電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測(cè)定黑茶元素溶出特性

董海勝， 臧 鵬， 張淑靜， 陳 樸

（中國(guó)航天員科研訓(xùn)練中心航天營(yíng)養(yǎng)與食品工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100094）

電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測(cè)定黑茶元素溶出特性

董海勝， 臧 鵬， 張淑靜， 陳 樸

（中國(guó)航天員科研訓(xùn)練中心航天營(yíng)養(yǎng)與食品工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100094）

黑茶是采用茶葉為原料經(jīng)殺青、初揉、渥堆及干燥等工序加工而成的后發(fā)酵茶，富含K、Ca、Mg、Zn等多種有益元素，是航天飛行過(guò)程中乘組補(bǔ)充多種元素的優(yōu)良食材。為考察黑茶浸泡過(guò)程中元素溶出特性，分別對(duì)黑茶元素含量及泡茶水中相應(yīng)元素進(jìn)行測(cè)定。采用密閉高壓微波消解法進(jìn)行樣品消化，避免了消化過(guò)程中元素的損失。采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法同時(shí)測(cè)定了黑茶中K、Mg、Al、Mn、Zn、Fe及Ca元素的含量。采用去離子水模擬泡茶程序，梯度浸泡5次，分別取茶水，基質(zhì)匹配后上機(jī)測(cè)定。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，方法回收率在96.4%～106.7%，首次浸泡茶水中K、Mg、Al、Mn、Zn、Fe及Ca溶出量占相應(yīng)元素含量的百分比依次為45.35%，6.23%，2.16%，1.68%，7.8%，2.0%及0.4%，Ca溶出率最低，浸泡茶水中K、Mg、Al、Mn元素溶出率與浸泡次數(shù)呈指數(shù)關(guān)系，溶出方程分別為y=105.75e-0.8743x，y=9.949 3e-0.9695x，y=6.335 8e-1.4065x及y= 4.247 7e-1.3394x，相關(guān)系數(shù)R2分別為0.986，0.928 3，0.950 7及0.926。

電感耦合等離子體發(fā)射光譜法；黑茶；溶出；元素

載人航天工程實(shí)踐證實(shí)，乘組在軌飛行過(guò)程中消化系統(tǒng)發(fā)生適應(yīng)性生理變化，飛行初期腸胃功能較弱，進(jìn)食飲水量下降，配置具有消食除膩功能的飲品是促進(jìn)乘組進(jìn)食量的有效措施之一。黑茶是中國(guó)特有的茶類，具有很強(qiáng)的消食去膩功效，主要品種有湖南安化黑茶、四川邊茶、云南普洱茶、廣西六堡茶等。黑茶在其加工過(guò)程中，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間渥堆發(fā)酵工藝，在曲霉、青霉、冠突散囊菌等大量微生物作用下，其分泌的淀粉酶、果膠酶、纖維素酶等酶系參與茶葉內(nèi)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生特殊色香味品質(zhì)，苦澀味減輕，滋味變得醇和；茶葉中的大分子糖類物質(zhì)、蛋白質(zhì)等分解成為呈現(xiàn)茶湯“甘滑”、“厚重”味感的主要成分如可溶性糖、氨基酸、水溶性果膠等［1-2］。

黑茶富含多種元素，其中K、Ca、Mg、Mn、Zn對(duì)航天飛行乘組營(yíng)養(yǎng)健康具有有益的作用。茶葉水溶出物是指茶葉中能溶于熱水的物質(zhì)，其高低反應(yīng)了茶葉中可溶性物質(zhì)的含量、茶湯滋味、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)等，與茶葉的湯色、滋味密切相關(guān)，在一定程度上反映茶葉品質(zhì)的優(yōu)劣。近年來(lái)關(guān)于黑茶水溶出物的研究主要集中在茶多酚、茶紅素、茶褐素、氨基酸、咖啡堿及糖類物質(zhì)［3-4］，關(guān)于黑茶水溶出物中元素含量鮮見(jiàn)報(bào)道。本文對(duì)黑茶元素的水溶出特性進(jìn)行了測(cè)定分析，以期為黑茶的生產(chǎn)加工質(zhì)量控制、保健功能及其在航天中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

XH-800B型高壓密閉微波消解儀，北京祥鵠科技有限公司；Agilent 725-ES型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀，美國(guó)安捷倫科技公司；高速粉碎機(jī)，北京環(huán)亞天元機(jī)械設(shè)備有限公司。

標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液：Al、Ca、Fe、K、Mg、Mn及Zn等元素的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液均為1 000 mg·L-1；40目試驗(yàn)篩；高純氬氣純度≥99.999%，北京普萊克斯氣體有限公司；硝酸、過(guò)氧化氫，均為優(yōu)級(jí)純（GR）；超純水，韓國(guó)。

1.2 黑茶元素測(cè)定

將黑茶20 g左右粉碎過(guò)40目試驗(yàn)篩，精確稱取有代表性的樣品0.5 g，置于聚四氟乙烯消化罐底部，依次加入10 mL硝酸、1 mL過(guò)氧化氫，敞開常溫常壓預(yù)消解30 min。預(yù)消解結(jié)束后，放入密閉微波消解儀內(nèi)進(jìn)行消解并冷卻，參數(shù)設(shè)置見(jiàn)表1。將澄清透明的消解液轉(zhuǎn)移到100 mL容量瓶中，并用超純水清洗3次以上，一并轉(zhuǎn)移至容量瓶中，基質(zhì)匹配、定容，混勻待測(cè)。

1.3 黑茶水溶出液元素測(cè)定

取黑茶8 g，按1∶50（茶葉干重∶水）的比例用熱水沖泡，浸泡20 min，取濾液基質(zhì)匹配、定容待測(cè)。按上述步驟依次再?zèng)_泡4次。處理重復(fù)二次。

1.4 儀器工作條件

儀器的工作條件參考設(shè)備使用說(shuō)明書及文獻(xiàn)方法［5］，見(jiàn)表2及表3。

表1 微波消解程序Tab.1 Microwave digestion procedure

表2 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀工作參數(shù)Tab.2 Working parameters of inductively coupled plasma atomic emission spectrometer

表3 元素分析譜線Tab.3 Elemental analysis

1.5 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線

混合標(biāo)準(zhǔn)溶液：取1000 mg·L-1Fe、Mg、Mn、Zn、Ca、K、Al單標(biāo)各5 mL至100 mL容量瓶中，定容混勻得到混合標(biāo)準(zhǔn)溶液S。取混合標(biāo)準(zhǔn)溶液S分別以5倍梯度稀釋，溶劑介質(zhì)為硝酸溶液（1∶9），得到6個(gè)質(zhì)量濃度梯度標(biāo)準(zhǔn)溶液。以溶劑為空白。測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)溶液溶劑空白的強(qiáng)度后，按由低到高順序分別測(cè)定混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，根據(jù)凈光強(qiáng)度和對(duì)應(yīng)的元素質(zhì)量濃度繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。

1.6 方法

空白溶液重復(fù)測(cè)定7次，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差SD。方法檢出限D(zhuǎn)L=3×SD。測(cè)定黑茶消解溶液中各被測(cè)元素的光譜強(qiáng)度，依據(jù)校準(zhǔn)曲線計(jì)算出各被測(cè)元素的質(zhì)量濃度；回收率測(cè)定按參考文獻(xiàn)［6］方法進(jìn)行。

1.7 樣品元素含量計(jì)算

黑茶中元素的含量以質(zhì)量分?jǐn)?shù)Xi表示，按式（1）計(jì)算：式（1）中，Xi為試樣中元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，mg·kg-1；Ci為試樣溶液中被測(cè)元素的質(zhì)量濃度，mg·L-1；Ci0為空白溶液中被測(cè)元素的質(zhì)量濃度，mg·L-1；V為試樣溶液中定容體積，L；m為試樣的質(zhì)量，g。

2 結(jié)果與分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線及方法性能評(píng)價(jià)

采用高壓密閉微波消解處理黑茶，得到澄清消解液，消解液定容基質(zhì)匹配后上電感耦合等離子體發(fā)射光譜測(cè)定，Al、Ca、Fe、K、Mg、Mn及Zn等7種微量元素質(zhì)量濃度與凈光強(qiáng)度呈良好的線性關(guān)系，工作曲線相關(guān)系數(shù)均大于0.995，滿足定量分析要求。不同元素檢出限及回收率滿足分析要求（見(jiàn)表4）。

2.2 黑茶中7種元素溶出特性

采用微波消解結(jié)合電感耦合等離子體發(fā)射光譜法分析黑茶中元素的含量，結(jié)果見(jiàn)表5，供試黑茶中對(duì)人體有益的金屬元素K、Ca、Mg、Mn、Fe、Zn含量豐富，Al元素含量亦較高。茶樹（Camellia sinensis L.）是一種Al積累型植物，研究表明，適量Al有利于提高茶葉茶多酚、咖啡堿、黃酮、可溶性總糖和氨基酸的含量，促進(jìn)茶樹對(duì)Al和Fe的吸收和積累，提高茶葉中的化學(xué)品質(zhì)成分。此外，Al和Ca可調(diào)控茶葉活性成分含量和茶樹體微量元素的吸收。但是，作為日常生活中大量消費(fèi)的茶葉中Al含量過(guò)高，不利于人體健康，Al元素在大腦中沉積是導(dǎo)致老年癡呆癥的重要原因。茶葉微量元素含量是茶葉品質(zhì)指標(biāo)之一，是衡量茶葉質(zhì)量?jī)?yōu)劣的關(guān)鍵特征，其中茶葉中Zn、Fe等微量元素含量為國(guó)際上公認(rèn)的具體評(píng)價(jià)指標(biāo)［7-8］。黑茶元素首次浸泡溶出率由高到低為K、Mg、Zn、Al、Fe、Mn及Ca。Mg、Al、Mn、K金屬元素溶出率隨浸泡次數(shù)成指數(shù)關(guān)系，見(jiàn)圖1～圖4。

表4 各元素標(biāo)準(zhǔn)工作曲線及相關(guān)系數(shù)Tab.4 Standard curves and correlation coefficients of elements

圖1 K溶出率隨浸泡次數(shù)的關(guān)系Fig.1 Correlation between dissolving-out rate and soaking times for K

圖2 Mg溶出率隨浸泡次數(shù)的關(guān)系Fig.2 Correlation between dissolving-out rate and soaking times for Mg

圖3 Al溶出率隨浸泡次數(shù)的關(guān)系Fig.3 Correlation between dissolving-out rate and soaking times for Al

圖4 Mn溶出率隨浸泡次數(shù)的關(guān)系Fig.4 Correlation between dissolving-out rate and soaking times for Mn

K的體內(nèi)平衡與肌肉損失有關(guān)，肌肉損傷和丟失引起尿鉀水平升高，長(zhǎng)期航天飛行失重條件下機(jī)體肌肉萎縮，有必要增加K攝入量以保持肌肉質(zhì)量和抑制肌肉萎縮［9］；地面頭低位臥床模擬失重試驗(yàn)結(jié)果表明，臥床志愿者糞Zn排出量增加，出現(xiàn)負(fù)Zn平衡，失重下Zn丟失與肌肉和骨降解有關(guān)，因此，應(yīng)滿足Zn的膳食供給量需求，以促進(jìn)骨骼和肌肉健康［10］；Mn作為一種金屬酶的組成部分參與體內(nèi)各種生理活動(dòng)，包括碳水化合物的合成和抗氧化活性，航天飛行過(guò)程中高能粒子暴露使航天員處于較高的氧化應(yīng)激狀態(tài)，長(zhǎng)期飛行后航天員體內(nèi)的脂質(zhì)過(guò)氧化物明顯增多，這些發(fā)現(xiàn)支持給航天員補(bǔ)充足夠的膳食Mn［11］。由表5可見(jiàn)，黑茶K、Mg、Zn首次浸出率較高，此3種元素都有利于促進(jìn)飛行乘組機(jī)體營(yíng)養(yǎng)健康。

3 結(jié) 論

研究表明，黑茶中含有多種人體必需的宏量元素和微量元素，一價(jià)元素K容易溶出，而Mg、Al、Mn、Zn、Fe、Ca等多價(jià)金屬元素溶出率較低。Mg、Al、Mn、K金屬元素溶出率與浸泡次數(shù)成指數(shù)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)均達(dá)到0.9以上。由于黑茶中元素含量受多種因素影響，如品種、采收時(shí)間、采收部位、加工方法、沖泡方法等，不同來(lái)源的黑茶元素溶出特性尚需做專門研究。本研究為黑茶生產(chǎn)加工、沖泡飲用及其在航天中的應(yīng)用提供了數(shù)據(jù)積累。

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Determination of Dissolving-out Characteristics of Black Tea Elements by Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry

DONG Haisheng， ZANG Peng， ZHANG Shujing， CHEN Pu
（Key Laboratory of Space Nutrition and Food Engineering，China Astronaut Research and Training Center，Beijing 100094，China）

Black tea is produced by successive procedure such as cranking up of raw material，first rubbing，fermenting，and drying processes，which is rich in a variety of minerals，such as K，Ca，Mg，and Zn.Black tea is benefit for astronauts.In order to investigate the dissolving-out characteristics of black tea，elements of black tea powder and black tea soup were analyzed.The closed high-pressure microwave digestion method was used for sample digestion to avoid the loss of elements during the digestion procedure.The concentration of seven minerals including K，Mg，Al，Mn，Zn，F(xiàn)e，and Ca were measured by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry（ICP-OES）.The tea soup was made using deionized water for 5 times.The results showed that the method recoveries ranged from 96.4%to 106.7% and the dissolving-out yields of K，Mg，Al，Mn，Zn，F(xiàn)e，and Ca were 45.35%，6.23%，2.16%，1.68%，7.8%，2.0%，and 0.4%respectively，in the first tea soup.There was an exponential relationship between the dissolving-out yields of K，Mg，Al，and Mn and soaking times.The exponential relationship equations between the dissolving-out rate for K，Mg，Al，and Mn in black tea and soak times were y=105.75e-0.8743x，y=9.949 3e-0.9695x，y=6.335 8e-1.4065x，and y=4.247 7e-1.3394x，respectively.The correlation coefficients were 0.986，0.928 3，0.950 7，and 0.926，respectively.

inductively coupled plasma atomic emission spectrometry；black tea；dissolving-out；elements

檀彩蓮）

TS272.5；TS272.7

A

10.3969/j.issn.2095-6002.2015.02.005

2095-6002（2015）02-0024-05

董海勝，臧鵬，張淑靜，等.電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測(cè)定黑茶元素溶出特性［J］.食品科學(xué)技術(shù)學(xué)報(bào)，2015，33（2）：24-28.

DONG Haisheng，ZANG Peng，ZHANG Shujing，et al.Determination of dissolving-out characteristics of black tea elements by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry［J］.Journal of Food Science and Technology，2015，33（2）：24-28.

2015-02-28

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（31101251）。

董海勝，男，助理研究員，碩士，主要從事航天營(yíng)養(yǎng)與食品工程研究。