桂安輝，葉 飛，王勝鵬，高士偉，鄭鵬程，劉盼盼，王雪萍，滕 靖，鄭 琳，馮 琳

（湖北省農業(yè)科學院果樹茶葉研究所，湖北省茶葉工程技術研究中心，湖北武漢 430064）

茶樹對礦質元素有很強的富集能力，茶葉中以無機鹽形式存在的基本元素有50 多種，主要的有30 多種，既包含K、Ca、Mg 等常量元素，也包含F(xiàn)e、Mn、Zn 等微量元素，占茶葉干重（以灰分計算）的4%～6%[1]。礦質元素是茶樹生長發(fā)育、提高產量和品質的物質基礎，在調控茶樹生理代謝和品質形成過程中作用明顯。研究表明，P 促進光合作用，增加糖的積累，而糖可以轉化為多酚[2]。缺P 降低了黃酮類化合物和P 酸化代謝物的合成，降低了谷氨酸含量，提高了谷氨酰胺含量，而過量P 降低谷氨酰胺，以及次級代謝相關的對香豆酸、吲哚丙烯酸的含量[3]。茶樹缺鉀會導致茶氨酸、茶多酚、兒茶素、β-苯乙醇等茶葉品質成分顯著降低[4-5]。Mukhopadhyay等[6]發(fā)現(xiàn)適宜Zn 濃度培養(yǎng)的植株葉片和根中可溶性糖、還原糖和淀粉的積累量高于缺Zn 和過量Zn 培養(yǎng)的植株。由此可見，茶樹葉片的品質成分與其礦質營養(yǎng)密切相關。

由鮮葉加工成茶葉后，受產地的氣候條件、土壤狀況及加工方式等影響，不同產地茶葉中礦質元素含量存在著一定的差異性[7]。茶葉礦質元素作為茶葉品質成分指標關系著茶葉的質量[1]。葉江華等[8]研究了武夷巖茶品質與礦質元素間的關系，發(fā)現(xiàn)武夷巖茶等級與茶多酚、EGCG、酚氨比、咖啡堿、ECG、EGC 呈顯著正相關，與Mn 含量呈顯著負相關。

扁形綠茶屬于綠茶中的一類，因外形扁平而得名。其產地分布廣泛，是我國綠茶的主導產品之一[9]。獨特的造型和上乘的品質，使得扁形綠茶具有較高的市場知名度和文化傳播度[10-11]，如浙江省的西湖龍井茶、四川省的竹葉青茶、貴州省的湄潭翠芽等。然而，扁形綠茶礦質元素含量與其品質之間的關系尚不清楚，研究有待深入。本研究以5 個不同產地的扁形綠茶為對象，分析比較9 種礦質元素與5 種品質成分相關性，探討扁形綠茶礦質元素與品質的關系，以期為扁形綠茶產區(qū)的茶樹科學種植、合理施肥與營養(yǎng)補充，品質提升等提供理論依據(jù)和指導。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

扁形綠茶原料 分別實地采集于湖北大悟、浙江磐安、安徽歙縣、貴州湄潭、四川峨眉山。2018年3 月至4 月春茶樣品，每個產地的樣品選取2 個，原料質量等級為一級，加工方式按照扁形綠茶基本工藝流程，即“攤青→殺青→做形→干燥”。樣品取回后統(tǒng)一存放于4 ℃冰箱冷藏，待使用時取出。扁形綠茶樣品基本信息見表1；甲醇、乙腈 均為色譜純，購自德國Merck 公司；冰乙酸、碳酸鈉、福林-酚、茚三酮等 均為國產分析純，購自國藥集團化學試劑有限公司。

表1 扁形綠茶樣品基本信息Table 1 Basic information of flat green tea samples

HHS 型恒溫水浴鍋 上海博迅醫(yī)療生物儀器股份有限公司；UV-2550 紫外-可見光分光光度計 日本島津公司；Waters 2695 高效液相色譜、2998 PDA檢測器 美國Waters 公司；Milli-RO PLUS 30 純水機 法國Millipore 公司；Avio200 電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀 美國PerkinElmer 公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 礦質元素含量測定 礦質含量測定參考王敏等[12]方法。取扁形綠茶樣品0.4 g，至玻璃消化管，依次加入5 mL HNO3與2 mL HClO4，蓋上蓋子，60 ℃預消煮2 h 后，120 ℃消煮至消煮液無色澄清透明，冷卻后，用雙蒸水稀釋至50 mL。取10 mL 使用ICP-OES（電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法）測定元素的含量。標準曲線繪制：用1%稀硝酸將礦質元素標準儲備液（國家有色金屬及電子材料分析測試中心）逐級稀釋為0、5、10、30、40、50 μg/mL，儀器自動繪制標準曲線。測定樣品中的鎂（Mg）、鉀（K）、鈣（Ca）、磷（P）、鋁（Al）、錳（Mn）、鐵（Fe）、鋅（Zn）、硼（B）等礦質元素含量。

1.2.2 主要化學成分含量測定 水浸出物含量測定：參照GB/T 8305-2013《茶 水浸出物測定》[13]；茶多酚含量測定：參照GB/T 8313-2018《茶葉中茶多酚和兒茶素含量的檢測方法》中福林-酚法[14]；游離氨基酸總量測定：參照GB/T 8314-2013《茶游離氨基酸總量測定》茚三酮比色法[15]；可溶性總糖的測定采用蒽酮-硫酸法[16]，具體步驟為：稱取茶粉0.6 g 于錐形瓶中，加80 mL 沸水，100 ℃水浴浸提45 mim。取出趁熱過濾，濾渣用沸蒸餾水重復洗滌數(shù)次，濾液放冷，定容至100 mL。用移液管準確加入8 mL 蒽酮試劑（0.6 g蒽酮溶于100 mL 濃硫酸）于干燥的25 mL 刻度試管；取1 mL 稀釋一倍后的茶湯，逐滴加入，搖勻，1 mL水作對照，置沸水浴中準確煮沸3 min，取出后自然冷卻至室溫，測定液用分光光度計在620 nm 處比色，記下吸光度A 值。每個樣品重復3 次?？Х葔A含量采用高效液相色譜法[17]，流動相為2%乙酸和乙腈，色譜條件：檢測波長為280 nm，流速：1 mL/min，柱溫：40 ℃，進樣量：10 μL。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗均平行測定3 次，采用Microsoft Excel 2016 和SAS 9.4 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對實驗數(shù)據(jù)進行計算，以及相關性分析、主成分分析、聚類分析和方差分析。

2 結果與分析

2.1 扁形綠茶礦質元素含量特征分析

根據(jù)ICP-OES 儀器測定的元素峰面積（y）以及對應的濃度（x），繪制了標準曲線，得到各元素濃度與峰面積的線性關系方程及R2值，如表2 所示。其中Mg、Al、Mn、Fe、Zn、B 濃度線性變化范圍為0～10 μg/mL，K、Ca、P 濃度線性變化范圍為0～50 μg/mL。R2值均大于0.9990，表明標準曲線方程可信度高。

表2 各元素濃度與峰面積的線性方程及R2 值Table 2 Linear equation and R2 value of each element concentration and peak area

不同產地扁形綠茶樣品礦質元素含量存在差異如表3 所示，5 個不同產地的扁形綠茶樣品大量礦質元素平均含量呈現(xiàn)K＞P＞Ca＞Mg 的特征。K 含量最高，含量范圍為15609.66～45912.66 mg/kg（均值為25765.51 mg/kg）；P、Ca 含量相對較低；Mg 含量最低，含量范圍為1460.35～2467.77 mg/kg（均值為1882.71 mg/kg）。微量礦質元素平均含量順序為Mn＞Al＞Fe＞Zn＞B。Mn 在5 種微量元素中含量最高，含量范圍為543.52～1393.27 mg/kg（均值為885.31 mg/kg）；B 含量最低，范圍為5.07～36.15 mg/kg（均值為26.18 mg/kg）；Fe 和Zn 的含量在Al、B 之間，其中Fe 含量：大方茶＞孝感龍劍茶＞龍井茶，在湄潭翠芽和竹葉青茶中無顯著差異；Zn 含量：孝感龍劍茶＞龍井茶＞大方茶，在湄潭翠芽和竹葉青茶中也無顯著差異。各元素含量變異系數(shù)（Coefficient of Variation，CV）從大到小排序為Zn＞B＞K＞Mn＞Fe＞Al＞Mg＞Ca＞P。若設CV＜15.00%為弱變異，15.00%≤CV≤36.00%為中等變異，CV＞36.00%為強變異[18]，扁形綠茶樣品中Zn 的變異系數(shù)最大（CV=66.65%），B（CV=42.05%）、K（CV=39.93）次之，三者均為強變異；P 的變異系數(shù)最?。–V=8.19%），為弱變異；Mn、Fe、Al、Mg、Ca為中等變異，Mg、Ca 的變異系數(shù)相對較低，分別為21.00%、20.75%，可能是因為Mg 主要參與茶樹的光合作用[19]，而茶樹又是嫌Ca 植物[20]，對Ca 的需求比一般園藝作物低，過多的Ca 也會對茶樹造成“鈣害”。多數(shù)礦質元素含量為強變異和中等變異，且隨產地環(huán)境的變化而變化，這與張建等[21]對不同產地辣椒礦質元素含量變化的研究結果相似。

表3 扁形綠茶礦質元素含量（mg/kg）Table 3 Contents of mineral elements in flat green tea samples (mg/kg)

2.2 扁形綠茶品質成分特征分析

如表4 所示，茶葉中水浸出物是一切可溶性物質的總和，對茶葉的品質起重要的作用[22]。大方茶和湄潭翠芽中水浸出物平均含量高于孝感龍劍茶、竹葉青茶，分別達到48.83%、48.00%。5 個產地扁形綠茶的茶多酚含量在15.66%～16.88%之間。游離氨基酸對綠茶滋味貢獻主要表現(xiàn)為鮮爽、醇和[23]。不同產地扁形綠茶中游離氨基酸平均含量以湄潭翠芽最高（3.40%），高于其他4 個產地的扁形綠茶樣品，竹葉青茶中游離氨基酸含量最低（2.66%）?？扇苄钥偺瞧骄恳源蠓讲枳罡?，為8.17%，高于其他4 個產地的扁形綠茶樣品。湄潭翠芽和竹葉青茶中咖啡堿平均含量均超過4.00%，分別達到4.40%、4.29%，高于其他3 個產地的扁形綠茶。5 個產地的扁形綠茶可溶性總糖、水浸出物、茶多酚、游離氨基酸、咖啡堿等品質成分含量存在差異，但從變異系數(shù)來看，5 種品質成分含量均為弱變異（CV＜15.00%）。

表4 扁形綠茶樣品主要品質成分指標含量（%）Table 4 Contents of quality ingredients in flat green tea samples (%)

2.3 扁形綠茶品質成分與礦質元素相關性分析

以Mg、K、Ca、P、Al、Mn、Fe、Zn、B 等礦質元素含量為一總體，以水浸出物、茶多酚、游離氨基酸、可溶性總糖、咖啡堿等品質成分含量為另一總體，分析兩兩之間的相關性。由表5 可知，Mg 與Ca、Al、Zn 呈極顯著正相關（P＜0.01），與K 呈顯著正相關（P＜0.05），與B 呈極顯著負相關（P＜0.01）；K 與Mn 呈極顯著正相關（P＜0.01），與Ca 呈顯著正相關（P＜0.05）；Ca 與Al、Zn 呈顯著正相關（P＜0.05）；P 與Al 呈顯著正相關（P＜0.05）；Al 與Zn 呈顯著正相關（P＜0.05），與B 呈顯著負相關（P＜0.05）；Zn 與B 呈極顯著正相關（P＜0.01）。以上表明扁形綠茶樣品中各礦質元素之間互相影響，且存在協(xié)同或拮抗作用。

表5 扁形綠茶樣品礦質元素含量的相關性分析Table 5 Correlation analysis of mineral elements contents in flat green tea samples

由表6 可以看出，水浸出物含量與B 含量呈顯著負相關（P＜0.05）；茶多酚含量與Fe 含量呈極顯著負相關（P＜0.01）；可溶性總糖含量與B 含量呈顯著正相關（P＜0.05），與Mg、Ca 含量呈顯著負相關（P＜0.05）；咖啡堿含量與Fe 含量呈極顯著負相關（P＜0.01），與Mn 含量呈顯著負相關（P＜0.05）。由此可見，扁形綠茶的品質的形成受多種礦質元素不同程度的影響。

表6 扁形綠茶樣品礦質元素含量與品質成分指標相關性分析Table 6 Correlation analysis between mineral elements contents and quality ingredients of flat green tea samples

2.4 扁形綠茶礦質元素與品質主成分分析

主成分分析和聚類分析可研究農產品的特征元素、地域分布和親緣關系，為農產品的品質評價提供重要參考[24-25]。利用主成分分析方法對扁形綠茶樣品礦質元素及品質成分指標進行分析，由圖1 可知，碎石圖前面陡峭的部分（成分1～4）特征值大，包含的信息多，后面平坦的部分（成分5～14）特征值小，包含的信息也少。

圖1 扁形綠茶樣品主成分分析碎石圖和方差貢獻Fig.1 Principal component analysis scree plot and variance explained of flat green tea samples

以特征值＞1 為原則，共提取了4 個主成分（表7），結果表明，解釋的累計方差貢獻率為98.33%。第1 主成分與Mg（0.979）、Ca（0.920）、Zn（0.895）、Al（0.807）含量高度正相關，方差貢獻率為46.16%。第2 主成分與水浸出物含量（0.843）高度正相關，方差貢獻率為28.35%。第3 主成分與P（0.800）、游離氨基酸含量（0.803）高度正相關，方差貢獻率為14.49%。第4 主成分與Mn、茶多酚含量相對正相關。前3 個主成分解釋累計方差貢獻率為89.00%（＞80.00%），因此Mg、Ca、Zn、Al、P 可作為扁形綠茶的特征礦質元素，水浸出物、游離氨基酸可作為評價扁形綠茶品質的重要理化指標。

表7 扁形綠茶樣品礦質元素與品質成分指標的主成分分析Table 7 Principal component analysis of mineral elements and quality ingredient traits of flat green tea samples

采用最短距離法對數(shù)據(jù)進行分類處理，如圖2所示，在0.89 的分類距離下，所有的扁形綠茶樣品聚成2 類。來自湖北大悟的孝感龍劍茶X-1、X-2，浙江淳安的龍井茶L-1、L-2 樣品和安徽歙縣的大方茶D-1、D-2 聚成一類；來自貴州湄潭的湄潭翠芽M-1、M-2，以及四川峨眉山的竹葉青茶Z-1、Z-2 聚成一類。這可能是因為孝感龍劍茶、龍井茶和大方茶分別采自湖北省大悟縣、浙江省磐安縣、安徽省歙縣，均屬于長江中下游茶區(qū)（江南茶區(qū)），而湄潭翠芽和竹葉青茶的產地接近（均在西南茶區(qū)）而導致。此外，從加工工藝而言，兩類也存在明顯的差異性，前者多采用扁形茶炒制機加工，而后者多采用多功能理條機加工[10]。聚類分析結果，在一定程度上反映了扁形綠茶礦質元素和品質在不同產地間存在差異。同一產地的扁形綠茶，品質和礦質元素含量相近、品質相當，扁形綠茶礦質元素存在明顯的地域性特征，這種地域性分布特征可能與各類扁形綠茶產地的土壤、氣候、海拔等因素有關。

圖2 扁形綠茶樣品聚類分析樹狀圖Fig.2 Dendrogram obtained from cluster analysis of flat green tea samples

3 結論

礦質營養(yǎng)是茶樹生長發(fā)育、產量與茶葉品質形成的物質基礎，礦質營養(yǎng)的含量因其生長的環(huán)境不同而表現(xiàn)出一定的差異。本研究采用ICP-OES 測定了5 個產區(qū)扁形綠茶中9 種礦質元素含量，并分析了其與重要品質成分之間的相關性。不同產區(qū)所采集的樣品中礦質元素含量存在很大差異，其中K、P、Ca、Mg 含量較高，Mn、Al、Fe、Zn、B 含量較低。各元素含量變異系數(shù)從大到小排序為Zn＞B＞K＞Mn＞Fe＞Al＞Mg＞Ca＞P。

扁形綠茶的品質形成受多種礦質元素不同程度的影響。其中，水浸出物含量與B 含量呈顯著負相關；茶多酚含量與Fe 含量呈極顯著負相關；可溶性總糖含量與B 含量呈顯著正相關，與Mg、Ca 含量呈顯著負相關；咖啡堿含量與Fe 含量呈極顯著負相關，與Mn 含量呈顯著負相關。因此，針對扁形綠茶品質成分的提高，可以從礦質營養(yǎng)的角度切入，首先提高或降低最影響品質成分的相關元素。

主成分分析表明，前3 個主成分解釋累計方差貢獻率為89.00%，因此Mg、Ca、Zn、Al、P 可作為扁形綠茶的特征礦質元素，水浸出物、游離氨基酸可作為評價扁形綠茶品質的重要理化指標。聚類分析結果在一定程度上反映扁形綠茶品質存在明顯的地域性特征，這種地域性分布特征可能與各類扁形綠茶產地的土壤、氣候、海拔等因素有關。