不同稀土含量水平茶葉中稀土浸出率研究

楊秀芳 孔俊豪*趙玉香 陳水潮

（1.中華全國供銷合作總社杭州茶葉研究院，浙江杭州 310016；2.安溪鐵觀音研究院，福建安溪 362400）

不同稀土含量水平茶葉中稀土浸出率研究

楊秀芳1孔俊豪1*趙玉香1陳水潮2

（1.中華全國供銷合作總社杭州茶葉研究院，浙江杭州 310016；2.安溪鐵觀音研究院，福建安溪 362400）

選取不同稀土含量水平（不超標(biāo)、中度超標(biāo)、嚴(yán)重超標(biāo)）的三種典型茶葉樣品開展稀土浸出率實(shí)驗(yàn)和浸出安全性研究，采用間接定量法系統(tǒng)考察了茶葉在不同浸提條件下稀土元素的溶出率，并對(duì)茶湯中稀土的攝食安全性進(jìn)行了評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)。結(jié)果表明：受試茶樣在不同浸出條件下，稀土元素（以氧化物總量計(jì)）的總浸出率均在20%以內(nèi)，依據(jù)ADI參考值，仍處于低暴露水平，因此，稀土含量水平適度偏高的茶樣在泡飲過程中尚不足以引起膳食安全性問題。

茶葉 稀土超標(biāo) 浸出率 安全性

環(huán)境中稀土元素通過累積和遷移進(jìn)入植物性食物。低劑量稀土（0.05mg/kg）被視為人體微量元素的有益補(bǔ)充[1-2]，但膳食中攝食過量會(huì)危害人們健康。國家標(biāo)準(zhǔn)GB 2762-2005《食品中污染物限量》對(duì)茶葉中的稀土總量做了限量規(guī)定，要求鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、釤(Sm)等五種稀土元素的氧化物總量不得高于2.0mg/kg。自該標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布實(shí)施以來，產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)管部門、茶葉生產(chǎn)企業(yè)和經(jīng)銷企業(yè)、科研人員等對(duì)茶葉稀土項(xiàng)目非常關(guān)注，個(gè)別茶類稀土總量超標(biāo)問題一度成為困擾茶葉正常生產(chǎn)、加工、貿(mào)易和銷售的熱點(diǎn)、難點(diǎn)。筆者從2005年開始關(guān)注茶葉中稀土的檢測(cè)方法，從2007年開始關(guān)注茶葉稀土超標(biāo)問題并啟動(dòng)相關(guān)研究。根據(jù)前期研究發(fā)現(xiàn)，個(gè)別茶類存在稀土超標(biāo)問題；茶葉稀土含量與茶樹鮮葉原料老嫩度關(guān)系密切，茶樹通過根莖吸收稀土元素并在葉片、芽梢等部位積累，葉齡愈長，其富集量愈大[3]；個(gè)別茶葉的高稀土含量與茶園土壤的高稀土含量有關(guān)。

茶葉標(biāo)準(zhǔn)中現(xiàn)行稀土指標(biāo)是否合理？人們每天在正常泡飲茶湯過程中有多少稀土可溶入茶湯？對(duì)人體的健康是否造成威脅？在對(duì)我國不同茶類進(jìn)行茶葉稀土超標(biāo)率、超標(biāo)嚴(yán)重性和超標(biāo)原因研究的基礎(chǔ)上，本部分研究系統(tǒng)考察了原料成熟度較高的茶葉在不同浸提條件下茶湯中稀土的浸出率，以期客觀揭示稀土元素在茶湯中的浸出率，評(píng)估其膳食安全性，引導(dǎo)消費(fèi)者科學(xué)飲茶、理性飲茶、放心飲茶，同時(shí)對(duì)現(xiàn)行茶葉稀土指標(biāo)的修訂提出合理化建議。本研究對(duì)不同稀土含量水平的易超標(biāo)茶樣開展浸出率實(shí)驗(yàn)，采用間接定量法對(duì)其溶出情況進(jìn)行了比較研究，并針對(duì)稀土元素溶出量，進(jìn)行了人體攝入安全性的初步評(píng)價(jià)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

本實(shí)驗(yàn)所用茶樣均取自同一茶葉主產(chǎn)區(qū)，為2009年秋茶加工的成品樣。

硝酸水溶液（v/v）：1:1；30%過氧化氫溶液；稀土標(biāo)準(zhǔn)溶液：鑭(La)，鈰(Ce)，鐠(Pr)，釹(Nd)，釤(Sm)單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液 （國家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心），濃度均為1mg/mL。硝酸、雙氧水分別為國產(chǎn)優(yōu)級(jí)純、分析純。

將五種稀土單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液配成混合標(biāo)準(zhǔn)工作液，各元素含量依次為 0.0、5.0、10.0、20.0、50.0、100.0ng/mL。

1.2 主要儀器

Genesis電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（德國斯派克公司），箱式電阻爐 （杭州藍(lán)天化驗(yàn)儀器廠），DK-S26數(shù)顯恒溫水浴鍋 （上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司），AL204電子天平（梅特勒-托利多儀器有限公司）。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 茶葉中稀土總量測(cè)定

電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（GB/T 23199-2008）測(cè)定茶葉中鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、釤(Sm)等五種稀土元素的含量，同時(shí)根據(jù)1.4計(jì)算方法計(jì)算稀土總量C0（mg/kg，相對(duì)量）。同一樣品平行測(cè)定。

1.3.2 不同沖泡次數(shù)下茶湯中稀土浸出率測(cè)定

分別稱取干茶樣品2g（精確至0.001g），于110mL審評(píng)杯中，同一樣品各稱取五份。用110mL沸去離子水沖泡1次 （1min，即沖泡時(shí)間為1min），2次 （1min+3min，即沖泡時(shí)間為第 1次1min、第 2 次 3min），3 次（1min+3min+5min），4 次（1min+3min+5min+7min），5 次（1min+3min+5min+7min+10min），每次沖泡后將茶湯瀝掉，直接將茶渣轉(zhuǎn)移入坩堝供稀土測(cè)定或留茶渣繼續(xù)沖泡。其余步驟同1.3.1，分別測(cè)定茶渣中的稀土總量Mn(μg，絕對(duì)量)，則各次沖泡稀土浸出率(%)=(C0×m0-Mn)×100/(C0×m0)， 其中 m0為實(shí)際干茶質(zhì)量(g)，C0為干茶稀土總量(mg/kg)，n為沖泡次數(shù)。

1.3.3 不同浸提條件下茶湯中稀土浸出率測(cè)定

分別稱取磨碎茶樣2g（精確至0.001g），于500mL錐形瓶中，取樣質(zhì)量記作m0。在不同浸提條件下用300mL一定溫度的水（除茶水比試驗(yàn)用水量例外）浸提完畢后趁熱減壓過濾，用約150mL沸蒸餾水洗滌茶渣數(shù)次后將茶渣移入坩堝，其余步驟按1.3.1進(jìn)行，分別測(cè)定茶渣中的稀土總量M(μg，絕對(duì)量)。 稀土浸出率(%)=(C0×m0-M)×100/(C0×m0)，其中m0為實(shí)際干茶質(zhì)量，C0為茶葉稀土總量(mg/kg)。同一樣品平行測(cè)定。

浸提條件包括：不同浸提溫度試驗(yàn) （80℃、90℃和100℃下分別浸提45min）；不同浸提時(shí)間試驗(yàn) （100℃水溫下分別浸提 1min、3min、5min、7min、10min和 45min）；不同茶水比試驗(yàn)（分別用44mL、100mL、200mL100℃水各浸提 45min （茶水比依次為：1:22、1:50、1:100）。 對(duì)干茶原樣同步進(jìn)行100℃水溫條件下浸提45min的比較試驗(yàn)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用ICP法測(cè)定五種稀土元素的含量，經(jīng)系數(shù)轉(zhuǎn)化后得到各元素的氧化物含量，累加后得到五種稀土元素的氧化物總量。五種稀土元素?fù)Q算成氧化物時(shí)的系數(shù)K分別為：La2O3:La=1.17，CeO2:Ce=1.23，Pr6O11:Pr=1.21，Nd2O3:Nd=1.17，Sm2O3:Sm=1.16。其中各氧化物的計(jì)算公式如下。

式中Xi—樣品中第i個(gè)稀土元素含量(mg/kg)；Ci—樣品消化液中第 i個(gè)稀土元素含量(μg/mL)；Ci0—空白液中第 i個(gè)稀土元素含量(μg/mL)；V—消化液的定容體積(mL)；Ki—第i個(gè)稀土元素?fù)Q算成其氧化物時(shí)的系數(shù)；m0—樣品質(zhì)量(g)。

稀土總量C0(mg/kg)=∑Xi

2 結(jié)果與分析

2.1 浸出率實(shí)驗(yàn)樣品的選擇和稀土含量水平分析

輕稀土元素（La、Ce、Pr、Nd、Sm）是茶葉中普遍存在的微量成分之一，主要存在于細(xì)胞壁中，在植物體內(nèi)不易透過細(xì)胞膜[2]。在前期大量茶葉樣品稀土總量研究的基礎(chǔ)上，在易超標(biāo)茶類中初選出三種稀土含量水平不同的茶樣進(jìn)行稀土浸出率實(shí)驗(yàn)，其中樣品T1的稀土總量為1.5mg/kg，滿足GB 2762-2005國家標(biāo)準(zhǔn)要求（≤2mg/kg）；樣品T2的稀土總量為4.6mg/kg，是限量要求的2.3倍；樣品T3的稀土總量為10.5mg/kg，超過限量要求4倍多。選取這三種不同稀土含量水平的茶葉樣品進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)研究。

2.2 不同沖泡次數(shù)對(duì)茶葉稀土溶出率的影響研究

為了解不同稀土含量水平的茶樣在連續(xù)沖泡過程中稀土實(shí)際浸出量的多少，筆者模擬茶葉泡飲方式對(duì)茶葉中的稀土浸出規(guī)律進(jìn)行了動(dòng)態(tài)研究，結(jié)果見表1。三類茶樣分別經(jīng)過1～5次的沖泡處理，不同水平稀土含量茶樣的稀土總浸出率均低于20%，說明大部分稀土元素經(jīng)過沖泡后仍殘留在茶渣中，通過飲茶進(jìn)入人體的稀土含量極其微量。

2.3 不同浸提條件下茶葉稀土浸出率的統(tǒng)計(jì)分析

針對(duì)代表不同稀土含量水平的三種茶樣，筆者采用原茶樣或磨碎茶樣，在不同茶水比、浸提溫度、沖泡時(shí)間和沖泡次數(shù)條件下開展了稀土浸出率的系統(tǒng)研究，結(jié)果見表1，共進(jìn)行了51次浸出率實(shí)驗(yàn)（平行實(shí)驗(yàn)不進(jìn)行重復(fù)計(jì)量），得到51個(gè)茶湯稀土氧化物浸出率結(jié)果，并對(duì)浸出率結(jié)果進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，見圖1。

表1 系列浸提條件下稀土元素浸出情況Table1 Rare earth elements leaching rates under different series brewing process

圖1 不同沖泡（浸提）條件下稀土氧化物浸出率統(tǒng)計(jì)Fig.1 Statistics of rare earth element leaching rates under various infusing conditions

由表1和圖1可知，不同稀土含量的茶葉在不同浸提方式下，進(jìn)入到茶湯中的稀土總量平均值為7.2%，最大值為17%，最小值為0，均低于20%，其中有45%（共23次）的浸提實(shí)驗(yàn)其稀土氧化物浸出率低于5%，92%（合計(jì)47次）的浸提實(shí)驗(yàn)其稀土氧化物浸出率低于15%，整體來看，茶葉中稀土浸出率仍處于較低水平。

3 討論

3.1 茶湯中稀土浸出率討論

輕稀土元素中的鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)，理論上具有熱水溶性，但其稀土氧化物多與大分子物質(zhì)如植物碳水化合物、蛋白質(zhì)等結(jié)合，以締合態(tài)存在細(xì)胞壁及細(xì)胞器中[5-7]。相關(guān)研究表明，茶葉中四分之三以上的稀土元素不溶于熱水而殘存在茶渣中，而茶渣中的稀土元素約有16%是以與α-纖維素結(jié)合形式存在的[8]，浸出難度較高。

筆者依據(jù)前期代表不同稀土水平的茶樣浸出率實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行聚類統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)歷次浸提實(shí)驗(yàn)稀土氧化物總浸出率不足20%。為進(jìn)一步探究其溶出特性，將原茶樣及磨碎樣分別以長時(shí)沸水浸提，稀土氧化物浸出率也在20%以內(nèi)。因微量稀土元素在茶葉中存在狀態(tài)的特殊性和復(fù)雜性，考慮實(shí)驗(yàn)誤差存在的客觀性和允許性，總結(jié)51次不同條件下的浸提實(shí)驗(yàn)，稀土氧化物總浸出量和浸出率仍處于較低水平，表明正常泡飲方式對(duì)其溶出量的影響相當(dāng)有限，與學(xué)界有關(guān)研究互為佐證[9-10]。

3.2 飲茶攝入稀土總量安全性的討論

茶葉質(zhì)量安全攸關(guān)消費(fèi)者身體健康，成品茶中稀土含量水平受原料葉富集和轉(zhuǎn)移效應(yīng)影響，許多研究結(jié)果表明，茶葉中稀土含量因茶類和產(chǎn)地不同而有較大差異，個(gè)別茶類稀土合格率相對(duì)不容樂觀[11-14]，許多學(xué)者和企業(yè)方對(duì)于GB 2762-2005《食品中污染物限量》有關(guān)茶葉與其它食品等量齊觀，持不同見解[8,12]。本研究結(jié)果亦表明，正常沖泡過程中，70%以上的稀土氧化物殘存于茶渣中，不同于其它植物性食品，一般消費(fèi)者是不會(huì)食用茶渣的。因當(dāng)前國內(nèi)尚無稀土元素在飲用水中的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，筆者就茶葉稀土的飲食攝入安全性進(jìn)行了評(píng)估。稀土的毒理學(xué)研究表明日允許攝入量（ADI）為 4.2mg/d[15]，根據(jù)科學(xué)膳食結(jié)構(gòu)，成人正常每日攝入食物量在1.0kg～1.5kg之間，假若茶葉占全天攝食貢獻(xiàn)度的1%，按日沖飲15g干茶計(jì)算，茶樣T1自然不存在安全問題；飲用茶葉T2，達(dá)到0.042mg/d，茶葉T2中稀土浸出率需達(dá)到60%；若飲用茶葉T3，則茶湯中稀土浸出率達(dá)26%以上方可認(rèn)為存在飲用安全性的問題，在整體實(shí)驗(yàn)結(jié)果中（包括粉碎樣長時(shí)間高溫浸提）不存在上述例證，因此即使稀土含量超出現(xiàn)有限量標(biāo)準(zhǔn)（GB 2762-2005）4倍，其在正常飲用過程中也是安全的。

3.3 對(duì)國家標(biāo)準(zhǔn)中茶葉稀土總量指標(biāo)修訂的建議

當(dāng)前，GB 2762-2005《食品中污染物限量》國家標(biāo)準(zhǔn)已于2010年8月啟動(dòng)修訂程序，針對(duì)茶葉行業(yè)實(shí)際情況以及茶葉產(chǎn)品飲用的特殊性，修訂稿的征求意見中已將茶葉中稀土元素限量指標(biāo)去掉。但經(jīng)過半年多的等待，正式修訂后的標(biāo)準(zhǔn)仍未出臺(tái)，業(yè)界也在密切關(guān)注該標(biāo)準(zhǔn)的動(dòng)態(tài)?；诓枞~中稀土元素存在狀況和茶葉稀土浸出率實(shí)驗(yàn)結(jié)果，筆者建議：(1)取消GB 2762-2005《食品中污染物限量》中茶葉稀土限量指標(biāo)；(2)若茶葉稀土指標(biāo)取消實(shí)在有困難，建議制定更為科學(xué)、合理、有利于行業(yè)健康發(fā)展又能保證消費(fèi)者健康的稀土指標(biāo)，基于前期研究基礎(chǔ)和茶葉消費(fèi)習(xí)慣，建議將茶葉中稀土限量指標(biāo)放寬到10mg/kg。

[1]鄭偉.國家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目“稀土農(nóng)用的環(huán)境化學(xué)行為及生態(tài)、毒理效應(yīng)”取得重大進(jìn)展[J].稀土信息,2002,(11):2-6.

[2]李磊,謝明勇,孫振華.保健食品青錢柳中稀土元素的組成及溶出特性[J].中國畜產(chǎn)與食品,2007,(3):101-102.

[3]楊秀芳,徐建峰,翁昆,等.茶樹成熟新梢不同部位元素含量研究[J].中國茶葉加工,2008,(3):18-20.

[4]劉帥帥,李燁,王旻.國內(nèi)對(duì)茶葉中稀土元素的研究進(jìn)展[J].茶葉通訊,2010,37(4):18-21.

[5]汪東風(fēng),李俊,王常紅,等.茶葉中稀土元素結(jié)合多糖的結(jié)構(gòu)特征及某些生物活性[J].2004,4(2):12-18.

[6]張智勇,王玉琦,李福亮,等.中子活化法研究葉綠體中的稀土元素[J].北京大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2001,37(2):173-175.

[7]ShiMing Ding,Tao Liang,ChaoSheng Zhang,et al.Accumulation and fractionation of rare earth elements(REEs)in wheat:controlled by phosphate precipitation cell wall absorption and solution complexation[J].Journal of Experimental Botany,2005,56(420):2765-2775.

[8]汪東風(fēng),趙貴文,葉盛.茶葉中稀土元素的組成及存在狀態(tài)[J].茶葉科學(xué),1999,19(1):41-46.

[9]林鍛煉.烏龍茶生產(chǎn)過程中稀土質(zhì)量安全初探[J].標(biāo)準(zhǔn)科學(xué),2010,(4):50-52.

[10]石元值,韓文炎,馬立鋒,等.茶葉中稀土氧化物總量現(xiàn)狀及其溶出特性研究[J].茶葉科學(xué),2011,31(4):349-354.

[11]周衛(wèi)龍,許凌,徐建峰,等.SPECTRO原子發(fā)射光譜儀(ICP)測(cè)定茶葉中稀土總量[J].中國茶葉加工,2008,(4):43-45.

[12]許凌,周衛(wèi)龍,徐建峰,等.茶葉中稀土元素含量的測(cè)定[J].中國茶葉加工,2008,(1):45-46.

[13]寧蓬勃,龔春梅,張彥明,等.應(yīng)用ICP-AES法研究云南普洱茶稀土含量[J].光譜學(xué)與光譜分析,2010,30(10):2830-2833.

[14]胡書玉,林長虹,黎紹學(xué),等.茶葉中稀土污染調(diào)查研究[J].廣東化工,2011,38(4):83-84,87.

[15]朱為方,徐素琴.贛南稀土區(qū)生物效應(yīng)研究-稀土日允許攝入量[J].中國環(huán)境科學(xué),1997,17(1):63-66.

Study on Rare-Earth Oxides Leaching Rate of Tea Samples Differed by Content Levels

YANG Xiu-fang1,KONG Jun-hao1*,ZHAO Yu-xiang1,CHEN Shui-chao2
(1.Hangzhou Tea Research Institute,CHINA COOP,Hangzhou,310016,China;2.Anxi Tieh-Kuan-Yin Research Institute,Anxi,362400,China)

Typical tea samples representing current levels(under the standard scope,moderate and beyond the standard greatly)of rare earth elements in tea were picked out to carry out experiments of leaching and security studies,and indirect quantitative method was used to calculate the leaching rates and dissolution of rare earth oxides accurately under different infusing conditions including brewing,the security of rare earth oxides in the tea brew was evaluated on dietary risk accordingly.Results of all previous showed that dissolved rare earth oxides (REOs)in test samples digesting in the brew were less than 20%of the total REOs.According to ADI reference value,the above limited leaching rates of REOs were at a low level of exposure，so it could be said that REOs in tea by given an appropriate higher level could not cause safety issue on dietary reliability during tea brewing process.

Tea,Rare earth element,Leaching rate,Security

2011-10-09

“十二五”農(nóng)村領(lǐng)域國家科技支撐計(jì)劃課題“茶葉質(zhì)量安全控制關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”（2011BAD01B02-1）

楊秀芳（1971-），女，浙江余姚人，副研究員，主要從事茶葉品質(zhì)化學(xué)、質(zhì)量安全、標(biāo)準(zhǔn)化與茶葉生物化學(xué)研究。

*通訊作者：kjh02016110@126.com