冲泡用水中Mg2＋对红茶茶汤滋味品质的影响及机制

刘艳艳，许勇泉，陈建新，汪 芳，陈根生，尹军峰,，刘政权

（1.安徽农业大学茶与食品科技学院，安徽 合肥 230036；2.中国农业科学院茶叶研究所，国家茶产业工程技术研究中心，浙江 杭州 310008）

“水为茶之母”，自古以来人们就知道水质对于泡一杯好茶的重要性。近些年来，国内外有不少学者开展了水中的矿物质离子对茶汤感官品质的影响研究，一般认为冲泡用水中过高的Ca2＋、Mg2＋、Zn2＋、Al3＋、Fe2＋等矿质离子对茶汤的香气、滋味、汤色和澄清度等都有明显的影响，且多为负面影响[1-6]。不同水质由于金属离子、极性物质含量和pH值差异，固形物、茶多酚、咖啡碱和儿茶素组分等物质浸出量差异显著[7]。综合来看，矿质离子对茶汤的影响机制探索较少。有研究认为Ca2＋主要通过参与茶汤冷后浑的形成影响茶汤的澄清度[8]，Spiro等[9]研究表明，钙离子通过促进茶乳酪的形成从而降低咖啡碱等有效成分的浸出率，Zn2＋通过发生配合反应提高儿茶素的抗氧化能力[10]。Yin Junfeng等[11]研究认为Ca2＋是通过增强表没食子儿茶素没食子酸酯（epiggallocatechin gallate，EGCG）与唾液蛋白质的结合能力从而达到增强其涩感的目的，并通过诱导儿茶素异构化及氧化分解等作用达到影响茶汤风味的目的[12]。

茶作为一种饮料，其色、香、味都需要水才能得以体现[13]，目前人们日常饮用水主要是自来水、纯净水、天然矿泉水、天然泉水、饮用天然水等。其中，Ca2＋、Mg2＋、Na＋、K＋是饮用水中的主要阳离子，且水中Ca2＋、Mg2＋是构成水硬度的主要物质[13]。不同水样中Mg2＋含量差异较大，其中纯净水、蒸馏水接近0 mg/L，杭州自来水中质量浓度为3.6 mg/L，天然泉水与天然饮用水平均为0.85 mg/L，但天然矿泉水中平均为31.24 mg/L，苏打水中平均为4.34 mg/L，含气矿泉水中平均为8.98 mg/L，不同水样中Mg2＋质量浓度整体在0～40 mg/L之间[12]。而冲泡用水中Mg2＋对茶汤滋味品质的影响及机制研究较少。

针对其他矿质离子对茶汤滋味品质的影响及机制研究较少的现状，本研究在明确水中Mg2＋对冲泡红茶茶汤滋味品质影响特性的基础上，分别从Mg2＋对茶汤主要理化成分浸出特性及其相关性分析、Mg2＋对红茶中主要滋味物质呈味特性及EGCG、咖啡碱、谷氨酸钠、蔗糖等主要滋味物质的互作效应研究，探索了Mg2＋影响红茶茶汤滋味品质的可能机制。研究结果不仅可以完善茶汤滋味化学理论，对茶叶冲泡用水的选择和设计都具有重要的意义。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

茶叶原料采用特级祁门工夫红茶（祥源茶业有限公司），贮存于4 ℃冰箱备用。

EGCG、咖啡碱、谷氨酸钠、蔗糖、牛血清白蛋白标准品 美国Sigma公司；乙腈（色谱纯） 美国TEDA公司；MgCl2、酒石酸钾钠、硫酸亚铁、磷酸氢二钠、磷酸二氢钾、茚酸酮、甲酸、碳酸氢钠均为分析纯；纯净水杭州娃哈哈集团有限公司。

1.2 仪器与设备

2469 series高效液相色谱（high performance liquid chromatography，HPLC）仪 美国Waters公司；UV-2550紫外-可见光分光光度计 日本岛津公司；WZT-3A浊度仪 上海劲佳科学仪器有限公司；iCAP6300DUO型电感耦合等离子体发射光谱仪 美国TJA公司。

1.3 方法

1.3.1 茶汤样品的制备

表1 主要滋味单体及水平设计Table 1 Levels of main taste monomers mg/L

首先配制Mg2＋质量浓度为0、4、8、16、24、36 mg/L的水样，以Cl－为阴离子，各取200 mL加热至煮沸，按常规方法3 g/150 mL冲泡祁门红茶，茶汤待测。

1.3.2 Mg2＋与主要滋味单体之间的呈味相互作用分析

设计4 种主要滋味单体及质量浓度处理（表1），分析不同浓度茶汤中主要滋味单体呈味特性的影响。单独处理Mg2＋质量浓度（0、8、36 mg/L）组分，配制成150 mL溶液并混匀进行茶汤中主要滋味单体呈味特性的影响分析；根据一般红茶主要滋味成分及含量情况，设计4 种主要滋味单体及质量浓度处理为EGCG（150 mg/L）、咖啡碱（250 mg/L）、谷氨酸钠（150 mg/L）、蔗糖（400 mg/L）与Mg2＋（0、4、8、16、24、36 mg/L），配制成150 mL混合液体并混匀进行Mg2＋质量浓度对模拟茶汤中主要滋味单体呈味特性的影响分析，并将2、3、4 种滋味单体分别复配成6、4、1 种混合液，分别与不同Mg2＋质量浓度（0、8、36 mg/L）配制成150 mL混合液体并混匀进行Mg2＋与主要滋味单体互作对呈味特性的影响分析。25 ℃审评小组按量化感官指标分别对混合液的鲜味、甜味、苦味、涩味等呈味特性进行审评。

1.3.3 EGCG与蛋白质相互作用的分析

分别配制质量浓度为0、4、8、16、24、36、72、150 mg/L的Mg2＋溶液与牛血清白蛋白（500 mg/L）、EGCG（150 mg/L），在37 ℃混合30 min，然后测定混合液体浊度，探索Mg2＋对涩感滋味的影响。

1.3.4 茶汤感官审评

主要评价茶汤滋味总分和甜味、苦味、涩味、鲜味4 个红茶茶汤滋味分属性。滋味品质总分评价参照GB/T 23776—2018《茶叶感官审评方法》中茶汤滋味审评方法；建立鲜味（谷氨酸钠）、甜味（蔗糖）、苦味（咖啡碱）、涩味（EGCG）4 味的5 段10 分制标准样（表2），分别对标审评。由5 位具有高级评茶员资格的感官审评小组在室温25 ℃对茶汤滋味进行感官审评，去掉最高分、最低分，取其平均值。

表2 4 种滋味标准样及其味感强度设计Table 2 Four taste compound standards and grading of their taste intensity

1.3.5 常规理化成分含量检测

茶汤中游离氨基酸：茚三酮比色法（GB/T 8314—1987《茶游离氨基酸总量测定》）；茶多酚：酒石酸亚铁比色法（GB 8313—1987《茶 茶多酚测定》）；可溶性总糖：蒽酮-硫酸比色法；WZT-3A浊度值采用浊度仪直接测定；矿质离子采用iCAP6300DUO型电感耦合等离子体发射光谱仪测定，参照石元值等[14]方法进行测定。

1.3.6 儿茶素、咖啡碱、没食子酸含量测定

茶汤中儿茶素、咖啡碱、没食子酸含量采用HPLC进行测定，具体步骤参考尹军峰[12]方法。色谱条件：ZORBAX SB-C18ODS色谱柱（4.6 mm×150 mm，5 μm）；流动相A为2%乙酸溶液，流动相B为乙腈，流速1 mL/min，柱温40 ℃，检测波长280 nm，进样量：10 μL，梯度洗脱，流动相B在16 min内由6.5%线性梯度变化到25%，25 min回到初始状态，平衡5 min。

1.4 数据分析方法

2 结果与分析

2.1 冲泡用水中Mg2＋质量浓度对红茶茶汤滋味品质的影响

采用不同Mg2＋质量浓度水冲泡红茶后，茶汤的滋味品质存在明显的差异与趋势（表3）。随着Mg2＋质量浓度增加，茶汤综合滋味品质得分明显下降，呈现醇厚鲜爽、醇正鲜爽、尚醇涩感显、涩感重的变化趋势，其中鲜味、甜味、苦味均呈下降趋势，而涩味却明显上升。当水中Mg2＋质量浓度在0～8 mg/L之间时，对茶汤滋味品质有着正面的影响，茶汤滋味具有较好的鲜甜味感，其中Mg2＋质量浓度为4 mg/L时，滋味品质总分达到最高分。当Mg2＋质量浓度在16～36 mg/L之间时，茶汤整体滋味品质明显下降，涩味明显增加，苦味、鲜甜味和醇正度都有一定程度的下降。因而日常冲泡红茶应选用Mg2＋质量浓度较低的水（≤4 mg/L）。这表明水中Mg2＋质量浓度对冲泡的红茶茶汤滋味品质变化影响较大。

表3 Mg2＋质量浓度对红茶滋味品质的影响Table 3 Effect of Mg2+ concentration on the taste of black tea infusion

2.2 冲泡用水Mg2＋质量浓度对红茶茶汤主要理化成分含量的影响

2.2.1 对主要品质成分浸出的影响

茶多酚（儿茶素）及其氧化物、咖啡碱、氨基酸、可溶性糖等是茶汤中的主要呈味物质。已有研究表明，茶多酚、咖啡碱是茶汤苦味的主要呈味物质[15-22]，氨基酸[23-25]是茶汤鲜味主要贡献者，茶多酚（儿茶素）及氧化物是茶汤涩感的主要来源[16-19]，甜味与可溶性糖类、非酯型儿茶素等物质含量有关。

采用不同Mg2＋质量浓度水冲泡红茶后，对茶汤中主要品质成分的浸出存在明显的影响（表4）。随着Mg2＋质量浓度的增加，茶汤中茶多酚、儿茶素、咖啡碱、氨基酸、没食子酸等常规品质成分含量呈下降趋势，而可溶性糖含量呈现一定的波动趋势。其中，水中Mg2＋质量浓度高于16 mg/L后，茶多酚含量下降明显。Jöbstl等[26]研究表明，Ca2＋的增加会导致红茶茶汤中EGCG、咖啡碱、茶黄素结合而发生沉降。从已有的理论分析，茶多酚、咖啡碱和氨基酸的下降会直接导致茶汤苦、涩、鲜味的降低，与Mg2＋质量浓度水冲泡祁门红茶后苦味、鲜味、甜味下降一致，但与涩味明显增加存在一定的差异，无法直接从茶汤中主要滋味成分的变化分析得出。

表4 Mg2＋质量浓度对红茶常规理化成分浸出的影响Table 4 Effect of Mg2+ concentrations on the concentrations of chemical ingredients in black tea infusion

2.2.2 对主要矿质离子浸出的影响

已有研究表明，茶汤中的Ca2＋等离子对茶汤滋味品质有一定的修饰效应。如表5所示，随着Mg2＋质量浓度的增加，冲泡茶汤中Mg2＋质量浓度也相应增加，且茶叶吸附呈较小幅度增加，增幅为1.45～4.38 mg/L；Al3＋、B3＋、K＋、Na＋、S6＋浸出含量呈小幅度下降，而Ca2＋、Mn2＋、P5＋浸出含量呈较小幅度波动变化，茶汤中矿质离子浸出含量的变化可能与矿质离子间的竞争或协同作用有关[27]。这表明水中Mg2＋质量浓度对冲泡的红茶主要矿质离子浸出有一定影响，但影响都比较小。

表5 Mg2＋质量浓度对红茶主要金属离子浸出的影响Table 5 Effect of Mg2+ concentration on the concentrations of main metal ions in black tea infusion

2.3 水中Mg2＋质量浓度与茶汤感官品质因子及茶汤中理化成分浸出相关性

从表6可以看出，水中Mg2＋质量浓度与茶汤鲜味、甜味、苦味、滋味总分等呈负相关，与涩感呈正相关，其中茶汤鲜味（-0.989**）、苦味（-0.988**）、涩味（0.991**）均达到极显著水平，表明水中Mg2＋质量浓度对祁门红茶感官品质存在较明显的负面影响。而水中Mg2＋质量浓度与茶汤中咖啡碱、茶多酚、氨基酸、Al3＋、K＋、S6＋存在负相关，解释了Mg2＋质量浓度升高可以降低茶汤苦味、鲜味，而对茶汤涩味的上升无法解释。

表6 Mg2＋质量浓度与红茶茶汤感官品质及理化成分的相关性Table 6 Correlations between Mg2+ concentration and taste attributes and chemical ingredients of black tea infusion

2.4 冲泡用水Mg2＋质量浓度对红茶主要滋味物质呈味特性效应的影响

2.4.1 Mg2＋对红茶主要味感单体滋味的影响

综合已有研究报道，EGCG、咖啡碱、谷氨酸钠、蔗糖是影响大多数茶汤滋味的关键化合物[25]。如图1所示，EGCG是茶汤中主要儿茶素的苦涩物质，Mg2＋质量浓度与EGCG的苦味强度分值间存在极显著负相关（-0.974**），而与EGCG的涩味强度分值间存在极显著正相关（0.958**）。显然，随Mg2＋质量浓度的增加，EGCG苦味逐渐下降，涩味增加。涩味是粗糙、干燥、褶皱般的感觉[28]，研究发现EGCG具有高唾液蛋白结合活性[29]。本研究中随Mg2＋质量浓度的增加，EGCG与蛋白质混合液浊度明显升高（图2），这表明Mg2＋可以促进EGCG与蛋白质之间的相互作用来增强EGCG溶液的涩味。

图1 Mg2＋质量浓度对红茶主要滋味单体呈味特性的影响Fig.1 Effect of Mg2+ concentration on taste intensity of main taste compounds in black tea infusion

图2 Mg2＋对EGC与蛋白质混合液浊度的影响Fig.2 Effect of Mg2+ on turbidity of mixed solutions of EGCG and protein

咖啡碱被认为是茶汤中风味必不可少的成分[30]，Mg2＋质量浓度与咖啡碱的苦味强度分值间存在极显著负相关（-0.948**），随Mg2＋质量浓度的增加，咖啡碱苦味逐渐下降；谷氨酸钠是茶汤鲜味的关键呈味化合物[31]，Mg2＋质量浓度与谷氨酸钠的鲜味强度分值间存在显著负相关（-0.865*），随Mg2＋质量浓度的增加，谷氨酸钠鲜味逐渐下降；蔗糖对茶汤中甜味有着较大的贡献度，随Mg2＋质量浓度的增加，蔗糖甜味（-0.956**）显著下降。因此，水中添加Mg2＋，可以增强EGCG、咖啡碱和谷氨酸钠溶液的涩味，削弱EGCG和咖啡碱溶液的苦味，以及谷氨酸钠溶液的鲜味和蔗糖溶液的甜味。

2.4.2 Mg2＋对不同质量浓度主要茶汤滋味单体呈味特性的影响

图3 Mg2＋质量浓度对不同浓度及滋味单体味感特性的影响Fig.3 Effect of Mg2+ concentration on taste intensity of main taste compounds at different concentrations

由图3所示，随EGCG质量浓度的增加，味感物质苦味与涩味显著增加，EGCG质量浓度与苦味强度（0.973**～0.978**）和涩味强度（0.953**～0.962**）间存在极显著正相关，Mg2＋的加入可以明显弱化苦味强度，增强涩味强度，即使EGCG质量浓度为1 950 mg/L时，加入8、36 mg/L的Mg2＋也减弱了苦味并增强了涩感。

随咖啡碱质量浓度的增加，味感物质苦味与涩感增加，咖啡碱质量浓度与苦味强度（0.996**～0.998**）间存在极显著正相关，添加不同质量浓度的Mg2＋会减弱咖啡碱的苦味强度。随谷氨酸钠质量浓度的增加，味感物质鲜味增加，谷氨酸钠质量浓度与鲜味强度分值（0.996**～0.997**）间存在极显著正相关，添加Mg2＋会削弱谷氨酸钠的鲜味强度，特别是质量浓度在120～200 mg/L时更明显。随蔗糖质量浓度的增加，味感物质甜度增加，蔗糖质量浓度与甜味强度分值（0.986**～0.993**）间存在极显著正相关，添加不同质量浓度的Mg2＋会削弱蔗糖的甜味强度。

2.4.3 Mg2＋对红茶主要味感单体滋味互作的影响

表7 不同Mg2＋质量浓度对茶汤主要味感混合液滋味的影响Table 7 Effect of Mg2+ concentration on the taste of mixed solutions of main taste compounds in black tea infusion mg/L

已有研究表明，茶汤主要滋味物质间存在明显的互作效应，从而显著影响茶汤的呈味特性。如表7所示，Mg2＋可明显改变味感单体互作的呈味特性，如可较小幅度增加EGCG与咖啡碱的涩味，降低苦味，可明显降低谷氨酸钠与蔗糖的鲜味与甜味，其中4 种单体二元、三元、四元互作中发现，混合液中存在咖啡碱单体的涩味增强幅度较大，表明混合液中咖啡碱单体可能会进一步增强Mg2＋混合液涩味强度。从EGCG（150 mg/L）、咖啡碱（250 mg/L）、谷氨酸钠（150 mg/L）和蔗糖（400 mg/L）复合模拟的茶汤呈味变化可以看出，Mg2＋综合呈味的影响为涩味增强，鲜味、甜味、苦味下降。这部分说明了富含Mg2＋的水冲泡祁门红茶茶汤滋味涩味增加、苦味与鲜甜味下降的现象。

3 讨论与结论

Mg2＋是水中常见的重要阳离子，研究发现冲泡用水中Mg2＋会对红茶茶汤滋味造成较大影响，其中，当水中Mg2＋质量浓度为4 mg/L时，红茶茶汤综合滋味品质达到最高分，而当水中Mg2＋质量浓度大于16 mg/L时会导致红茶茶汤鲜味、甜味、苦味下降，而涩味明显增强的现象。

不同Mg2＋水冲泡茶汤的主要成分分析表明，Mg2＋的添加会导致茶汤中茶多酚、儿茶素、氨基酸、咖啡碱以及Al3＋、B3＋、K＋、Na＋、S6＋等离子浸出含量呈现一定的下降趋势，但无法说明涩味增强的现象。通过Mg2＋质量浓度对EGCG、咖啡碱、谷氨酸钠、蔗糖滋味单体呈味特性的影响，Mg2＋质量浓度与EGCG的苦味强度（-0.974**）、咖啡碱的苦味强度（-0.948**）、谷氨酸钠的鲜味强度（-0.865*）、蔗糖的甜味（-0.956**）间存在极显著负相关，而与EGCG的涩味强度分值间存在极显著正相关（0.958**）。通过Mg2＋与EGCG、咖啡碱、谷氨酸钠、蔗糖单体及混合组分的呈味特性分析表明，Mg2＋增强了EGCG、咖啡碱等的涩味，削弱了EGCG、咖啡碱溶液的苦味，以及谷氨酸钠溶液的鲜味和蔗糖溶液的甜味。本研究中随Mg2＋质量浓度的增加，EGCG与蛋白质混合液浊度明显升高，这表明Mg2＋可以促进EGCG与蛋白质之间的相互作用增强EGCG溶液的涩味。因此，水中过高的Mg2＋质量浓度会降低茶汤滋味鲜味、甜味、苦味，增强涩味，这较好地说明了随着水中Mg2＋质量浓度的提高，红茶茶汤滋味品质呈现醇厚鲜爽、醇正鲜爽、尚醇涩感显、涩感重的变化趋势。

Mg2＋是水质硬度的重要指标性离子，日常泡茶过程中高硬度水一般不宜泡茶。本研究说明，低质量浓度Mg2＋的水可以适当提高茶汤滋味，而高质量浓度Mg2＋的水会严重影响茶汤滋味品质，导致茶汤涩感增强，鲜爽味下降。因此，冲泡红茶应选用低Mg2＋质量浓度的水为佳。