黔北茶叶矿质元素与生化品质含量特征分析

颜秋晓，王道平，李相楹，李春燕，胡恩明，张清海

（1.贵州医科大学省部共建药用植物功效与利用国家重点实验室，贵州贵阳550014；2.贵州省中国科学院天然产物化学重点实验室，贵州贵阳550002；3.贵州大学林学院，贵州 贵阳 550025；4.贵州大学新农村发展研究院，贵州 贵阳 550025；5.贵州医科大学食品安全学院，贵州 贵阳 550004）

茶叶在我国有着悠久的历史，微量元素、茶多酚和茶氨酸等营养指标是其品质的重要组成内容。其中，微量元素是构成植物基础物质的元素，是茶树生长必不可少的营养成分，在植物体内含量稳定，变异小[1]；茶多酚、茶氨酸是影响茶叶品质的重要指标，也是评价茶叶优劣的主要指标之一。

贵州地处云贵高原东部，遵义地属贵州北部，属亚热带季风气候，酸性黄壤土分布广泛，pH 4～5，适宜茶叶生长，而且贵州土壤富含微量元素，其中硒元素平均含量高于全国平均水平[2]。黔北地区是我国主要产茶区之一，其中湄潭县、凤冈县、道真县为主要核心区，茶叶品质较高，特别是具有地域特色的富硒茶、富锌茶、富钾茶、富锶茶等，品质优良[3-4]。大量研究表明贵州茶叶含有较高的硒（Se）、锌（Zn）、锶（Sr）等微量元素，且比例协调，使茶叶具有保健功能，丰富的微量元素有利于人体健康[5-7]；此外，微量元素参与茶叶某些有机成分的合成，如叶绿素、酶活性等物质形成和转化，与茶多酚、咖啡碱、氨基酸等相关性也较为明显，表现在茶叶的色、香、味等品质上[8]。

但茶叶中微量元素、茶多酚和茶氨酸等营养成分含量受诸多因素影响，茶叶品质与当地的茶树品种、农业地质背景、海拔气候条件、生态环境及制茶工艺等紧密相关[9]。遵义地区的湄潭县、凤冈县、道真县地理分布不连续，土壤分布较区块化，成土母质不同导致土壤环境矿质元素存在异质性[10]；与代谢有关的钙（Ca）、镁（Mg）、锌（Zn）、铁（Fe）、锰（Mn）等元素含量受土壤环境影响，变异性较大，且由于茶叶的品种、采摘、制茶工艺等的不同，造成同一区域内出现茶叶品质不一的现象[11]，产品级别混乱限制了贵州茶叶高品质产业化发展[12]。目前对成品茶叶品质等级的初步评判仅限于感官评价，对茶叶中微量元素和活性成分等营养分析评价和要求缺乏相关标准，导致市场中流通的茶叶营养品质存在参差不齐情况，且茶叶品质的研究多集中于地质背景、土壤环境和施肥等对茶叶生长和养分组成的影响，对市售成品茶叶的品质分析和评价较少。因此，本文在湄潭县、凤冈县、道真县当地茶叶市场随机抽取3个区域的当季春茶成品进行主要矿质元素和生化指标的分析，揭示黔北地区市售茶叶中主要矿质元素和品质指标含量特征，探索不同地区和不同制茶工艺对茶叶品质差异性的影响，为茶叶品质评价和等级划分提供基础支撑。

1 材料和方法

1.1 材料

茶叶于2020年在贵州省遵义市湄潭县、凤冈县、道真县各茶叶种植地采摘，按照原料统一、工艺统一和日期统一的原则，选择品质中上等的茶叶，进行抽样。

在同一批次成品中每随机抽取5袋成品混成一个样品，共采集样品27个，其中：湄潭县绿茶样品4个，红茶样品2个；凤冈县绿茶样品5个；道真县绿茶样品13个，红茶样品3个，具体采样信息见表1。将采回的茶叶样品再次烘干至恒重，进行粉碎过筛后装袋备用。

表1 样品采样信息Table 1 Sample sampling information

1.2 仪器与试剂

Prodigy XP等离子体发射光谱仪：美国利曼/Teledyne Leeman Labs公司；AFS-2100双道原子荧光光度计：北京海光仪器有限公司；APL微波消解仪：奥普乐科技集团（成都）有限公司；明澈TM-D24uv-纯水系统：德国Merck Millipore公司；Agilent Cary 60紫外可见分光光度计：安捷伦科技有限公司；1 000 μg/mL单元素标准溶液：国家有色金属及电子材料分析测试中心；硝酸、高氯酸、30%双氧水（优级纯）：天津科密欧化学试剂有限公司。

1.3 方法

Ca、Mg、Mn、Fe、Zn、Sr 元素含量测 定 参 照 GB/T 30376—2013《茶叶中铁、锰、铜、锌、钙、镁、钾、钠、磷、硫的测定电感耦合等离子体原子发射光谱法》；Se测定参照GB/T 21729—2008《茶叶中硒含量的检测方法》；茶多酚含量测定参照GB/T 8313—2018《茶叶中茶多酚和儿茶素类含量的检测方法》；氨基酸含量测定参照GB/T 8314—2013《茶游离氨基酸总量的测定》，每个样品平行3次。

1.4 数据分析

采用Excel 2007版、DPSv7.05版统计软件，对结果进行计算绘制相关表格、检验及方差分析等，用OriginPro8制图。

2 结果与分析

2.1 微量元素含量特征

2.1.1 元素 Ca、Mg、Mn、Fe、Zn 在黔北不同产区的含量特征

茶叶中 Ca、Mg、Mn、Fe、Zn 含量见图 1。

Ca、Mg、Mn、Fe是茶树主要的机体组成成分。由图1可知，Ca含量为道真红茶＞湄潭红茶＞道真绿茶≈湄潭绿茶＞凤冈绿茶；Mg含量为湄潭红茶＞湄潭绿茶＞道真红茶＞凤冈绿茶＞道真绿茶；Mn含量为道真红茶＞湄潭红茶＞道真绿茶≈凤冈绿茶＞湄潭绿茶；Fe含量为道真红茶＞湄潭绿茶＞道真绿茶＞凤冈绿茶≈湄潭红茶，道真红茶Fe含量远高于其它几种茶，同一地区红茶与绿茶Fe含量差异很大，道真红茶（192.49 mg/kg）明显高于道真绿茶，而湄潭绿茶Fe含量是湄潭红茶的约2倍；Zn含量为湄潭绿茶≈湄潭红茶＞道真绿茶≈道真红茶＞凤冈绿茶，同一地区内绿茶、红茶Zn的含量差异不明显，但不同地区间含量差异较大，道真和湄潭Zn平均含量均是绿茶略高于红茶，凤冈绿茶Zn含量明显低于其它两地。

图1 茶叶中 Ca、Mg、Mn、Fe、Zn 含量Fig.1 Ca，Mg，Mn，Fe，Zn content of tea

由此可见，不同地区以及制茶工艺均影响茶叶微量元素含量，茶树体内元素含量不仅受土壤化学特征的影响，而且受茶树选择性积累能力的影响[13-14]。在酸性茶园土壤中，矿质元素活性提高，成土过程中常有Fe、Mn富集的现象，且茶树是一种典型的聚锰植物，Mn对茶树生长有着特殊的意义，参与茶树的光合作用、呼吸作用，促进多酚氧化酶的活性、VC和氨基酸的合成，有利于红茶发酵，提升其品质。Zn与茶叶中某些酶的组分、生长素、蛋白质和淀粉的积累等呈正相关，Zn含量的高低直接影响着茶叶的品质[15]。Fe等微量元素是茶树生长所必需的营养元素，Fe能促进叶绿素的合成、参与光合作用和呼吸作用，与氨基酸、可溶性糖等有显著的正相关性，对茶叶品质也有重要影响[16]。

2.1.2 元素Se、Sr在黔北不同产区的含量特征

茶叶Se、Sr含量见图2。

图2 茶叶Se、Sr含量Fig.2 Se，Sr content of tea

由图2可知，黔北3个主要产茶区的茶叶Se含量水平较低，为0.05 mg/kg～0.14 mg/kg。其中，凤冈绿茶的Se平均含量最高，其次是道真红茶，最低的是湄潭绿茶。黔北地区茶叶的Sr含量差异较大，整体来看道真茶叶Sr含量高于湄潭茶叶和凤冈茶叶，且道真茶叶和湄潭茶叶均是红茶Sr含量高于绿茶，特别是道真红茶含量高于其它茶叶含量，表明道真茶叶Sr含量除受地区差异影响以外，还受到制茶工艺不同的影响。NY/T 600—2002《富硒茶》规定富硒茶硒含量范围为0.25 mg/kg～4.00 mg/kg。黔北地区茶叶一直以富含Se、Sr而享誉于世，特别是道真县为富硒优质茶区，但从抽样检测结果来看，大部分春茶成品未达到富硒标准，这与土壤中硒的形态特征和茶树品种对硒的累积特征等密切相关。王雅玲[17]研究表明茶园土壤硒含量与茶叶硒含量相关性不明显，但变化趋势基本相同，土壤全硒含量不是控制茶叶硒含量高低的最主要因素，且其有效性受土壤理化性质、养分等影响。杨奎等[18]研究表明，土壤阳离子交换量、全铁、全锰含量可降低水稻中硒生物可利用态的含量，降低植株对硒的吸收，是影响土壤硒生物有效性的主要因素。

2.2 黔北地区茶叶微量元素含量变异特征

不同地区的元素含量差异大，同一地区同一元素的含量差异也较大，黔北地区茶叶微量元素含量变异特征见表2。

表2 黔北地区茶叶微量元素含量变异特征Table 2 Coefficient of variation of trace element content of tea in Northern Guizhou region

由表2可知，与其它地区茶叶相比，湄潭红茶各元素c.v较小，这可能与其样本数较少，茶叶来源地集中，减少了不同地块土壤环境差异的影响；凤冈绿茶各元素变异程度为弱变异到中等变异，凤冈地区绿茶样品除Se以外，各元素间的含量差异较小，也间接表明了凤冈绿茶原产地土壤矿质元素含量差异较小，土壤环境较为稳定。

同一个元素在3个地区中表现出较大的离散性差异，Mn、Fe、Se最为明显，其中以道真绿茶 Mg（c.v=64.86%）和Fe（c.v=57.21%）、道真红茶和湄潭绿茶中Mn（c.v分别为 63.17%和 61.89%）、道真红茶的 Se（c.v=60.00%）变异程度最高，即样品中这几种元素含量的离散性最高。这可能与茶园土壤地块差异、茶树对元素吸收的差异以及制茶过程中损失程度不一等有关。

总体来看，3个主产区Se的c.v均较大，为中变异和强变异，其中仅湄潭红茶变异较小，其区域内的样品Se含量结果间差异较小。凤冈县、道真县为贵州主要的富硒茶产地，但在县区域内富硒土壤分布较区块化[19]，而道真红茶Se含量的c.v达60.00%，凤冈绿茶达35.71%，茶叶样品间Se含量差异较大，这也表明了在其区域内，富硒土壤和一般土壤地区的茶叶Se含量较大，其富硒茶叶仅为部分地区，因此在富硒茶叶的品质选择上应注意土壤区域的影响。此外，Se在茶树不同部位含量也有差异，研究表明，茶树吸收Se是一个浓度差传递的稀释过程，老叶中Se含量最高，其次是果壳、老枝、嫩叶等，且茶树树龄及炒制工艺也影响Se在茶叶中的积累；不同的器官和组织、不同的生长季节、不同施肥管理措施对茶叶Mn含量的变化影响也很明显，研究发现，老叶Mn、Fe含量明显高于新叶，生长旺盛的夏季叶片Mn含量高于春季和秋季，不同季节、不同品种间Fe含量差异不显著[20-22]。因此，同一地区产的茶叶，由于其生长区域、茶树年龄以及采摘部位等不同均可导致茶叶样品中微量元素的含量差异。

2.3 黔北茶叶生化品质特征

茶多酚是茶叶主要品质指标之一，是茶叶中以儿茶素为主的多酚类物质的总称。研究发现茶多酚具有极强的清除有害自由基，阻断脂质过氧化过程的作用，也是茶叶中主要的抗氧化物质，对多种癌症具有预防和辅助治疗作用[23]。茶叶中多种游离氨基酸是构成茶叶色、香、味、品质等级的主要指标物质[24]。研究表明茶多酚是决定茶汤浓度和茶汤苦涩味的主要物质，适量的茶多酚和氨基酸含量能丰富茶汤口感，回甘性好，但茶多酚的质量分数超过一定范围时，会增加茶汤苦涩味，影响茶叶的口感和品质；而丰富的氨基酸能消减由茶多酚、咖啡碱、儿茶素等引起的苦涩味，茶汤更鲜爽甘甜[25-27]。茶叶干物质中茶多酚质量分数一般为18%～36%，氨基酸为3%左右[28]。黔北茶叶中茶多酚、氨基酸含量特征见表3。

表3 黔北茶叶中茶多酚、氨基酸含量特征Table 3 Characteristics of tea polyphenols and theanine content in tea in Northern Guizhou Province

由表3可知，黔北茶叶茶多酚含量为23.57%～43.24%，平均含量为32.41%；氨基酸含量为1.06%～2.05%，平均含量为1.63%，两种成分均是绿茶高于红茶，其中以道真绿茶最高。由酚氨比来看，湄潭红茶、凤冈绿茶、道真绿茶的酚氨比较高，茶汤较为苦涩；湄潭绿茶、道真红茶的酚氨比较为合适，不会对茶汤口感产生影响。红茶中茶多酚与氨基酸含量均低于绿茶，这与红茶的制作工艺有密切关系，红茶属于全发酵茶叶，更复杂的制茶工艺加剧了茶叶中生化指标的损失、氧化、分解等作用。此外，成品茶叶的储存也会对茶叶品质产生影响，温湿度、氧气、光照等对茶叶储存中茶多酚、氨基酸、维生素、叶绿素等成分变化有着密切关系，随着时间的推移，茶叶有效成分不断氧化分解下降[29]。

2.4 黔北茶叶微量元素间及其与茶叶生化品质的相关性分析

品质间相关性分析见表4。

表4 品质间相关性分析Table 4 Analysis of correlation between trace elements

由表4可知，元素Ca与Sr呈极显著正相关，与Mn、Mg元素呈显著正相关；Mg与Fe、Zn呈显著正相关；Mn与Sr呈显著正相关，与Zn呈显著负相关；Fe与Zn呈极显著正相关，与Se呈显著负相关。

通过相关性分析可知，茶叶在吸收微量元素时，Ca与Sr之间和Fe与Zn之间均存在较强的协同作用，Mn与Fe、Zn、Se间有着不同程度的拮抗作，与Sr具有协同吸收作用。有研究指出茶树中Mn/Fe的比值与茶树异常病有关，Fe浓度影响茶树对Mn的吸收及在茶树体内的分配规律，Mn/Fe比值低时，根系出现积锰现象，但叶片和嫩芽表现缺锰症状，Mn/Fe比值高的生长环境中，茶树根系中大量Fe向地上部分迁移；Fe、Mn间的交互作用表现在不同浓度和时期，并非单一的拮抗作用，表现为前期拮抗作用，中期不明显，后期增效协同[30]。

一般茶园土壤的酸性环境中，容易表现锰的富集，因而容易导致茶树缺铁、缺锌、缺硒的症状；此外，硒锌拮抗作用对茶吸收和转化Se有显著影响，且随季节有所不同，并显著改善茶叶化学品质：如在Se（100 μg/mL～200 μg/mL）、Zn（0.4%～0.8%）处理下，春、夏、秋季茶的多酚氧化酶活性相对较高[31-32]。茶园施肥管理时，应特别注意这几种元素的含量比例，特别情况下采用叶面施肥等措施。

Mn与茶多酚、氨基酸有极显著和显著负相关。茶树是典型的聚锰植物，适当的Mn能促进茶叶中各种氨基酸的合成，提高其含量，但Mn含量过多不利于氨基酸的形成，且对茶多酚有一定抑制作用[30]。黔北茶叶中Mn含量丰富，一定程度上抑制了茶多酚、氨基酸的合成。而茶多酚、氨基酸是茶叶重要的品质指标，因此对于黔北地区土壤中的Mn含量应加以监控管理，控制茶树对Mn的过度聚集。黔北茶叶中茶多酚和氨基酸与Zn呈显著正相关性，Zn元素有利于茶多酚和氨基酸的形成，对其品质优劣尤为重要，这与目前大多数的研究结果相一致[33]。氨基酸含量与Ca、Sr均呈显著负相关性，黔北茶叶中Ca、Sr含量对氨基酸的形成有一定的抑制作用，其原因可能为当茶叶中金属离子含量较高时，氨基酸能与Ca、Sr等离子发生作用形成络合物[34]。

3 结论与讨论

黔北茶叶矿质元素含量丰富，但不同地区茶叶中含量差异较明显，同一地区由于制茶工艺的不同，在红茶、绿茶中也有所区别，各矿质元素含量的变异系数较大。Ca含量为道真红茶＞湄潭红茶＞道真绿茶≈湄潭绿茶＞凤冈绿茶；Mg含量为湄潭红茶＞湄潭绿茶＞道真红茶＞凤冈绿茶＞道真绿茶；Mn含量为道真红茶＞湄潭红茶＞道真绿茶≈凤冈绿茶＞湄潭绿茶；Fe含量为道真红茶＞湄潭绿茶＞道真绿茶＞凤冈绿茶≈湄潭红茶，红茶和绿茶中Fe含量差异明显；Zn含量为湄潭绿茶≈湄潭红茶＞道真绿茶≈道真红茶＞凤冈绿茶；道真茶叶中Sr含量最高，红茶高于绿茶；凤岗绿茶中Se含量最高，但3个主产区茶叶Se含量均水平较低，大部分茶叶未达到富硒标准。

黔北茶叶茶多酚含量为23.57%～43.24%，氨基酸含量为1.06%～2.05%，均为绿茶高于红茶。由酚氨比来看，湄潭红茶、凤冈绿茶、道真绿茶酚氨比较高，茶汤较为苦涩；湄潭绿茶、道真红茶酚氨比含量较为合适，又不会对茶汤口感产生影响。

茶叶中微量元素具有一定的相互作用，不同微量元素对茶多酚、茶氨酸的合成也有影响。研究发现茶叶中Ca与Sr、Mn、Mg间呈极显著和显著正相关；Mg与Fe、Zn之间呈显著正相关。茶树对矿质元素Ca和Sr、Mg、Fe、Zn 的吸收存在协同作用；Mn 除与 Sr有显著正相关外，与其余微量元素和茶氨酸、茶多酚间均有着不同程度的负相关性，表明黔北茶叶中Mn对其他微量元素的吸收和氨基酸、茶多酚的形成有一定的拮抗作用[29]。氨基酸与Ca、Sr显著负相关，茶叶中Ca、Sr含量对氨基酸的形成有一定的抑制作用

茶叶品质主要受控于土壤环境条件，应注意茶叶种植田间管理措施，活化土壤矿质元素有效形态，提升茶叶对有益矿质元素的吸收，并对抑制有益化学成分形成的元素加以监控，控制在合适范围内，平衡矿质元素与生化指标间的相互协作。此外，制茶工艺也是影响茶叶营养成分差异的原因之一，因此应优化制茶工艺，减少制茶过程中矿质元素和茶多酚、氨基酸的损失；并规范市场茶叶评价标准及等级划分，优化茶叶市场，增强黔北地区茶叶影响力。