高錦紅，陳瑩，李雅麗

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用氧彈式量熱計測定茶葉的熱值

高錦紅，陳瑩，李雅麗

渭南師范學院化學與材料學院，陜西 渭南 714000

熱值作為衡量物質(zhì)質(zhì)量的一個重要物理數(shù)據(jù)，從能量角度為評價同類食品質(zhì)量提供一種新思路和方法。利用氧彈量熱計測定12種茶樣的熱值，結(jié)果顯示熱值范圍在14.96~16.16?kJ·g-1。量熱計測定熱值方法簡單、操作簡便。了解茶葉的熱值，對飲茶人群的膳食結(jié)構(gòu)及對茶類食品的開發(fā)利用、貯藏、食用等方面有一定的指導和參考意義。

氧彈量熱計；茶葉；熱值

茶是中國人的傳統(tǒng)飲品之一，被稱為國際健康飲品，喝茶是中國人歷來的傳統(tǒng)，有著悠久的歷史。茶葉的主成分有蛋白質(zhì)、氨基酸、咖啡堿、多酚類、脂質(zhì)、植物色素及揮發(fā)性成分等。茶葉具有生津止渴、排熱解毒、解困消暑和利尿等功效，茶中的維生素C能防止膽固醇過高，葉綠素能發(fā)揮血液的再生能力，茶能使人體血液維持在弱堿性。茶還對環(huán)境保護有一定作用，其所含的咖啡堿、水溶性蛋白質(zhì)等可發(fā)生物理或化學吸附，會聚合臭氣物質(zhì)達到環(huán)境修復的功能[1-2]。

氧彈式量熱計作為熱值測定技術(shù)手段，目前廣泛應用于煤炭、冶金、建筑材料、醫(yī)藥及食品等的熱值研究中[3-6]。有關(guān)茶葉的熱值研究目前少有報道，本文選漢中綠茶、鐵觀音、西湖龍井和普洱茶等為研究對象，對12種茶樣的熱值進行測定，目的在于提供每克茶葉能在體外燃燒釋放的熱能，對茶葉的加工、貯藏及食用等提供一定的數(shù)據(jù)參考。

孫國祥等[7]在研究中藥質(zhì)量時，將熱值作為衡量中藥質(zhì)量的一個重要物理科學數(shù)據(jù)，首次提出熱含量相似度概念用于劃分質(zhì)量等級，從能量角度為評價中藥質(zhì)量提供了一種新的思路和方法。本文利用熱值數(shù)據(jù)信息結(jié)合聚類分析法進行樣本間的歸類分析，將熱值這一信息引入樣本分類分析研究中，為茶類食品的質(zhì)量評價提供新的思路和方法，對于茶葉的質(zhì)量綜合評價等具有一定的參考意義。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

12種測試樣分別為紫陽毛尖（陜西）、漢中綠茶（陜西）、白茶毛峰（福建）、安溪鐵觀音（安溪）、祥華鐵觀音（福建）、西湖龍井（杭州）、普洱茶（云南）、雪水云綠（桐廬）、生沱（云南）、熟沱（云南）、普沱（臨滄）、碧螺春（陜西），均購自當?shù)爻小?/p>

WGR-1型氧彈式量熱計（長沙奔特儀器有限公司），101-2型電熱鼓風干燥機（上海儀器總廠），電子天平（上海精細科學有限公司），點火絲（康銅絲），苯甲酸（AR），藥用膠囊（西安金花制藥有限公司；批號150710）。

1.2 實驗方法與步驟

1.2.1實驗方法

根據(jù)燃燒熱的定義[8]，燃燒熱是可燃物質(zhì)B在一定的壓力和反應溫度時1?mol物質(zhì)B完全氧化為同溫下的指定產(chǎn)物時的反應熱。

其中指定產(chǎn)物是指該可燃性物質(zhì)中的C變?yōu)镃O2（g），H變?yōu)镠2O（L），S變?yōu)镾O2（g），N全部生成N2（g），Cl成為HCl（水溶液）。燃燒熱的測定一般都是在恒容或恒壓條件下進行，本實驗測定茶葉樣本的恒容燃燒熱，數(shù)據(jù)處理利用如下公式：

V=卡Δ－點火絲Δ點火絲－膠囊膠囊

式中：、V、卡、Δ、點火絲、Δ點火絲分別為待測樣本的質(zhì)量、恒容燃燒熱、熱量計水當量、燃燒前后溫度的變化值、點火絲熱值（已知點火絲=–3.14?kJ·g-1）、點火絲燃燒的實際質(zhì)量。

1.2.2 實驗步驟

熱值測定主要步驟：

第一步：卡的標定。采用已知熱值的苯甲酸作為標準物質(zhì)標定量熱計水當量卡，苯甲酸的熱值為–26.460?kJ·g-1，點火絲的熱值為–3.140?kJ·g-1，均參加計算。

第二步：膠囊殼的熱值測定。實驗用膠囊殼均為同一批次藥用膠囊，購自當?shù)厮幍辍?/p>

第三步：待測樣品的熱值測定。待測樣本均采自當?shù)爻?，樣本收集過程中撇開受病蟲害及機械損傷或有霉變樣本，保證每個樣本在保質(zhì)期內(nèi)。

實驗測定嚴格按文獻[9]方法和步驟進行，用WGR-1型微電腦氧彈式量熱計進行測定。所有熱值結(jié)果中單位采用kJ·g-1。

1.3 樣品處理

將收集的12種茶葉樣本帶回實驗室，用蒸餾水快速清洗，置于80℃烘箱烘至恒重，磨粉、過篩后貯存?zhèn)溆谩?/p>

2 結(jié)果與討論

2.1 水當量W卡的計算

在燃燒熱實驗測定過程中，量熱計與周圍環(huán)境的熱交換是無法完全避免的，實驗中Δ值并不是測定前后溫度直接相減后的差值，因為在測定過程中，系統(tǒng)與環(huán)境之間熱量的散失無法完全避免，有時環(huán)境向量熱計輻射進熱量而使其溫度升高，也可以是量熱計向環(huán)境輻射出熱量而使量熱計的溫度降低，所以燃燒前后溫度的變化值Δ不能直接準確測量，而必須經(jīng)過圖解法進行校正(該法常稱為雷諾校正法)[9]。本實驗在標定W卡時對溫度進行的雷諾校正如圖1所示。

按文獻[9]步驟首先進行W卡的標定實驗，利用公式卡=(–苯甲酸V苯甲酸－△點火絲點火絲)/△對測定數(shù)據(jù)進行處理，得到量熱計水當量：

卡1=8?353.04?J·℃-1。按同法重復實驗3次，量熱計水當量的3次平均值為：

卡=8?439.93?J·℃-1。

圖1 雷諾校正圖

2.2 膠囊殼熱值測定

在待測樣品的前期處理中，待測樣可以用膠囊作載體、用濾紙包裹或壓片3種方法進行處理。本研究選用藥用膠囊作載體，其優(yōu)點是膠囊作載體時能保證取樣的均勻性、裝樣方便快捷、易于點火且能保證測試樣完全燃燒，保證了實驗結(jié)果的準確性。在測樣品之前，首先完成膠囊載體的熱值測定工作。本實驗所用膠囊殼為同一批次藥用膠囊殼，其熱值按文獻[9]的方法測定，數(shù)據(jù)按1.2章節(jié)的實驗方法中的公式處理。平行測3次后，得膠囊殼的熱值平均值為Q膠囊=–24.03?kJ·g-1。

2.3 樣品熱值測定

經(jīng)實驗測定，所有樣本的熱值結(jié)果見表1，表中樣品名稱后括號中的數(shù)字代表樣本編號。從熱值結(jié)果看，與其他食品的熱值[10]相比，12種茶樣的熱值相對較低。

表1 熱值結(jié)果

2.4 熱值比較分析

根據(jù)表1結(jié)果對測試樣作熱值柱狀圖（圖2），從圖中能直觀地看出各樣本熱值高低。孫國祥等[3]報道，食物在進入機體后在體內(nèi)代謝酶作用下會伴隨著含能物質(zhì)能量釋放過程，雖然食物中含能物質(zhì)不是完全變成氧化物的形式，但熱值高的物質(zhì)中含能物質(zhì)總量也是較高的。從本實驗結(jié)果中能看出一些茶葉的熱值相對較高，但飲茶者從中獲得的能量高低，與茶葉沖泡過程中的很多因素有關(guān)，如茶的沖泡方法、水質(zhì)及溫度、時間等，還與茶所含高能物質(zhì)能否經(jīng)沖泡而溶于茶湯之中有關(guān)，如脂質(zhì)、植物色素和蛋白質(zhì)等成分很難溶于水中，多酚類和維生素在茶葉制作過程也會改變成分和含量。本研究只選取了部分茶葉樣本，提供了每克茶葉能在體外燃燒所釋放的熱值，而有關(guān)不同級別茶葉的熱值、茶葉的熱穩(wěn)定性及熱值與穩(wěn)定性間的相關(guān)性等問題研究有待進一步分析研究，這對茶葉的綜合分析評價具有一定的積極意義。

2.5 熱值分類分析

聚類分析法已廣泛應用于中藥、食品等的分類研究中，該方法從原始信息數(shù)據(jù)出發(fā)，根據(jù)信息數(shù)據(jù)的特征和親疏程度進行分類，相似性大的樣本相聚一起，差異較大的則聚為不同類[11]。以12個樣本的熱值為原始信息數(shù)據(jù)進行聚類（圖3），圖中第Ⅰ類包括雪水云綠、西湖龍井，碧螺春、生沱、安溪鐵觀音、漢中綠茶、白茶毛峰、祥華鐵觀音和熟沱，表明這些樣本中含能物質(zhì)較相近；第Ⅱ類為普洱茶，單獨聚為一類，表明普洱茶不同其他樣本，這與其所含成分有關(guān)，普洱茶是一種以大葉種曬青毛茶為原料經(jīng)過發(fā)酵加工成的散茶和緊壓茶，是中國茶葉中極具特色的茶類，其品質(zhì)的好壞與加工過程中的溫度、光線、水分、氧氣和有益微生物控制等有關(guān)系；第Ⅲ類包括紫陽毛尖和普沱兩個樣本，表明這兩種茶葉含能物質(zhì)較相近，從測定結(jié)果也能看出兩個樣本的熱值在所有樣本中相對最低。

聚類譜系圖中樣本歸類明顯，通過熱值的差別反應出樣本間含能物質(zhì)的高低及組成上存在的差異。本研究表明，聚類分析法結(jié)合熱值能進行樣本分類判別，優(yōu)點是熱值測定簡單，樣本不需要復雜處理，分類結(jié)果直觀，可見，熱值作為衡量食品含能物質(zhì)高低之外，也可作為食品質(zhì)量評價及樣本間相似性分析的原始信息數(shù)據(jù)。

圖2 熱值對比

圖3 熱值聚類譜系圖

3 結(jié)論

食品的熱值，在一定程度上能夠反映食品對機體熱值的增加作用，量熱計用于待測樣熱值測定，實驗方法簡單、操作簡便，能從整體上準確地測定出食品中化學物質(zhì)總含量的高低，量熱計作為熱值測定的主要技術(shù)手段，在各類食品的熱值研究中應用很廣。

熱值常用于衡量營養(yǎng)膳食能量的大小，也可作為衡量食品質(zhì)量的一個重要物理科學數(shù)據(jù)，本實驗所測茶葉樣本的熱值范圍在14.96~16.16?kJ·g-1，熱值結(jié)果對茶葉加工利用及綜合評價等提供一定的數(shù)據(jù)參考。

將熱值作為一種新的信息引入樣本分類分析研究中，能從能量的角度為評價同類食品的質(zhì)量提供新的思路和方法，對食品的質(zhì)量綜合評價分析研究具有一定的積極意義。

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Determination the Calorific Value of Tea by Bomb Calorimeter

GAO Jinhong, CHEN Ying, LI Yali

College of Chemistry and Materials, Weinan Normal University, Weinan 714000, China

The calorific value is an important physical data to measure the quality of materials.It can provide a new idea and method for evaluating the quality of similar foods from the energy point of view. The calorific values of 12 kinds of tea samples were determined by bomb calorimeter in this study.The results showed that the calorific values of these tea foods ranged from 14.96?kJ·g-1to 16.16?kJ·g-1. The determining method was simple, easy to operate. Understanding the calorific value of tea had a certain guiding and referencing significance for the development, utilization, storage and consumption of tea foods.

bomb calorimeter, tea, calorific value

TS272

A

1000-369X(2018)04-425-05

2017-12-18

2018-01-05

國家青年科學基金項目（21503150）、陜西省教育廳項目（15JK1259）、渭南師范學院自然科學基金項目（17YKS02）

高錦紅，女，副教授，主要從事物理化學工作。E-mail:gjh97@163.com