不同饮用水对惠明茶茶汤品质的影响

曹学娇,兰亚琼,徐为民,吴 刚,孙 聪,刘 锐,*,陈吕军

(1.上海师范大学环境与地理科学学院,上海 200234; 2.浙江清华长三角研究院生态环境研究所,浙江水质科学与技术重点实验室,浙江嘉兴 314006; 3.丽水市水利局,浙江丽水 323020; 4.丽水市水文站,浙江丽水 323020; 5.清华大学环境学院,北京 100084)

“水为茶之母”水是茶叶色、香、味等风味品质形成的主要载体,泡茶用水的水质优劣直接影响茶汤品质和其对人体的健康功效[1-2]。绿茶产量占中国茶叶总量70%以上,深受消费者喜爱,水质对绿茶茶汤中二甲硫、芳樟醇、β-紫罗酮等香气成分[3]和氨基酸、儿茶素、咖啡因等营养物质[4-8]的溶释影响较大。卢晓旭等[9]发现使用含有较多钙镁离子的硬水泡茶,会使茶汤发暗、滋味苦涩、香气减少。何靓[10]在研究水质和冲泡方式对绿茶茶汤的影响时发现,矿泉水有利于儿茶素、茶氨酸和葡萄糖单体本味的呈现,纯净水更有利于儿茶素溶液抗氧化功效。尹军峰等[11]发现经煮沸处理的天然(泉)水冲泡的茶汤较未煮沸处理冲泡的茶汤鲜味下降,苦涩味上升,茶香纯正度下降。郑少燕等[12]在研究水质对茶叶内含物溶释时发现,矿物质离子含量较高的水冲泡茶叶的茶汤滋味品质不佳。目前对茶叶的研究多数集中在茶叶种类香气的差异、茶汤中营养物质的溶释等方面,而对于水质对茶叶茶汤品质的影响研究比较少。

惠明茶属绿茶,产于浙江省丽水市景宁畲族自治县,是全国重点茗茶之一[13-14]。本文以惠明茶作为研究材料,选择6种不同类型饮用水(2种瓶装天然水、2种瓶装天然矿泉水、1种瓶装纯净水、1种城市自来水)作为泡茶水样,探讨不同水质对惠明茶茶汤风味品质的影响。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

表1 6种供试泡茶水水质Table 1 Water quality of six kinds brewing water

HM-30P型pH计 日本DKK-TOA公司;CM-31P型电导率仪 美国METTLER TOLEDO公司;ICS-900离子色谱 美国DIONEX公司;ICS-90离子色谱 美国DIONEX公司;UV-2450紫外分光光度计 日本岛津公司;气相-质谱联用仪5975C-7890A 美国Agilent Technologies公司。

1.2 实验方法

1.2.1 茶汤制备 取3.0 g茶叶于烧杯中,加入150 mL沸水,用锡箔纸加盖冲泡4 min,等速滤出茶汤[15],用于分析检测茶汤的pH、电导率、阴阳离子浓度等理化指标;取7.0 g茶叶于锥形瓶中,加入100 mL沸水,加盖冲泡10 min,用于后续香气物质分析。

1.2.2 水质和茶汤理化指标分析方法 pH和电导率均采用电极法测定[16];阴离子和阳离子采用离子色谱测定[16];可溶性总糖依据《茶学实验技术》[18]中的蒽酮-硫酸法测定;游离氨基酸采用茚三酮比色法测定[17];茶多酚采用酒石酸亚铁比色法测定[19];咖啡因采用高效液相色谱法测定[20]。

1.2.3 香气物质分析方法

1.2.3.1 固相微萃取提取 在文献[21-24]方法基础上进行优化,具体方法如下:精确称取7.0 g茶汤,3.0 g氯化钠,吸取5 μL邻氯苯酚(100 mg·L-1,内标)至15 mL顶空瓶中并旋盖密封。将SPME手持器(50/30 μm DVB/CAR/PDMS)插入顶空瓶中,54 ℃水浴萃取60 min后插入7890A-5975C气相色谱-质谱联用仪进行香气物质分析。

1.2.3.2 GC条件 HP-Innowax毛细管柱(30 m×250 μm×0.25 μm),载气:氦气(99.999%),流速:1.0 mL·min-1,进样口温度:250 ℃,不分流。升温程序:50 ℃保持5 min,以3 ℃·min-1升温到230 ℃后保持5 min。

1.2.3.3 MS条件 全扫描模式,EI电离能量为70 eV,扫描范围:35～500 amu,传输线温度:280 ℃,离子源温度:230 ℃,四级杆温度:150 ℃。

1.2.3.4 定性方法 由GC-MS分析得到的质谱数据通过与NIST8和Wiley质谱库(Agilent Technologies Inc.)中的标准图谱比对定性,并采用Kovats保留指数[25](retention index,RI)下式计算各组分的RI值,结合文献[26-29]中报道保留指数(RI)进行比对定性。

式中,tx、tn、tn+1分别为被分析组分和碳原子数处于n和n+1之间的正构烷烃混合标准品(流出峰保留时间(min)。

1.2.3.5 半定量方法 以邻氯苯酚为内标,根据样品中各组分的峰面积与内标峰面积的比值与内标物的浓度,计算样品中各组分的浓度,认定内标的校正因子为1[30]。

1.2.4 感官评审方法 按照国家标准GB/T 23776-2018中感官审评方法对茶汤进行感官评价[15]。参评人员由具有国家评茶员资格的5人进行密码审评,评分结果取平均值。

1.3 数据处理

使用统计软件(SPSS 24.0)对不同水样的上述成分进行Pearson相关性分析和单因素方差分析,并进行最小差异显著法检验(LSD检验)。所有数据均表示为三组重复的平均值±标准差(SD)。利用Origin 2019b作图。

2 结果与分析

2.1 6种水冲泡惠明茶的茶汤理化性质分析

2.1.1 水样及茶汤中pH和电导率变化 6种水样及其惠明茶茶汤的pH、电导率如图1所示。各水样和茶汤pH范围在5.93～8.04、6.20～7.03,水样与其茶汤pH之间存在极显著相关性(r=0.806,P<0.01)。除PW外,其余水样冲泡茶汤的pH均小于水样pH,这可能是因为茶汤中含有氨基酸、酚类和有机酸类等化学物质[31]。茶多酚分子中具有酚羟基,可游离出H+,对酸碱度具有一定敏感度,因此,茶汤的酸碱度很大程度决定茶汤的稳定性[32]。

图1 水样及茶汤pH和电导率变化情况Fig.1 Change of pH and conductivity in water samples and tea infusions注:图中ABCD、abcd分别表示水样、 茶汤平均值之间显著差异(P<0.05)。

各水样和茶汤电导率范围分别为1.70～524、499～1111 μS·cm-1,与水样相比均明显增加。茶汤电导率与水样电导率之间也存在极显著相关性(r=0.856,P<0.01),其中,TR1、TR2茶汤的电导率增加量明显高于PW、矿泉水和自来水。茶多酚可以通过苯环和具有疏水键的酚羟基发生可逆的聚合作用,在水中呈现液态和胶态,当pH偏小时,茶多酚含量会降低,导致茶汤中电解质减少。由于PW中pH小于天然水,导致天然水茶汤中电导率增加量高于PW[32];水样中的Ca2+、Mg2+会参与浮渣的形成,所以矿泉水、自来水由于Ca2+、Mg2+浓度偏高,使茶汤中产生浮渣[33],导致电导率增加量较少。Xu等[31]和Zhou等[32]的研究均表明,茶叶在冲泡过程中溶释出大量的K+和F-,这也是茶汤电导率增加的原因。

2.1.2 水样及茶汤中代表性阳离子和阴离子变化 6种水样及其惠明茶茶汤的阴阳离子浓度如图2所示。不同水样的阳离子Na+、Mg2+和Ca2+浓度与对应茶汤中阳离子浓度之间存在极显著相关性,相关系数分别为r=0.998(P<0.01)、r=0.989(P<0.01)和r=0.912(P<0.01);水样及其茶汤中K+浓度之间存在显著相关性(r=0.551,P=0.018),茶汤中的K+远高于水样。茶汤中Na+与水样中相差不大,但MW2、MW1和TW水样中Ca2+较高,其对应茶汤中Ca2+浓度却降低至30 mg·L-1左右,这可能是Ca2+与茶叶的细胞壁发生络合作用所导致的[33]。各水样冲泡所得茶汤中Mg2+均有增加,MW1、MW2的增加量比其他水样小得多。矿泉水呈弱碱性,茶叶中的茶多酚会与Mg2+、Ca2+结合存在于茶渣[32]中,导致矿泉水茶汤中Mg2+增加量较少。尹军峰等[34]研究发现Ca2+是参与茶汤沉淀的最主要金属离子,随Ca2+浓度增加,茶汤变浑,颜色变黄香气品质下降;在一定程度上,Mg2+能够降低速溶绿茶的苦涩味,可能是因为金属离子可促进茶乳酪的形成。

图2 水样及茶汤阳离子(A)和阴离子(B)含量变化情况Fig.2 Changes of cations(A)and anions(B)in water samples and tea infusions注:图中ABCDE、abcdef分别表示水样、茶汤平均值之间显著差异(P<0.05)。

2.2 6种水冲泡惠明茶茶汤呈味呈香物质分析

2.2.1 不同水样冲泡对茶汤生化成分的影响 不同水样茶汤中生化成分如图3所示,茶汤中生化成分与水样理化指标之间相关关系如表2所示。由图3、表2可知,6种不同水样冲泡惠明茶所得茶汤中茶多酚含量远高于其他生化成分。不同茶汤中茶多酚含量存在显著差异(P<0.05),但咖啡因不具有差异显著性(P>0.05)。对茶汤中生化成分与水样理化指标进行相关性分析,结果表明:茶汤中茶多酚与水样中Mg2+、Ca2+、pH和电导率之间均存在极显著负相关关系,相关系数分别为r=-0.811(P<0.01)、r=-0.884(P<0.01)、r=-0.624(P<0.01)和r=-0.657(P<0.01),即水样中离子浓度较低的PW和TR1、TR2的茶汤中茶多酚较多。这与尹军峰等[37]的研究结果一致,原因是水样中的矿质离子促进茶多酚参与茶乳酪的形成。

图3 不同水样茶汤中生化成分含量Fig.3 Changes of biochemical components in tea infusions brewing by different water samples注:图中a,b,c,d,e表示平均值之间的显著差异(P<0.05)。

表2 茶汤生化成分与水样理化指标相关关系Table 2 Correlation analysis of biochemistry components in tea infusions and physicochemical characteristics of water samples

不同茶汤中游离氨基酸、可溶性总糖均存在较大差异。水样的pH与可溶性总糖和游离氨基酸均存在极显著负相关关系,相关系数分别为r=-0.833(P<0.01)和r=-0.687(P<0.01)。除此之外,水样中Mg2+(r=-0.677,P<0.01)、Ca2+(r=-0.613,P<0.01)和F-(r=0.493,P=0.038)的含量也会影响游离氨基酸的浓度,但可溶性总糖与水质因子之间变化不明显。尹军峰等[37]在研究不同类型饮用水对西湖龙井风味品质时发现,总糖浓度变化较为复杂,与水质之间关系不明确;氨基酸浓度随水样总离子浓度的增加而呈现下降趋势。因此,离子浓度低的TR1和PW茶汤中生化成分含量较高。

2.2.2 不同水样对其茶汤香气成分的影响 不同水样茶汤中香气物质组分和含量如图4所示。由图4、表3可知,6种水样冲泡茶汤中香气物质有32～38种,不同茶汤中香气物质组分含量具有明显差异,总含量为5128～7429 μg·kg-1,其中醇类含量最多,占总量35%左右,其次是萜烯类,占总量25%左右,其他类含量相差不大。不同水样茶汤中香气物质的定性和定量分析结果如表3所示,PW和TR1冲泡茶汤香气物质含量较高,分别为7422、7429 μg·kg-1,TR2中茶汤香气物质含量最低,仅有5128 μg·kg-1。惠明茶茶汤中香气物质以苯甲醇、芳樟醇及其氧化物、香叶醇、叶醇、茶吡咯、反式-β-紫罗兰酮、茉莉酮、咖啡碱为主,使得惠明茶茶香以花香、果香以及青草香为主体。

表3 不同水样冲泡惠明茶茶汤中香气物质Table 3 Aroma compounds of Huiming tea brewing by different water samples

图4 惠明茶香气成分总离子流 色谱图(A)和香气成分含量(B)Fig.4 Total ion chromatogram of aroma components(A) and aroma components content in Huiming tea infusions(B)

苯甲醛具有苦杏仁味[38],是惠明茶香气物质中醛类物质的主体,PW茶汤中苯甲醛含量最少,导致其茶汤中醛类物质含量最少;但PW茶汤中的萜烯类和醇类物质远高于其他水样的茶汤,其中芳樟醇及其氧化物(铃兰系清淡爽快花香[39])和香叶醇(玫瑰香气[40])占萜烯类物质总量的60%左右,均与水样中pH、Ca2+呈负相关关系。叶醇(浓郁的青香气[25])和苯甲醇(果香[41])占醇类物质的75%左右,两者均与水样的理化指标呈负相关关系。

TR1中离子含量与PW相差不大,导致TR1香气物质含量的主体香气成分与PW相差不大,但醛类物质远高于PW,因此,TR1更适合冲泡惠明茶,使其香气成分更完整。MW1、MW2和TW茶汤中香气物质总量相差不大,均为5500 μg·kg-1左右。MW2中Ca2+远高于其他水样,导致MW2茶汤中萜烯类物质低于MW1和TW。这与尹军峰[42]非重碳酸盐高钙水(CaCl2)会使得醛类香气物质及芳樟醇含量增加的结果一致。

2.2.3 不同水样对其茶汤感官品质的影响 6种水样冲泡茶汤的感官评价结果如图5所示。TR1、TR2的综合评价明显优于其他类型水样,尤其是TR2茶汤汤色和滋味较好,TR1香气评价最好,这与香气成分分析结果一致。对感官评价结果与水样的理化指标进行相关性分析(表4),结果表明:茶汤的滋味和香气与水样的Na+、K+、Cl-等大部分离子存在显著负相关性(P<0.05),而汤色仅与Ca2+和电导率存在显著负相关性(P<0.05)。因此,冲泡惠明茶的水样中离子浓度越高,其茶汤的感官结果越差。这与尹军峰等[37]的研究结果一致,同等矿化度下,硬度越高的水冲泡所得茶汤品质越差。

表4 感官评价与水样理化指标相关性分析Table 4 Correlation analysis of sensory evaluation in tea infusions and physicochemical characteristics of water samples

图5 感官评价雷达图Fig.5 Sensory evaluation on tea infusions

2.3 多元统计分析

2.3.1 不同水样茶汤中香气物质的主成分分析(PCA)和聚类分析(HCA) 基于表3中的香气物质进行PCA,研究不同水样茶汤之间香气物质的差别。如图6A所示,前三个主成分解释了总方差的85.60%(54.68%、17.41%、13.50%),PC1主要与苯乙醛、反式-β-紫罗兰酮、茉莉酮、苯乙醇、芳樟醇、(E)-芳樟醇氧化物、乙醇、1-戊醇、二氢猕猴桃内酯、香芹酚、二氢芳樟醇、β-紫罗兰环氧化物有关,PC2与乙位月桂烯、柠檬烯、β-罗勒烯、顺式-2-戊烯-1-醇、甲基庚辛酮、苯甲醛、茶吡咯、α-松油醇、顺式-3-己烯酸、壬酸、咖啡碱相关,PC3则与反式-2-己烯醇、氨基甲酸苄酯、水杨酸甲酯、2-乙酰基吡咯、吲哚有关。依据PC3将MW2区分出来;以PC1和PC2为基础,可以分别将TR2、TR1、PW和TW、MW1区分开(图6B)。由此可以证明,不同水样茶汤香气成分之间差异明显。

图6 不同水样茶汤中香气成分主成分分析和聚类分析Fig.6 PCA and HCA analysis of different aroma compounds in different tea infusions注：A为前三个主成分散点图;B为前两个主成分散点图;C为层次聚类分析。

图6C依据表3中数据,利用HCA的树状图,将6种水样茶汤中香气成分差异可视化。6种水样茶汤分别以0.903、0.998、1.084的对数距离将TR1和MW1、TR2和MW2与PW和TW三组。依据表3中数据可以得到茶汤中不同香气物质含量占总量的比例两两相近,这与聚类结果一致,这可能是由于同类型水样之间水质差异较大,导致其冲泡的茶汤中香气成分差异较大。由此证明,6种水样茶汤中香气成分两两类似,但由于水样水质不同,导致每一组中香气物质总量的明显差异。因此,水质对惠明茶茶汤中香气物质成分影响较大。

2.3.2 茶汤中香气物质成分的相关性分析 不同水样茶汤中香气物质成分与茶汤生化成分、水质因子的相关性分析如表5所示。12种主要香气物质中,除苯甲醛外,其余均与各个因子之间存在较高的相关性,苯甲醛的产生不受水质的影响。咖啡碱无嗅,味苦,与可溶性总糖呈极显著负相关关系(P<0.01);除苯甲醛、咖啡碱外其余香气物质与茶汤中可溶性总糖存在正相关性,游离氨基酸与多数香气物质((Z)-芳樟醇氧化物、苯甲醛、苯甲醇、2-乙酰基吡咯、咖啡碱除外)存在显著正相关性(P<0.05);仅有香叶醇与茶多酚存在极显著正相关关系(P<0.01)。郭玉琼等[43]在研究青心乌龙茶包揉过程主要生化成分变化中,提到氨基酸与糖的缩合作用以及氨基酸直接脱水可形成吡嗪类香气物质等。

表5 茶汤中主要香气成分与茶汤生化成分、水质因子相关性分析Table 5 Correlation analysis of main aroma components in tea infusions and biochemical composition and water quality factors

叶醇、香叶醇、苯甲醇、反式-β-紫罗兰酮、芳樟醇及(Z)-芳樟醇氧化物与水样中Ca2+呈显著负相关关系(P<0.05),香叶醇、芳樟醇及其氧化物是在磷酸甲基赤藓糖醇途径(MEP)中形成对应前体物质[2,44],可能是水质因子影响MEP中酶的作用,导致水样中Ca2+影响这些香气物质的含量。惠明茶的大部分主体香气物质与水样pH也成极显著负相关关系(P<0.01),说明水样的pH越高,茶汤香气物质含量越少,香气品质越差。

3 结论

饮用水中不同浓度的阴阳离子、pH以及电导率对惠明茶茶汤品质影响明显。Ca2+、Mg2+浓度较高的MW1、MW2和TW冲泡惠明茶茶汤中Ca2+浓度明显降低,Mg2+、电导率增加量均小于TR1、TR2和PW。不同水样茶汤中游离氨基酸与Ca2+、Mg2+、pH，可溶性总糖与pH，茶多酚与Ca2+、Mg2+、pH、电导率存在极显著相关性(P<0.01),咖啡因无显著相关性(P>0.05)。惠明茶茶汤香气物质以萜烯类和醇类为主,主要呈花香、果香和青草香,通过PCA和HCA分析表明不同水样茶汤中香气物质差异明显。TR1、PW茶汤香气物质含量分别为7429、7422 μg·kg-1,远高于其他水样茶汤(约5100 μg·kg-1),且大部分香气物质与水样Ca2+、pH之间存在显著负相关性(P<0.05),与可溶性总糖、游离氨基酸存在正相关性。感官品质上,TR1、TR2明显优于其他水样,其中TR2的汤色和滋味较好,TR1的香气评价最好,TW相对较差。