茶1号的咖啡碱含量最高,为1.75%;黔湄601的儿茶素总量含量最高,为7.32%;黔湄502的游离氨基酸含量最高,为2.90%。矿质元素中K含量最高,为15 301 mg/kg;Pb含量最低,为0.46 mg/kg。当地培育、选育和引入的茶树品种,在相同环境下生长后,其成熟叶片累积和吸收成分在组成上逐渐相同。