武夷岩茶水仙和肉桂中氟离子的浸出规律研究

傅仙玉，钟智霞，武广珩，刘金仙*

（武夷学院 a.茶与食品学院；b.生态与资源工程学院，福建 武夷山 354300）

氟是人体生命活动必不可少的微量元素，不同程度存在于人体的各个组织之中，但大量分布在人体的骨骼和牙齿中，约占人体含氟量的90%[1]。氟利于牙釉质的形成，能抑制牙齿细菌的生长，能够坚固牙齿，具有防龋齿作用，还具有加速人体骨骼形成，增强骨骼硬度的作用。但人体所需氟的安全阈值比较窄，适当摄入氟利于健康，摄入不足、过量都对人体有害，不足易使人产生骨质疏松和龋齿等，一旦过量，会引起甲状腺肿大、氟斑牙、氟骨症等中毒现象[2]。因此，世界卫生组织（WHO）规定，人均每天适宜的氟摄入量为2.5～4.0 mg[3]；我国制定的最大摄入量标准为4 mg[4]。

茶树是一种富集氟能力很强的植物，含氟量是普通水果的12～30倍，蔬菜的5～20倍，其叶片是氟元素富集的一个重要场所，含量高达每千克几百至上千毫克[5]。而且茶叶中42%～86%的氟可被溶解到茶水中[6]。

饮茶是人体获取氟的途径之一，但过度饮茶也可致氟中毒。近年来，在我国四川、新疆、内蒙古等地均有饮茶型氟中毒症报道[7]，中毒的临床表现主要有氟斑牙、尿氟升高和氟骨症。对饮茶爱好者而言，茶叶中氟含量高低对人体健康产生较大的影响，目前因饮茶而导致氟中毒，以及如何预防氟中毒已经引起了社会各界的关注[8-9]。

水仙和肉桂作为武夷岩茶中的两大品种，是武夷山茶区的主打茶[10]，二者以其独特的品质特征受到许多茶客的青睐。据研究表明，茶叶中的氟离子含量与其原料的老嫩程度有关，制作原料越老，成品茶的含氟量越高[11]。岩茶的原料较成熟，因而其含氟量会相对较高。在武夷山地区，饮茶已成为人们日常生活不可分割的一部分，有些人每日会饮入大量的茶水，而人体的每日氟的摄入量是有限的，这样势必有可能导致氟的摄入量过多，引起饮茶型氟中毒现象。本研究对水仙和肉桂中氟的浸出规律进行研究，从而为人们的健康饮茶提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

供试材料：水仙、肉桂成品茶（产于武夷山当地）。

试验试剂：1 mol·L-1CH3COOH、3 mol·L-1CH3COONa、0.75 mol·L-1Na3C6H5O7、NaF 总离子强度调节缓冲液(total ionic strength adjustment buffer,TISAB)：将 3 mol·L-1CH3COONa 溶液与0.75 mol·L-1Na3C6H5O7溶液等量混合，现配现用。

10 μg·mL-1F-标准液：称取 0.022 1 g 基准氟化钠（NaF）。预先105～110℃干燥2 h，干燥器内冷却，转入1 000 mL容量瓶中，加去离子水稀释至标线，摇匀，贮存在聚乙烯瓶中。

1.2 试验方法

1.2.1 氟离子标准曲线制备

（1）氟离子标准液配制：用10 mL的移液管分别移取 1 mL、2 mL、3 mL、4 mL、5 mL 的 10µg·mL-1F-标准液于5个50 mL容量瓶中，再往每个容量瓶中各加入10 mLTISAB，然后用去离子水定容，摇匀，配成F-标准液。

（2）标准曲线的制备：将电极浸入去离子水中，在离子计上测量其电位，然后更换去离子水，观察其电位变化，如此反复进行处理，直至其电位达到稳定并为它的纯水电位为止，然后再进行测量氟离子浓度。一般情况下要求其电动势达到330 mV以上。

将F-标准溶液分别倒入5只塑料烧杯中，放入磁性搅拌子，插入氟离子选择电极和甘汞饱和电极，连接好离子计，开启磁力搅拌器（转数1 000 r/min左右，以下测定时所使用磁力搅拌器的转数均为1 000 r/min左右），依稀至浓的顺序依次测量，在仪器数字显示在±1 mV内，读取电位值，记录数据。再分别测定其他F-标准溶液的电位值，并记录数据。

1.2.2 水仙、肉桂不同温度氟离子的浸出率

按茶水比为1∶22，称取肉桂、水仙茶叶各5 g三份，分别加入100℃、80℃、60℃水110 mL,浸泡15 s，倾出茶汤，用微孔滤膜过滤后，用10 mL的移液管移取10 mL茶汤至50 mL的容量瓶中，再加入10 mL的TISAB，加去离子水定容至50 mL，氟离子选择电极法测定，具体操作参见国标GB/T 5009.18-2003。

1.2.3 水仙、肉桂不同茶水比氟离子的浸出率

按茶水比为 3∶110、5∶110、7∶110，分别称取水仙、肉桂茶叶各3 g、5 g、7 g三份，皆加入100℃水110 mL，浸泡15 s，倾出茶汤，用滤膜过滤后，用10 mL的移液管移取10 mL茶汤至50 mL的容量瓶中，再加入10 mL的TISAB，加去离子水定容至50 mL，氟离子选择电极法测定，具体操作参见国标GB/T 5009.18-2003。

1.2.4 水仙、肉桂不同冲泡时间氟离子的浸出率

按茶水比为1∶22，称取肉桂、水仙茶叶各5 g三份，皆加入100℃水110 mL，三份浸泡时间不同，分别 5 s、15 s、30 s，倾出茶汤，用滤膜过滤后，用10 mL的移液管移取10 mL茶汤至50 mL的容量瓶中，再加入10 mL的TISAB，加去离子水定容至50 mL，氟离子选择电极法测定，具体操作参见国标GB/T 5009.18-2003。

1.2.5 水仙、肉桂不同冲泡次数氟离子的浸出率

按茶水比为1∶22，称取肉桂、水仙茶叶各5 g三份，每份冲泡5次，每次加入100℃水110 mL，第一次浸泡5 s，倾出茶汤，后面的4次每次浸泡10 s，倾出茶汤，用滤膜过滤后，用10 mL的移液管移取10 mL茶汤至50 mL的容量瓶中，再加入10 mL的TISAB，加去离子水定容至50 mL，氟离子选择电极法测定，具体操作参见国标GB/T 5009.18—2003。

1.2.6 实验数据的处理

原理：氟离子选择电极的氟化镧单晶膜对氟离子产生选择性的影响，当氟电极与甘汞电极组成电池，电池电动势（E）随待测溶液中氟离子浓度（c）的变化而改变，符合Nernst方程式。

式中E为电池电动势（mV）；E0为在一定的试验条件下为一定值（mV）；R为摩尔气体常数（8.314 J·（mol·K）-1）；T为测定时热力学温度（K）；F为法拉第常数（96 486.70 C·mol-1）；c为氟离子浓度（mol·L-1）。E与 lgc成线性关系，2.303RT/F为该直线的斜率。

根据F-标准溶液电动势的记录结果，以F-标准溶液的负对数为横坐标，以电位值为纵坐标作图，绘制标准曲线。再参照当天的标准曲线，将实验所得数据进行加工处理，获得各组茶汤样液的含氟量。

2 结果与分析

2.1 不同冲泡温度条件下水仙、肉桂的氟离子浸出量

表1显示了不同冲泡水温条件下，以茶水比为1∶22，冲泡时间为15 s所得的茶汤中的氟离子含量。从表1可知，水仙在冲泡水温为80℃时茶汤中的氟浓度是60℃时的1.351倍，100℃时是80℃的1.655倍，说明水仙的变化增长幅度差异大；肉桂的冲泡水温为80℃时茶汤中的氟浓度是60℃时的1.267倍，100℃时是80℃的1.269倍，增幅差距小，说明肉桂的变化增长幅度相对比较稳定。说明温度对水仙氟浸出率的影响比肉桂明显，但是肉桂中氟浓度的水平始终在水仙之上，其氟浸出量高于水仙。另外发现，两种茶叶随着水温的升高，表现出不同的变化幅度，水仙的变化幅度大于肉桂，水仙氟的浸出率在100℃时是60℃的2.236倍；而肉桂氟的浸出率在60℃与100℃之间的变化率为1.608倍，远小于水仙。综上可知，本研究的结果符合前人的研究规律，随着冲泡水温的升高，茶汤中氟的浓度也升高，在相同条件下，水仙和肉桂都遵循这个规律。分析认为，因为茶叶中的氟以无机形态存在，冲泡的水温越高，越有利于氟的浸出。

表1 不同温度条件下氟离子含量

2.2 不同茶水比时水仙、肉桂的氟离子浸出量

表2显示了以不同茶水比在100℃水温，冲泡时间为15 s条件下所得茶汤中氟离子含量。由表2可知，水仙在茶水比为5∶110时是3∶110的1.542倍，在 7∶110时是 5∶110的 1.286倍；肉桂在茶水比为 5∶110时是 3∶110的 1.574倍，在 7∶110时是5∶110的1.775倍，说明氟浸出率与茶水比呈正相关关系。另外发现，在茶水比为3∶110时，水仙氟浸出量仅比肉桂高0.055 mg·L-1，在5∶110条件下水仙氟浸出量仅比肉桂高0.049 mg·L-1，说明在这两个茶水比条件下二者的氟浸出率差异不明显。综上可知，本研究结果符合前人研究的规律，茶水比值越高，茶水中的氟离子浓度越高，茶水比与浸出率呈正相关。在相同的条件下，水仙和肉桂都符合这个规律。

2.3 不同冲泡时间下水仙、肉桂的氟离子浸出量

表3显示了以茶水比为1∶22，冲泡水温为100℃条件下，不同冲泡时间所得的茶水中的氟离子含量。根据表3中的数据可得，水仙冲泡15 s时，茶水中氟浓度是冲泡5 s的1.385倍，冲泡30 s时氟的浓度是15 s的1.231倍，水仙中氟离子浸出率呈一个相对稳定的规律增长。肉桂冲泡15 s时茶水中氟浓度是5 s时的1.304倍，而冲泡30 s与15 s之间的氟浓度差距很小，只有略微增加。综上所述可得，第一泡冲泡的时间越长，水仙和肉桂茶水中的氟离子浓度越高，水仙和肉桂中氟的浸出率与时间呈正相关。肉桂中氟的浸出量始终大于水仙。分析认为，氟浸出率可能跟茶叶品种有关，不同的茶叶品种其氟的含量不同，冲泡时间对其影响也不同。

表2 不同茶水比氟离子含量

表3 不同冲泡时间氟离子含量

2.4 多次冲泡条件下水仙、肉桂的氟离子浸出量

表4显示了以茶水比为1∶22，冲泡水温为100℃条件下，第一次冲泡时间为5 s，之后每次冲泡10 s所得茶汤中氟离子的含量。从表4的测定结果可看出，第二次冲泡的茶水氟含量高于第一次冲泡的茶水氟含量，是所有冲泡次数中氟浸出率最高的，水仙第二泡氟的含量达到前5泡总量的25.95%，肉桂第二泡氟的含量占总量的25.41%，之后随着冲泡次数的增加，每次溶出氟离子的含量在逐渐减少。分析认为，茶叶经过第一次的冲泡使茶叶本身温度上升，同时因为茶叶细胞内外存在氟浓度压差，使得茶叶中的氟更容易浸出，在第二泡时浸出率达到最高，之后由于茶叶中的氟含量有限浓度压差减小，所以随着冲泡次数增加，水仙和肉桂的茶汤中氟浸出量逐渐减少。

3 结论

本研究主要分析了不同冲泡条件下，水仙和肉桂中氟的浸出规律，主要从不同冲泡温度、不同茶水比、不同冲泡时间以及不同冲泡次数进行探索。综上研究结果表明，这4个因子都对水仙和肉桂氟浸出率有显著影响。

冲泡水温越高，水仙和肉桂中氟浸出率越高。水仙在冲泡水温为80℃时茶汤中的氟浓度是60℃时的1.351倍，100℃时是60℃的2.236倍；肉桂在冲泡水温为80℃时茶水中的氟浓度是60℃的1.267倍，100℃时是60℃的1.608倍。水仙冲泡水温为100℃，此时茶水中的氟浓度最高，达到1.681 mg·L-1，以此为参照依据，则冲泡12 g的水仙，其茶汤中氟的量就已超出了人体每日摄入氟的安全阈值，所以建议每人每天这样饮用水仙的量控制在12 g以内。肉桂在水温100℃的冲泡条件下，茶水中氟的浓度达到1.761 mg·L-1，同理，建议每人每天饮用肉桂的量不超过11.5 g。

表4 多次冲泡条件下氟离子含量

冲泡时，茶水比越高，水仙和肉桂茶水中氟浓度越高，茶水比与浸出率呈正相关。水仙茶水比为 5∶110时是 3∶110时的 1.542倍，在 7∶110时是3∶110的 1.982倍；肉桂茶水比为 5∶110时是 3∶110时的 1.574倍，在7∶110时是3∶110的 2.793倍。以最高的茶水比7∶110为参照依据，此时水仙的茶水氟浓度达到2.337 mg·L-1，肉桂茶水中氟的浓度达到3.139 mg·L-1，建议如此茶水比的情况水仙的饮用量不超过8.5 g，肉桂的不超过6.4 g。

冲泡时间越长，茶水中氟的浓度越高，水仙和肉桂氟的浸出率与时间呈正相关。水仙冲泡15 s时茶汤中氟浓度是5 s的1.385倍，冲泡30 s时的是5 s的1.706倍；肉桂冲泡15 s时茶汤中氟浓度是5 s的1.304倍，冲泡30 s时的是5 s的1.337倍。以最长冲泡时间30 s为参照依据，建议此法单独饮用水仙的量不超过9 g，肉桂的量不超过8.8 g；如果二者同时饮用，建议茶的总量不超过8.8 g。

在多次冲泡过程中，除第二泡茶水中氟浓度上升，之后随着冲泡次数增加，氟浸出率减小。分析认为，是由于茶叶全氟量和氟浓度压差引起的。本研究的整体测定数据显示，肉桂茶水中的氟离子浓度明显高于水仙，分析认为与品种有关，不同的茶叶含氟量不同，认为肉桂本身氟的含量高于水仙，导致肉桂的氟浓度压差大于水仙，所以肉桂茶水中氟浓度高于水仙。

4 小结

综上所述，水仙的茶水中的氟离子浓度在0.75～2.34 mg·L-1之间，以此为参考依据，建议每日冲泡水仙的量应控制在8.5～12 g。肉桂的茶水中的氟离子浓度在1.10～3.14 mg·L-1之间，建议每日冲泡肉桂的量应控制在6.4～11.5 g之间。根据本课题的研究结果，建议在冲泡茶叶时可以使用温度低一些的水冲泡；第一泡最好仅作为洗茶不用于饮用，这样可减少氟的摄入量，在一定程度上防止饮茶型氟中毒现象；同时有大量数据显示，等级越高的茶，其含氟量越低[12]，同时其保健功效也会越好，因此建议在购买茶叶时选品质好的茶。