曹學(xué)嬌,蘭亞瓊,徐為民,吳 剛,孫 聰,劉 銳,*,陳呂軍

(1.上海師范大學(xué)環(huán)境與地理科學(xué)學(xué)院,上海 200234; 2.浙江清華長三角研究院生態(tài)環(huán)境研究所,浙江水質(zhì)科學(xué)與技術(shù)重點實驗室,浙江嘉興 314006; 3.麗水市水利局,浙江麗水 323020; 4.麗水市水文站,浙江麗水 323020; 5.清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院,北京 100084)

“水為茶之母”水是茶葉色、香、味等風(fēng)味品質(zhì)形成的主要載體,泡茶用水的水質(zhì)優(yōu)劣直接影響茶湯品質(zhì)和其對人體的健康功效[1-2]。綠茶產(chǎn)量占中國茶葉總量70%以上,深受消費者喜愛,水質(zhì)對綠茶茶湯中二甲硫、芳樟醇、β-紫羅酮等香氣成分[3]和氨基酸、兒茶素、咖啡因等營養(yǎng)物質(zhì)[4-8]的溶釋影響較大。盧曉旭等[9]發(fā)現(xiàn)使用含有較多鈣鎂離子的硬水泡茶,會使茶湯發(fā)暗、滋味苦澀、香氣減少。何靚[10]在研究水質(zhì)和沖泡方式對綠茶茶湯的影響時發(fā)現(xiàn),礦泉水有利于兒茶素、茶氨酸和葡萄糖單體本味的呈現(xiàn),純凈水更有利于兒茶素溶液抗氧化功效。尹軍峰等[11]發(fā)現(xiàn)經(jīng)煮沸處理的天然(泉)水沖泡的茶湯較未煮沸處理沖泡的茶湯鮮味下降,苦澀味上升,茶香純正度下降。鄭少燕等[12]在研究水質(zhì)對茶葉內(nèi)含物溶釋時發(fā)現(xiàn),礦物質(zhì)離子含量較高的水沖泡茶葉的茶湯滋味品質(zhì)不佳。目前對茶葉的研究多數(shù)集中在茶葉種類香氣的差異、茶湯中營養(yǎng)物質(zhì)的溶釋等方面,而對于水質(zhì)對茶葉茶湯品質(zhì)的影響研究比較少。

惠明茶屬綠茶,產(chǎn)于浙江省麗水市景寧畬族自治縣,是全國重點茗茶之一[13-14]。本文以惠明茶作為研究材料,選擇6種不同類型飲用水(2種瓶裝天然水、2種瓶裝天然礦泉水、1種瓶裝純凈水、1種城市自來水)作為泡茶水樣,探討不同水質(zhì)對惠明茶茶湯風(fēng)味品質(zhì)的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

表1 6種供試泡茶水水質(zhì)Table 1 Water quality of six kinds brewing water

HM-30P型pH計 日本DKK-TOA公司;CM-31P型電導(dǎo)率儀 美國METTLER TOLEDO公司;ICS-900離子色譜 美國DIONEX公司;ICS-90離子色譜 美國DIONEX公司;UV-2450紫外分光光度計 日本島津公司;氣相-質(zhì)譜聯(lián)用儀5975C-7890A 美國Agilent Technologies公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 茶湯制備 取3.0 g茶葉于燒杯中,加入150 mL沸水,用錫箔紙加蓋沖泡4 min,等速濾出茶湯[15],用于分析檢測茶湯的pH、電導(dǎo)率、陰陽離子濃度等理化指標(biāo);取7.0 g茶葉于錐形瓶中,加入100 mL沸水,加蓋沖泡10 min,用于后續(xù)香氣物質(zhì)分析。

1.2.2 水質(zhì)和茶湯理化指標(biāo)分析方法 pH和電導(dǎo)率均采用電極法測定[16];陰離子和陽離子采用離子色譜測定[16];可溶性總糖依據(jù)《茶學(xué)實驗技術(shù)》[18]中的蒽酮-硫酸法測定;游離氨基酸采用茚三酮比色法測定[17];茶多酚采用酒石酸亞鐵比色法測定[19];咖啡因采用高效液相色譜法測定[20]。

1.2.3 香氣物質(zhì)分析方法

1.2.3.1 固相微萃取提取 在文獻(xiàn)[21-24]方法基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化,具體方法如下:精確稱取7.0 g茶湯,3.0 g氯化鈉,吸取5 μL鄰氯苯酚(100 mg·L-1,內(nèi)標(biāo))至15 mL頂空瓶中并旋蓋密封。將SPME手持器(50/30 μm DVB/CAR/PDMS)插入頂空瓶中,54 ℃水浴萃取60 min后插入7890A-5975C氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀進(jìn)行香氣物質(zhì)分析。

1.2.3.2 GC條件 HP-Innowax毛細(xì)管柱(30 m×250 μm×0.25 μm),載氣:氦氣(99.999%),流速:1.0 mL·min-1,進(jìn)樣口溫度:250 ℃,不分流。升溫程序:50 ℃保持5 min,以3 ℃·min-1升溫到230 ℃后保持5 min。

1.2.3.3 MS條件 全掃描模式,EI電離能量為70 eV,掃描范圍:35～500 amu,傳輸線溫度:280 ℃,離子源溫度:230 ℃,四級桿溫度:150 ℃。

1.2.3.4 定性方法 由GC-MS分析得到的質(zhì)譜數(shù)據(jù)通過與NIST8和Wiley質(zhì)譜庫(Agilent Technologies Inc.)中的標(biāo)準(zhǔn)圖譜比對定性,并采用Kovats保留指數(shù)[25](retention index,RI)下式計算各組分的RI值,結(jié)合文獻(xiàn)[26-29]中報道保留指數(shù)(RI)進(jìn)行比對定性。

式中,tx、tn、tn+1分別為被分析組分和碳原子數(shù)處于n和n+1之間的正構(gòu)烷烴混合標(biāo)準(zhǔn)品(流出峰保留時間(min)。

1.2.3.5 半定量方法 以鄰氯苯酚為內(nèi)標(biāo),根據(jù)樣品中各組分的峰面積與內(nèi)標(biāo)峰面積的比值與內(nèi)標(biāo)物的濃度,計算樣品中各組分的濃度,認(rèn)定內(nèi)標(biāo)的校正因子為1[30]。

1.2.4 感官評審方法 按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 23776-2018中感官審評方法對茶湯進(jìn)行感官評價[15]。參評人員由具有國家評茶員資格的5人進(jìn)行密碼審評,評分結(jié)果取平均值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用統(tǒng)計軟件(SPSS 24.0)對不同水樣的上述成分進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析和單因素方差分析,并進(jìn)行最小差異顯著法檢驗(LSD檢驗)。所有數(shù)據(jù)均表示為三組重復(fù)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(SD)。利用Origin 2019b作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 6種水沖泡惠明茶的茶湯理化性質(zhì)分析

2.1.1 水樣及茶湯中pH和電導(dǎo)率變化 6種水樣及其惠明茶茶湯的pH、電導(dǎo)率如圖1所示。各水樣和茶湯pH范圍在5.93～8.04、6.20～7.03,水樣與其茶湯pH之間存在極顯著相關(guān)性(r=0.806,P<0.01)。除PW外,其余水樣沖泡茶湯的pH均小于水樣pH,這可能是因為茶湯中含有氨基酸、酚類和有機(jī)酸類等化學(xué)物質(zhì)[31]。茶多酚分子中具有酚羥基,可游離出H+,對酸堿度具有一定敏感度,因此,茶湯的酸堿度很大程度決定茶湯的穩(wěn)定性[32]。

圖1 水樣及茶湯pH和電導(dǎo)率變化情況Fig.1 Change of pH and conductivity in water samples and tea infusions注:圖中ABCD、abcd分別表示水樣、 茶湯平均值之間顯著差異(P<0.05)。

各水樣和茶湯電導(dǎo)率范圍分別為1.70～524、499～1111 μS·cm-1,與水樣相比均明顯增加。茶湯電導(dǎo)率與水樣電導(dǎo)率之間也存在極顯著相關(guān)性(r=0.856,P<0.01),其中,TR1、TR2茶湯的電導(dǎo)率增加量明顯高于PW、礦泉水和自來水。茶多酚可以通過苯環(huán)和具有疏水鍵的酚羥基發(fā)生可逆的聚合作用,在水中呈現(xiàn)液態(tài)和膠態(tài),當(dāng)pH偏小時,茶多酚含量會降低,導(dǎo)致茶湯中電解質(zhì)減少。由于PW中pH小于天然水,導(dǎo)致天然水茶湯中電導(dǎo)率增加量高于PW[32];水樣中的Ca2+、Mg2+會參與浮渣的形成,所以礦泉水、自來水由于Ca2+、Mg2+濃度偏高,使茶湯中產(chǎn)生浮渣[33],導(dǎo)致電導(dǎo)率增加量較少。Xu等[31]和Zhou等[32]的研究均表明,茶葉在沖泡過程中溶釋出大量的K+和F-,這也是茶湯電導(dǎo)率增加的原因。

2.1.2 水樣及茶湯中代表性陽離子和陰離子變化 6種水樣及其惠明茶茶湯的陰陽離子濃度如圖2所示。不同水樣的陽離子Na+、Mg2+和Ca2+濃度與對應(yīng)茶湯中陽離子濃度之間存在極顯著相關(guān)性,相關(guān)系數(shù)分別為r=0.998(P<0.01)、r=0.989(P<0.01)和r=0.912(P<0.01);水樣及其茶湯中K+濃度之間存在顯著相關(guān)性(r=0.551,P=0.018),茶湯中的K+遠(yuǎn)高于水樣。茶湯中Na+與水樣中相差不大,但MW2、MW1和TW水樣中Ca2+較高,其對應(yīng)茶湯中Ca2+濃度卻降低至30 mg·L-1左右,這可能是Ca2+與茶葉的細(xì)胞壁發(fā)生絡(luò)合作用所導(dǎo)致的[33]。各水樣沖泡所得茶湯中Mg2+均有增加,MW1、MW2的增加量比其他水樣小得多。礦泉水呈弱堿性,茶葉中的茶多酚會與Mg2+、Ca2+結(jié)合存在于茶渣[32]中,導(dǎo)致礦泉水茶湯中Mg2+增加量較少。尹軍峰等[34]研究發(fā)現(xiàn)Ca2+是參與茶湯沉淀的最主要金屬離子,隨Ca2+濃度增加,茶湯變渾,顏色變黃香氣品質(zhì)下降;在一定程度上,Mg2+能夠降低速溶綠茶的苦澀味,可能是因為金屬離子可促進(jìn)茶乳酪的形成。

圖2 水樣及茶湯陽離子(A)和陰離子(B)含量變化情況Fig.2 Changes of cations(A)and anions(B)in water samples and tea infusions注:圖中ABCDE、abcdef分別表示水樣、茶湯平均值之間顯著差異(P<0.05)。

2.2 6種水沖泡惠明茶茶湯呈味呈香物質(zhì)分析

2.2.1 不同水樣沖泡對茶湯生化成分的影響 不同水樣茶湯中生化成分如圖3所示,茶湯中生化成分與水樣理化指標(biāo)之間相關(guān)關(guān)系如表2所示。由圖3、表2可知,6種不同水樣沖泡惠明茶所得茶湯中茶多酚含量遠(yuǎn)高于其他生化成分。不同茶湯中茶多酚含量存在顯著差異(P<0.05),但咖啡因不具有差異顯著性(P>0.05)。對茶湯中生化成分與水樣理化指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析,結(jié)果表明:茶湯中茶多酚與水樣中Mg2+、Ca2+、pH和電導(dǎo)率之間均存在極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)分別為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),即水樣中離子濃度較低的PW和TR1、TR2的茶湯中茶多酚較多。這與尹軍峰等[37]的研究結(jié)果一致,原因是水樣中的礦質(zhì)離子促進(jìn)茶多酚參與茶乳酪的形成。

圖3 不同水樣茶湯中生化成分含量Fig.3 Changes of biochemical components in tea infusions brewing by different water samples注:圖中a,b,c,d,e表示平均值之間的顯著差異(P<0.05)。

表2 茶湯生化成分與水樣理化指標(biāo)相關(guān)關(guān)系Table 2 Correlation analysis of biochemistry components in tea infusions and physicochemical characteristics of water samples

不同茶湯中游離氨基酸、可溶性總糖均存在較大差異。水樣的pH與可溶性總糖和游離氨基酸均存在極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)分別為r=-0.833(P<0.01)和r=-0.687(P<0.01)。除此之外,水樣中Mg2+(r=-0.677,P<0.01)、Ca2+(r=-0.613,P<0.01)和F-(r=0.493,P=0.038)的含量也會影響游離氨基酸的濃度,但可溶性總糖與水質(zhì)因子之間變化不明顯。尹軍峰等[37]在研究不同類型飲用水對西湖龍井風(fēng)味品質(zhì)時發(fā)現(xiàn),總糖濃度變化較為復(fù)雜,與水質(zhì)之間關(guān)系不明確;氨基酸濃度隨水樣總離子濃度的增加而呈現(xiàn)下降趨勢。因此,離子濃度低的TR1和PW茶湯中生化成分含量較高。

2.2.2 不同水樣對其茶湯香氣成分的影響 不同水樣茶湯中香氣物質(zhì)組分和含量如圖4所示。由圖4、表3可知,6種水樣沖泡茶湯中香氣物質(zhì)有32～38種,不同茶湯中香氣物質(zhì)組分含量具有明顯差異,總含量為5128～7429 μg·kg-1,其中醇類含量最多,占總量35%左右,其次是萜烯類,占總量25%左右,其他類含量相差不大。不同水樣茶湯中香氣物質(zhì)的定性和定量分析結(jié)果如表3所示,PW和TR1沖泡茶湯香氣物質(zhì)含量較高,分別為7422、7429 μg·kg-1,TR2中茶湯香氣物質(zhì)含量最低,僅有5128 μg·kg-1。惠明茶茶湯中香氣物質(zhì)以苯甲醇、芳樟醇及其氧化物、香葉醇、葉醇、茶吡咯、反式-β-紫羅蘭酮、茉莉酮、咖啡堿為主,使得惠明茶茶香以花香、果香以及青草香為主體。

表3 不同水樣沖泡惠明茶茶湯中香氣物質(zhì)Table 3 Aroma compounds of Huiming tea brewing by different water samples

圖4 惠明茶香氣成分總離子流 色譜圖(A)和香氣成分含量(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],是惠明茶香氣物質(zhì)中醛類物質(zhì)的主體,PW茶湯中苯甲醛含量最少,導(dǎo)致其茶湯中醛類物質(zhì)含量最少;但PW茶湯中的萜烯類和醇類物質(zhì)遠(yuǎn)高于其他水樣的茶湯,其中芳樟醇及其氧化物(鈴蘭系清淡爽快花香[39])和香葉醇(玫瑰香氣[40])占萜烯類物質(zhì)總量的60%左右,均與水樣中pH、Ca2+呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。葉醇(濃郁的青香氣[25])和苯甲醇(果香[41])占醇類物質(zhì)的75%左右,兩者均與水樣的理化指標(biāo)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

TR1中離子含量與PW相差不大,導(dǎo)致TR1香氣物質(zhì)含量的主體香氣成分與PW相差不大,但醛類物質(zhì)遠(yuǎn)高于PW,因此,TR1更適合沖泡惠明茶,使其香氣成分更完整。MW1、MW2和TW茶湯中香氣物質(zhì)總量相差不大,均為5500 μg·kg-1左右。MW2中Ca2+遠(yuǎn)高于其他水樣,導(dǎo)致MW2茶湯中萜烯類物質(zhì)低于MW1和TW。這與尹軍峰[42]非重碳酸鹽高鈣水(CaCl2)會使得醛類香氣物質(zhì)及芳樟醇含量增加的結(jié)果一致。

2.2.3 不同水樣對其茶湯感官品質(zhì)的影響 6種水樣沖泡茶湯的感官評價結(jié)果如圖5所示。TR1、TR2的綜合評價明顯優(yōu)于其他類型水樣,尤其是TR2茶湯湯色和滋味較好,TR1香氣評價最好,這與香氣成分分析結(jié)果一致。對感官評價結(jié)果與水樣的理化指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析(表4),結(jié)果表明:茶湯的滋味和香氣與水樣的Na+、K+、Cl-等大部分離子存在顯著負(fù)相關(guān)性(P<0.05),而湯色僅與Ca2+和電導(dǎo)率存在顯著負(fù)相關(guān)性(P<0.05)。因此,沖泡惠明茶的水樣中離子濃度越高,其茶湯的感官結(jié)果越差。這與尹軍峰等[37]的研究結(jié)果一致,同等礦化度下,硬度越高的水沖泡所得茶湯品質(zhì)越差。

表4 感官評價與水樣理化指標(biāo)相關(guān)性分析Table 4 Correlation analysis of sensory evaluation in tea infusions and physicochemical characteristics of water samples

圖5 感官評價雷達(dá)圖Fig.5 Sensory evaluation on tea infusions

2.3 多元統(tǒng)計分析

2.3.1 不同水樣茶湯中香氣物質(zhì)的主成分分析(PCA)和聚類分析(HCA) 基于表3中的香氣物質(zhì)進(jìn)行PCA,研究不同水樣茶湯之間香氣物質(zhì)的差別。如圖6A所示,前三個主成分解釋了總方差的85.60%(54.68%、17.41%、13.50%),PC1主要與苯乙醛、反式-β-紫羅蘭酮、茉莉酮、苯乙醇、芳樟醇、(E)-芳樟醇氧化物、乙醇、1-戊醇、二氫獼猴桃內(nèi)酯、香芹酚、二氫芳樟醇、β-紫羅蘭環(huán)氧化物有關(guān),PC2與乙位月桂烯、檸檬烯、β-羅勒烯、順式-2-戊烯-1-醇、甲基庚辛酮、苯甲醛、茶吡咯、α-松油醇、順式-3-己烯酸、壬酸、咖啡堿相關(guān),PC3則與反式-2-己烯醇、氨基甲酸芐酯、水楊酸甲酯、2-乙酰基吡咯、吲哚有關(guān)。依據(jù)PC3將MW2區(qū)分出來;以PC1和PC2為基礎(chǔ),可以分別將TR2、TR1、PW和TW、MW1區(qū)分開(圖6B)。由此可以證明,不同水樣茶湯香氣成分之間差異明顯。

圖6 不同水樣茶湯中香氣成分主成分分析和聚類分析Fig.6 PCA and HCA analysis of different aroma compounds in different tea infusions注：A為前三個主成分散點圖;B為前兩個主成分散點圖;C為層次聚類分析。

圖6C依據(jù)表3中數(shù)據(jù),利用HCA的樹狀圖,將6種水樣茶湯中香氣成分差異可視化。6種水樣茶湯分別以0.903、0.998、1.084的對數(shù)距離將TR1和MW1、TR2和MW2與PW和TW三組。依據(jù)表3中數(shù)據(jù)可以得到茶湯中不同香氣物質(zhì)含量占總量的比例兩兩相近,這與聚類結(jié)果一致,這可能是由于同類型水樣之間水質(zhì)差異較大,導(dǎo)致其沖泡的茶湯中香氣成分差異較大。由此證明,6種水樣茶湯中香氣成分兩兩類似,但由于水樣水質(zhì)不同,導(dǎo)致每一組中香氣物質(zhì)總量的明顯差異。因此,水質(zhì)對惠明茶茶湯中香氣物質(zhì)成分影響較大。

2.3.2 茶湯中香氣物質(zhì)成分的相關(guān)性分析 不同水樣茶湯中香氣物質(zhì)成分與茶湯生化成分、水質(zhì)因子的相關(guān)性分析如表5所示。12種主要香氣物質(zhì)中,除苯甲醛外,其余均與各個因子之間存在較高的相關(guān)性,苯甲醛的產(chǎn)生不受水質(zhì)的影響?？Х葔A無嗅,味苦,與可溶性總糖呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.01);除苯甲醛、咖啡堿外其余香氣物質(zhì)與茶湯中可溶性總糖存在正相關(guān)性,游離氨基酸與多數(shù)香氣物質(zhì)((Z)-芳樟醇氧化物、苯甲醛、苯甲醇、2-乙?；量?、咖啡堿除外)存在顯著正相關(guān)性(P<0.05);僅有香葉醇與茶多酚存在極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)。郭玉瓊等[43]在研究青心烏龍茶包揉過程主要生化成分變化中,提到氨基酸與糖的縮合作用以及氨基酸直接脫水可形成吡嗪類香氣物質(zhì)等。

表5 茶湯中主要香氣成分與茶湯生化成分、水質(zhì)因子相關(guān)性分析Table 5 Correlation analysis of main aroma components in tea infusions and biochemical composition and water quality factors

葉醇、香葉醇、苯甲醇、反式-β-紫羅蘭酮、芳樟醇及(Z)-芳樟醇氧化物與水樣中Ca2+呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.05),香葉醇、芳樟醇及其氧化物是在磷酸甲基赤蘚糖醇途徑(MEP)中形成對應(yīng)前體物質(zhì)[2,44],可能是水質(zhì)因子影響MEP中酶的作用,導(dǎo)致水樣中Ca2+影響這些香氣物質(zhì)的含量?；菝鞑璧拇蟛糠种黧w香氣物質(zhì)與水樣pH也成極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.01),說明水樣的pH越高,茶湯香氣物質(zhì)含量越少,香氣品質(zhì)越差。

3 結(jié)論

飲用水中不同濃度的陰陽離子、pH以及電導(dǎo)率對惠明茶茶湯品質(zhì)影響明顯。Ca2+、Mg2+濃度較高的MW1、MW2和TW沖泡惠明茶茶湯中Ca2+濃度明顯降低,Mg2+、電導(dǎo)率增加量均小于TR1、TR2和PW。不同水樣茶湯中游離氨基酸與Ca2+、Mg2+、pH，可溶性總糖與pH，茶多酚與Ca2+、Mg2+、pH、電導(dǎo)率存在極顯著相關(guān)性(P<0.01),咖啡因無顯著相關(guān)性(P>0.05)?；菝鞑璨铚銡馕镔|(zhì)以萜烯類和醇類為主,主要呈花香、果香和青草香,通過PCA和HCA分析表明不同水樣茶湯中香氣物質(zhì)差異明顯。TR1、PW茶湯香氣物質(zhì)含量分別為7429、7422 μg·kg-1,遠(yuǎn)高于其他水樣茶湯(約5100 μg·kg-1),且大部分香氣物質(zhì)與水樣Ca2+、pH之間存在顯著負(fù)相關(guān)性(P<0.05),與可溶性總糖、游離氨基酸存在正相關(guān)性。感官品質(zhì)上,TR1、TR2明顯優(yōu)于其他水樣,其中TR2的湯色和滋味較好,TR1的香氣評價最好,TW相對較差。