水中离子对茶汤风味影响的研究进展

张铭铭　尹军峰

摘要：水中离子对冲泡过程中茶汤风味的形成具有重要影响。采用系统分析法研究了水中的离子总量、离子类型对茶汤香气及滋味品质的影响，并进一步分析总结了水中离子影响茶汤风味的潜在机制，以期为茶汤品质的调控及泡茶用水的选择提供理论依据。

关键词：水中离子；茶汤风味；影响机制

中图分类号：TS272                                             文献标识码：A                                           文章编号：1000－3150（2023）08-01-9

Research Progress on the Influence of Ions inWater on the Flavor of Tea Infusion

ZHANG Mingming， YING Junfeng*

Tea Research Institute， Chinese Academy of Agricultural Sciences， Hangzhou 310008， China

Abstract： Ions in water have an important influence on the formation of tea flavor during the brewing process. In this paper， the effects of total amount and type of ions in water on aroma and taste of tea infusion were studied by systematic analysis， and the potential mechanisms of ions in water on the tea flavor quality were further analyzed and summarized， in order to provide a theoretical basis for the control of tea infusion quality and the selection of water for tea.

Keywords： ions in water， tea infusion flavor， effect mechanism

鲜叶原料、加工工艺决定了茶产品的初始品质，泡茶用水、冲泡工艺则决定了茶产品的最终品质。为使茶叶品质在冲泡过程中达到最佳水平，人们已从冲泡温度[1-4]、冲泡时间[5]、冲泡次数[6-7]、茶水比[8]，甚至是茶叶粒径[9]等方面进行了大量研究。

关于泡茶用水，自古以来人们就意识到其重要性，并留下“水为茶之母”“茶性必发于水，八分之茶，遇十分之水，茶亦十分矣；八分之水，试十分之茶，茶只八分耳”“精茗蕴香，借水而发，无水不可论茶也”等诸多茶与水的论述。现代大量科学研究也表明，水质对冲泡茶汤的感官品质有重要影响，且影响效果不尽相同[10-15]。杨延群[16]分析了不同水质对安溪乌龙茶茶汤品质的影响，认为自来水冲泡的茶汤带消毒水味；蒸馏水冲泡的茶汤色泽好但滋味苦涩；纯净水冲泡的茶汤沉淀少但不够甘醇；以矿泉水冲泡的茶汤感官品质最佳，表现为色泽金黄透亮，香气高，滋味甘醇。刘巧灵等[17]比较了纯净水、饮用天然水、矿物质水、矿泉水4种不同水质对碣滩绿茶茶汤品质的影响，认为矿泉水冲泡的茶汤汤色较暗、香气带有闷味，而纯净水冲泡的茶汤汤色浅黄绿亮、滋味“鲜醇”，具有更好的感官特征。尹军峰等[18]研究了19种典型水样对西湖龙井茶风味品质的影响，发现自来水冲泡的茶汤滋味品质不高，香气品质较差；纯净水沖泡的茶汤可以基本体现茶的原有滋味，香气品质较好；部分天然水冲泡的茶汤滋味清纯，香气清香或嫩香，得分较高；多种矿泉水冲泡的茶汤滋味变熟，有些还出现涩感，香气欠纯，纯正度明显较低。

为探明水质影响茶汤品质的内在原因，科研人员深入研究了水的理化特性对茶汤品质的影响效果，发现酸碱度、矿化度、硬度等为主要水质因子[19-20]，并且它们都与水中离子状况密切相关[21]。因此认为水中离子能直接影响水的理化特性，也能影响茶汤风味的呈现[22]，并推测饮用水影响茶汤品质的根本原因在于溶解离子的差异[23]。

本文通过中国知网、Web of Science等检索途径键入“泡茶用水”“水质”“冲泡品质”等关键词，梳理了数十篇相关文献报道，并重点考察水中离子对冲泡茶汤香气和滋味品质的影响效果及潜在机制。研究结果将有助于丰富“茶与水”的关系理论体系，为泡茶用水的选择及水中离子指标的确定提供科学依据。

1  水中离子对香气品质的影响

香气占茶叶品质评分权重的25%～35%，目前已分离鉴定的香气组分达700余种，包括10余类化合物[24]，种类繁多且复杂[25-27]。香气组分的含量、相互作用会影响茶汤的香气特征[28-29]，水中的离子总量、离子类型则对冲泡过程中香气品质的呈现有重要影响。

1.1  离子总量对香气品质的影响

水中离子总量称为矿化度，矿化度是衡量水中矿质元素总量的指标。众多研究表明，矿化度高的水冲泡的茶汤香气品质较差。尹军峰等[18]比较了不同矿质含量的水对绿茶香气品质的影响，发现低矿化度的天然泉水、纯净水、蒸馏水冲泡的茶汤香气得分要高于高矿化度的天然泉水、自来水冲泡茶汤，且矿化度与香气品质呈现一定负相关关系（R2 = 0.605）。古明亮等[30]在加权评分法的基础上采用模糊数学方法，研究比较了3 种品牌包装饮用水冲泡雅安藏茶的感官品质，也发现矿物质含量越高，香气品质越差。

1.2  阳离子对香气品质的影响

近年来，关于冲泡用水中阳离子对香气品质的影响研究较多，主要集中于K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+等几种离子。综合研究结果来看，水中这些阳离子对香气都有明显影响，并存在一定的互作效应。

研究表明，阳离子总量与香气品质呈显著负相关（r = －0.881）[31]，其中Ca2+、Mg2+、K+、Na+是天然水中含量较高且差异较大的4种阳离子，水中这些阳离子质量浓度高时均会对香气产生不利影响，但影响阈值因离子种类不同有所差异（图1）。Ca2+、Mg2+对香气的影响阈值较K+、Na+低，当Ca2+和Mg2+质量浓度在10 mg/L以下时，两者对香气影响较小，随着质量浓度的增加，香气品质均呈下降趋势：Ca2+质量浓度超过 20 mg/L时，会出现水闷味或熟味；Mg2+质量浓度超过12 mg/L时香气纯正度下降，超过20 mg/L时香气变闷[32]，达到40 mg/L会有明显熟闷味[31]。Na+对香气也有一定影响，低含量的Na+可以提高香气浓郁度，但当超过20 mg/L，尤其是超过40 mg/L时，香气纯正度下降，出现熟闷味。K+、Fe2+、Fe3+则对茶汤香气影响较小，大多数水中K+含量为0～20 mg/L，当K+超过20 mg/L时茶叶香气才开始变闷、整体协调性下降，故认为K+对香气品质影响较小[31]。Fe2+、Fe3+主要影响茶汤色泽，但对茶汤香气也有影响。水中Fe2+会加速茶汤清香的损失，导致绿茶茶汤香气不协调、产生沉闷的异味[33]，而添加一定量的Fe3+则会改变香气含量和种类[34]。

研究还发现，阳离子间存在含量及种类上的相互影响，这种互作效应也会影响香气呈现效果。随着水中Ca2+含量增加，茶汤中Al3+、Cu2+、Na+、Zn2+含量呈下降趋势，而K+、Mg2+、Mn2+含量呈增加趋势[35]。钟小玉等[36]研究了Ca2+、Mg2+、Al3+ 3种离子复配对绿茶风味的影响，发现复配处理的影响显著大于单一金属离子处理，且当茶汤中的离子种类增多时，香气趋于平和。

1.3   阴离子对香气品质的影响

近年来，冲泡用水中阴离子对茶汤香气品质的影响研究相对较少，仅开展了Cl－、HCO3－、C2O4－、SO42－等几种离子的研究。综合研究结果来看，水中这些阴离子对香气品质都有一定的影响。

研究表明，Cl－、NO3－、SO42－、F－等是天然水中含量较高且差异较大的4种阴离子，它们的离子总量与香气品质呈显著负相关（r = －0.644）[31]，并且水中阴离子对香气品质的影响效果也因离子种类、搭配不同而有所差异。Cl－对香气愉悦度的影响不大[37]，但可以明显降低香气的纯正度。相同Ca2+、Mg2+浓度下，Cl－会显著降低香气品质；相同Ca2+、Na+浓度下，HCO3－会使香气变闷，纯正度下降 ；相同Ca2+浓度下，SO42－可以显著降低绿茶香气的纯正度，且出现闷味，而C2O4－的影响相对较小[31]。

2  水中离子对滋味品质的影响

滋味占茶叶品质评分权重的30%～35%，多酚类、生物碱类、氨基酸类和糖类等是茶叶中的主要呈味物质[38]，因阈值不同对茶汤滋味的贡献度不同[39]。同一滋味物质的多味性与不同滋味单体间的互作效应均影响茶汤的滋味特征[40-42]，水中的离子总量、离子类型则对冲泡过程中滋味品质的呈现有重要影响。

2.1   离子总量对滋味品质的影响

离子总量（矿化度）对茶汤滋味品质有重要影响。研究表明，低矿化度水冲泡的茶汤滋味得分要高于高矿化度的水，且矿化度与滋味品质呈负相关（R2 = 0.566）[18]。研究还发现，发酵程度轻的茶更易受到高矿化度冲泡水的影响[12]，故为使茶汤滋味品质最佳，宜用矿化度低的纯净水、山泉水冲泡绿茶，矿化度适中的山泉水冲泡红茶[10]。

2.2  阳离子对滋味品质的影响

近年来，关于冲泡用水中阳离子对茶汤滋味品质的影响研究较多，主要集中于K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Zn2+、Al3+等几种离子。综合研究结果来看，水中这些阳离子对茶汤滋味都有明显影响，并存在一定的互作效应。

研究表明，阳离子总量与滋味品质呈显著负相关（r =－0.814）[31]，其中Ca2+、Mg2+、K+、Na+是天然水中含量较高且差异较大的4种阳离子，水中这些阳离子含量高时均会对茶汤滋味产生不利影响，但影响阈值因离子种类、茶类特点不同而有所差异（图2）。Ca2+、Mg2+对滋味的影响较大，两者含量较高会使茶汤“盐味”明显[43]，并且它们对滋味的影響阈值较K+低。Ca2+质量浓度较低时，茶汤滋味醇厚，汤感倍增[44]；当质量浓度达到4～5 mg/L时，茶汤滋味开始变得苦涩[35-36]；当质量浓度＞10 mg/L时，涩感明显增加，鲜爽度、醇度下降[31]；当质量浓度≥ 40 mg/L时，茶汤浊度上升[45]。Mg2+的影响阈值因茶类不同而有所差异。对绿茶而言，质量浓度＜8 mg/L时，影响较小；质量浓度＞10 mg/L时，茶汤醇熟，鲜味明显下降，苦涩味略有增加；质量浓度＞40 mg/L时则主要表现为熟闷味[31]；当质量浓度＞50 mg/L时能使冷泡绿茶的滋味逐渐变淡，一定程度上降低绿茶的苦涩味[21]。对红茶而言，Mg2+质量浓度为4 mg/L时，滋味品质最好；随着Mg2+质量浓度的增加，茶汤的鲜味、甜味、苦味下降，涩味明显增强[46]。而Na+的影响阈值及效果会因茶叶等级不同而有所差异，高品质茶汤更易受离子影响导致品质下降。对普通绿茶而言，Na+质量浓度较低时能有效降低茶汤苦涩味，提高醇味[47]；但超过20 mg/L时就会产生咸味。但对高档绿茶而言，当Na+质量浓度为5 mg/L时就能显著影响茶汤的苦味和鲜爽度，导致滋味品质下降；质量浓度达到40 mg/L时则表现为略熟带咸[31]。因大多数水质中K+含量为0～20 mg/L，但K+超过40 mg/L时才表现为茶味减弱，整体协调性下降，故认为K+对滋味品质影响不大[31]。

Fe2+、Zn2+及Al3+对滋味也有一定影响，且影响阈值较低。Fe2+过量是导致茶汤变褐发暗的主要原因[48]，也能影响茶汤滋味，当Fe2+质量浓度超过0.2 mg/L 时，速溶绿茶的滋味开始变苦[21]。Zn2+赋予水强烈的涩味和轻微的鲜味[49]，但鲜味的感知需要咸味做基础，当Zn2+质量浓度≥ 1 mg/L，茶汤滋味逐渐变苦，舌头会有麻感[21]。同样，高浓度Al3+不利于滋味品质：随着Al3+质量浓度的增加（≥ 2 mg/L），茶汤滋味逐渐变苦、变酸[21，50]。

此外，阳离子间还存在种类上的相互影响，这种互作效应也会影响滋味的呈现效果。研究表明，阳离子复配处理对绿茶风味的影响显著大于单一金属离子处理，且当茶汤中的离子种类增多时，滋味呈现苦涩[36]。

2.3  阴离子对滋味品质的影响

近年来，关于冲泡用水中阴离子对茶汤滋味品质的影响研究相对较少，仅开展了Cl－、HCO3－和SO42－等几种离子的研究。综合研究结果来看，水中这些阴离子对茶汤滋味都有一定的影响。

研究表明，Cl－、NO3－、SO42－、F－等是天然水中含量较高且差异较大的4种阴离子，它们的离子总量与滋味品质呈显著负相关（r =－0.842）[31]，并且水中陰离子对茶汤滋味的影响效果也因离子种类不同而有所差异。一般自来水中Cl－含量较高，会使茶汤表面产生“锈油”，滋味变得苦涩。HCO3－在水中含量较高，具有较强的酸度缓冲能力，使茶汤处于稳定的弱碱性环境中从而影响儿茶素含量，降低滋味品质[51-52]。SO42－质量浓度在1～4 mg/L范围内易使茶汤滋味变得淡薄，超过6 mg/L时出现明显涩味[50]。

研究还发现，阴离子在不同阳离子存在的条件下对茶汤滋味的影响效果也不尽相同。总体而言，各种阴离子钠盐能显著提高绿茶茶汤的咸味与醇味、降低苦味强度，其中Cl－、SO42－可以显著提高绿茶茶汤的整体滋味品质[47]；各种阴离子钙盐、镁盐普遍会降低茶汤的滋味品质。Na+存在时，Cl－由于水盐相互作用产生甜味剂的神经信号而有甜味感[53]；SO42-也能显著降低绿茶茶汤的涩味强度；Cl－、HCO3－则对绿茶茶汤的涩味强度没有明显影响[31]。Ca2+存在时，Cl－、HCO3－、SO42－会降低绿茶茶汤的鲜味、苦味，增强涩感、醇和度，滋味较差；Mg2+存在时，Cl－、HCO3－则会增加茶汤苦味[31]。比较而言，HCO3-与Ca2+、Mg2+搭配的水冲泡茶汤滋味较差，醇度下降，尤其与Ca2+结合的水冲泡茶汤滋味最差[54]。

3  水中离子对茶汤风味的影响机制

现有研究表明，水中离子能直接或间接影响冲泡过程中的风味物质从而改变茶汤品质，但具体反应途径尚不清晰，作用机制也有待进一步研究。

3.1  水中离子对香气品质的影响机制

多数研究认为离子可以改变某些香气成分的 含量及呈香特性，从而影响香气品质。然而在冲泡过程中，香气的释放实际包括茶叶溶于水中释放香气和香气从茶汤逸散到空气中两个阶段，离子在其中的物质反应、作用途径并不明晰，仅能推测个别离子影响的主要香气物质及潜在影响途径。

研究表明，高离子含量的水冲泡会显著降低香气组分的含量[34]，不同离子类型对香气成分及呈香特性的影响各不相同。Ca2+的添加能降低二甲硫、苯甲醛、β-环柠檬醛、顺-3-己烯乙酸酯和β-紫罗酮等香气组分的含量，使清香型绿茶香气变钝、变闷；而对芳樟醇、柠檬烯、橙花叔醇等香气成分有促进作用，能使花香型绿茶向栗香型转变[21，32]。Mg2+的添加能使苯甲醛、β-环柠檬醛的含量明显下降；使芳樟醇和顺-3-己烯乙酸酯的含量有所增加。Na+的添加可以增加壬醛、癸醛、β-紫罗酮的含量；降低β-环柠檬醛、柠檬烯的含量[31]。Fe2+的存在使醛类、酮类、酯类物质及清香类物质的含量降低，但却促进了具有多样香气特征的新挥发物的形成[33]。其中，关于上述Ca2+、Mg2+促进芳樟醇含量增加的结论存在争议，龚芝萍等[55]的研究结果与该结论相反，却与葡萄酒中添加Ca2+、Mg2+会抑制醇类香气水平的结论一致[56]。

基于香气含量、成分及呈香特性的表观变化，推测可能存在3种影响途径（图3）。一是水中离子可能改变香气物质的释放性能从而影响香气品质的呈现。研究表明，钙镁离子含量低的水会导致更高的挥发强度[57]。高浓度Ca2+可能通过与细胞壁胶质结合影响风味化学成分浸出[35]，或与香气物质络合从而降低其挥发性等途径，表现出对二甲硫等清香物质有明显抑制作用[37]；但也可能直接增强酯类香气的释放进而导致果香物质的形成[58]。研究还发现，适当非碳酸氢盐离子的加入能提升茶汤pH，增强水中离子与疏水性香气化合物的结合能力从而有助于香气的释放[31，59]。二是水中离子可能直接影响相关香气物质反应从而影响香气品质。Ca2+可能通过促进芳樟醇糖苷水解从而提高芳樟醇等呈花香、果香的物质含量[60]，使绿茶香气由花香型向栗香型转变[37]。但高浓度Ca2+可能导致香气物质发生氧化分解等反应，从而提高正戊醇等香气物质的含量，导致茶汤熟汤味增加[35，61]。三是水中离子可能通过滋味物质间接影响香气反应进而影响香气品质。研究表明，当茶汤pH≥7时，多酚的含量会显著影响香气品质[62]，并且表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）会改变离子对香气物质的影响效果。添加Fe2+、Cu2+可以使芳樟醇浓度显著升高，但加入EGCG后，Fe2+与EGCG结合显著降低了芳樟醇的浓度，Cu2+与EGCG结合显著增加芳樟醇的浓度[63]。研究还发现，水中离子能与儿茶素、氨基酸等滋味物质反应从而影响香气表现。Fe2+的存在可能会促进儿茶素的降解，并与生成的H2O2反应产生高活性自由基氧化挥发性化合物，导致绿茶香气劣变[33]。Fe3+也可能与氨基酸络合，络合物进一步诱导氧化脱羧并促进strecker醛的形成，使香气种类增加[64]。

3.2  水中离子对滋味品质的影响机制

多数研究认为，离子可以改变滋味物质的含量及呈味特性，從而影响茶汤滋味品质。然而在冲泡过程中，茶叶吸水后，水中离子才能从茶叶中扩散到茶汤中，水中离子在茶叶中的吸附与溶出是一个动态平衡的过程[65]。与此同时，不同类型的离子在水中、茶中的原始浓度不同，离子溶出率也不同[34]，对滋味成分的影响效果也不同。在这种复杂变化的体系中，离子在其中的物质反应及作用途径并不明晰，仅能推测个别离子影响的主要滋味物质及潜在的影响途径。

研究表明，高离子含量的水会普遍降低茶汤中大多数滋味成分的含量，个别离子类型对茶汤滋味成分的影响趋势略有差异。总体而言，随着离子总量及各离子浓度的增加，茶多酚总量、EGCG等儿茶素和草酸等有机酸的含量均呈下降趋势[18，55-66]。其他滋味物质的变化趋势则因离子状况不同而表现各异：离子总量增加时，氨基酸含量下降，黄酮类物质略有增加，总糖和咖啡碱含量差异较小；Ca2+浓度增加时，氨基酸含量略有增加[35]，黄酮类物质和咖啡碱变化不显著[36]；Na+浓度增加时，黄酮苷含量显著下降[31]；Al3+浓度增加时，咖啡碱表现为不同程度的下降[36]。

基于离子对滋味感官的影响及风味物质的关联性分析，推测可能存在2种影响途径（图4）。一是水中离子通过影响茶汤滋味成分的含量来改变茶汤味感。离子总量高的水会促进儿茶素发生颜色反应、沉淀反应等，使口感更加苦涩而降低茶汤的滋味品质[34，67]；离子总量低的水则能提取到更多有利的滋味物质[68]，因而总体品质较佳。笔者认为，第一种途径下又存在2种可能性：（1）离子影响了滋味物质的浸出速率从而改变最终呈味物质的含量，该种可能性暂无文献报道；（2）离子与已浸出的滋味物质反应从而影响了最终呈味物质的含量。如Ca2+能与茶多酚、咖啡碱、果胶、水溶性蛋白质等滋味成分发生络合反应[69]，在高浓度下则容易促进咖啡碱与多酚类、茶黄素等成分间的络合[70]，显著降低咖啡碱、儿茶素、茶黄素、有机酸等有效成分的浸出率[71-72]，从而影响浸出滋味物质含量，降低滋味品质。二是水中离子通过影响滋味单体的呈味特性来改变茶汤味感。研究表明，高浓度Ca2+能通过削弱EGCG、咖啡碱的苦味，茶氨酸的鲜味和蔗糖的甜味，并加强EGCG、咖啡碱的涩味来降低绿茶茶汤口感，使鲜爽度下降、钝感增加[40，65，73]。而Mg2+则能通过增强EGCG、咖啡碱和谷氨酸钠的涩味，削弱EGCG和咖啡碱的苦味、谷氨酸钠的鲜味和蔗糖的甜味来综合影响茶汤的滋味[46]。

此外，离子也可能通过影响滋味感官受体来决定最终滋味品质。有研究认为，Ca2+可能是通过显著促进儿茶素与口腔蛋白的结合来增强涩感[40]；Na+能与某些苦味物质混合引发周边神经效应从而抑制苦味强度[74]。

4  总结与展望

水对茶性的发挥至关重要，饮用水中离子状况的差异是影响冲泡茶汤风味的根本原因。香气与滋味是茶汤风味呈现的主要形式，也是衡量茶叶品质的重要指标[75]。综上所述，可得出以下结论。

一是水中离子总量对茶叶风味品质有重要影响，离子总量与风味品质呈现负相关关系，离子总量较高的水冲泡的茶汤较苦涩、香气变闷变钝。二是水中离子类型及其互作效应对风味品质有重要影响，高浓度阳离子、阴离子会对香气、滋味品质产生不利影响，影响阈值因离子种类不同有所差异；离子间还存在种类、含量上的相互影响，这种互作效应也会影响茶汤风味的呈现效果。三是水中离子对茶汤风味的影响机制研究较少且不深入，大多停留于某个离子对风味物质影响的猜测阶段，缺乏对具体作用途径的探究与验证，离子对风味品质的影响机制并不明晰。

因此，笔者认为还有以下方面值得进一步研究：一是关键阴、阳离子间互作效应不清晰，需借助模拟化学水质体系进行同阳异阴、同阴异阳离子的比较研究，以便为泡茶用水的选择提供理论依据。二是离子－香气－滋味的相互影响关系不清晰，需借助分子感官科学试验、单体添加验证试验来明确三者间关系，为探明离子影响茶汤风味的机制奠定基础。三是水中离子对茶汤风味的影响研究不够全面系统，多集中于绿茶、红茶等品类的研究，然而不同茶类甚至不同品质等级茶叶中离子的含量及溶解度存在差异，对离子的敏感程度也不同，后续还可针对不同茶叶成分及风味特点进行研究，并设计相应品类的泡茶专用水。

已有学者根据离子含量对水感官品质的影响提出了美味水指标[76]。然而，由于目前离子对冲泡茶汤的风味影响研究较少且不够深入，尚无法准确制定泡茶用水的离子指标。但相信通过以上层层递进的研究，将能明确水中离子对茶汤风味的影响机制，实现水中离子对各类茶汤风味品质的精准调控。

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基金项目：国家自然科学基金（3227180845）

作者简介：张铭铭，女，博士研究生，主要从事茶叶风味品质化学研究。*通信作者，E-mail：yinjf@tricaas.com