茶毫氨基酸組成及礦質(zhì)元素分析

宋亞康，張群峰，張潔，高瑤瑤，胡建輝*

1. 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院/青島市園藝植物遺傳改良與育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266109；2. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所/農(nóng)業(yè)部茶樹(shù)生物學(xué)與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310008；3. 信陽(yáng)農(nóng)林學(xué)院茶學(xué)院，河南 信陽(yáng) 464000

茶毫氨基酸組成及礦質(zhì)元素分析

宋亞康1，張群峰2，張潔3，高瑤瑤1，胡建輝1*

1. 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院/青島市園藝植物遺傳改良與育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266109；2. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所/農(nóng)業(yè)部茶樹(shù)生物學(xué)與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310008；3. 信陽(yáng)農(nóng)林學(xué)院茶學(xué)院，河南 信陽(yáng) 464000

成茶白毫的多少及隱顯是評(píng)定茶葉品質(zhì)優(yōu)劣的重要標(biāo)志之一。為了明確茶毫中的化學(xué)組成，以富含茶毫的碧螺春、滇紅、白毫銀針及白牡丹 4個(gè)茶樣為研究對(duì)象，將茶毫與茶身進(jìn)行分離，利用碳氮元素分析儀對(duì)其總碳、總氮及碳氮比進(jìn)行分析，氨基酸自動(dòng)分析儀分析其氨基酸組分，電感耦合等離子體發(fā)射光譜（ICP-OES）用來(lái)測(cè)定其主要礦質(zhì)元素含量。茶毫中的C、N含量分別為2.96%～4.74%和42.87%～45.58%，其中N含量顯著低于茶身（P＜0.01），C含量差異不顯著，C/N茶毫顯著高于茶身；茶毫中水解氨基酸、游離氨基酸含量分別為 10.78%～12.46%和 20.78～34.65 mg·g-1，其中水解氨基酸主要組分及總量均顯著低于茶身（P＜0.01），游離氨基酸總量低于茶身（P＜0.05），而茶氨酸、天冬酰胺、甘氨酸、γ-氨基丁酸等游離氨基酸組分差異不顯著，茶毫中茶氨酸所占游離氨基酸的比例顯著高于茶身（P＜0.05）；茶毫中的礦質(zhì)元素普遍低于茶身，其中P、S含量極顯著低于茶身（P＜0.01），其他元素差異不顯著。由此可見(jiàn)，茶毫中的氨基酸和礦質(zhì)元素含量并不比茶身高，但品質(zhì)成分組成比例的差異賦予了富含茶毫茶葉特有的品質(zhì)特征。

茶毫；C/N；氨基酸；礦質(zhì)元素

茶葉茸毛著生于幼嫩芽葉的背面，屬于葉片表皮毛，它是鮮葉嫩度的重要標(biāo)志。周巨根等[1-2]曾系統(tǒng)研究了茶樹(shù)芽葉茸毛性狀的遺傳和變異；肖揚(yáng)書(shū)等[3-4]重點(diǎn)研究了茶葉茸毛形態(tài)結(jié)構(gòu)和形態(tài)發(fā)生，以及茶葉茸毛和茶葉品質(zhì)的關(guān)系，茸毛與茶樹(shù)的抗逆性和抗病蟲(chóng)性密切相關(guān)；茸毛長(zhǎng)期以來(lái)為國(guó)內(nèi)外學(xué)者所重視[5-9]。成茶上的茸毛習(xí)慣稱(chēng)之為“白毫”，成茶是否“顯毫”常被作為評(píng)定茶葉品質(zhì)的主要特征之一。陳義等[10]，邵元海等[11]分別研究了信陽(yáng)毛尖和無(wú)錫毫茶的白毫與品質(zhì)之間的關(guān)系，均指出：白毫中粗纖維含量高于茶葉。葉乃興等[12]、郭桂義等[13]分別以白茶和信陽(yáng)毛尖為材料研究了茶毫的化學(xué)成分，其中茶毫與茶身中茶多酚、咖啡堿、水浸出物、兒茶素差異研究結(jié)果基本一致，但氨基酸的差異有所不同（信陽(yáng)毛尖茶毫中氨基酸低于茶身，而白茶茶毫高于茶身），這可能是茶類(lèi)不同所導(dǎo)致的，有待繼續(xù)研究。此外，茶葉中不僅含有茶多酚、氨基酸、咖啡堿等有機(jī)成分，而且富含多種對(duì)人體有益的礦質(zhì)元素。作為人體必需的七大營(yíng)養(yǎng)素之一，有關(guān)茶葉中礦質(zhì)元素的研究涉及了礦質(zhì)元素的品種、季節(jié)]及產(chǎn)地差異[14-16]和重金屬含量測(cè)定[17]，但針對(duì)茶毫中礦質(zhì)元素的分析研究尚未見(jiàn)報(bào)道。

為了進(jìn)一步明確茶毫中的化學(xué)組成，本研究選取富含茶毫的綠茶、紅茶、白茶為研究對(duì)象，將茶毫與茶身分離，采用碳氮分析儀測(cè)試其總碳、總氮及碳氮比，氨基酸自動(dòng)分析儀分析其氨基酸組成，電感耦合等離子體發(fā)射光譜（ICP-OES）分析其礦質(zhì)元素組成，研究結(jié)果可為富含茶毫茶葉風(fēng)味化學(xué)研究及相關(guān)應(yīng)用技術(shù)奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 茶樣與茶毫的分離

茶樣：碧螺春、滇紅、白毫銀針和白牡丹4個(gè)茶樣均購(gòu)于藝福堂茗茶旗艦店，其中滇紅、白毫銀針原料為單芽，碧螺春為一芽一葉初展，白牡丹為一芽二三葉。茶身和茶毫的分離參考了文獻(xiàn)[12]的分離方法，將茶樣置于粉碎機(jī)粉碎至60目后，依次過(guò)40、60目的標(biāo)準(zhǔn)篩，茶毫聚集在60目篩網(wǎng)上，茶身則通過(guò)濾網(wǎng)進(jìn)入收集盒。

1.2 主要儀器

Agilent1100高效液相色譜儀：配四元低壓泵、柱溫箱、光電二極管陣列檢測(cè)器、 自動(dòng)進(jìn)樣器以及Agilent色譜工作站，美國(guó)安捷倫公司；Sykam S-433D氨基酸自動(dòng)分析儀，德國(guó)賽卡姆公司；電感耦合等離子發(fā)射光譜儀，中國(guó)上海福瑪試驗(yàn)設(shè)備有限公司；Vario MAX CN型元素分析儀，德國(guó) Elementar公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 總碳及總氮含量的測(cè)定

樣品稱(chēng)重：稱(chēng)取茶毫及茶身樣品各0.1 g，由CN元素分析儀分析。檢測(cè)范圍：C：0.02～400 mg；N：0.02～15 mg，相對(duì)精度：小于0.5%，分析時(shí)間：7～9 min。

1.3.2 氨基酸的測(cè)定

水解氨基酸的制備與檢測(cè)：稱(chēng)取茶身及茶毫樣品各 0.2 g，加 6 mol·L-1的 HCl溶液15 mL，置于漩渦震蕩儀混勻，超聲波清洗器超聲15 min 同時(shí)75 ℃ 水浴加熱，用氮?dú)獯祾邇x充入氮?dú)夂筮M(jìn)行封管，烘焙箱110℃水解，用時(shí) 23 h，溶液倒入 50 mL容量瓶中定容，準(zhǔn)確吸取1.0 mL樣品液于15 mL試管內(nèi)，然后放入真空干燥機(jī)60 ℃，加水使酸完全蒸發(fā)。用 1.0～2.0 mL pH2.2檸檬酸鈉緩沖液加入到干燥后試管內(nèi)溶解，震蕩混勻后，吸取溶液通過(guò)0.22 μm濾膜后，轉(zhuǎn)入儀器進(jìn)樣瓶，作為樣品測(cè)定液待測(cè)。檢測(cè)方法參考GB 5009.124—2016進(jìn)行。

游離氨基酸的制備：稱(chēng)取茶身及茶毫樣品各0.1 g，置于10 mL離心管中，加10 mL蒸餾水沸水浴浸提30 min，離心得到上清液。取2 mL上清液過(guò)0.22 μm濾膜后與樣品稀釋液1∶1混合于樣品瓶中，置于4℃?zhèn)溆?。根?jù)茚三酮柱后衍生法，由氨基酸自動(dòng)分析儀分析。

1.3.3 礦質(zhì)元素的測(cè)定

樣品消解：稱(chēng)取磨碎后的茶樣1.000 0 g，置于消化管中，加12 mL HNO3-HClO4(5∶1)混合酸，靜置過(guò)夜。之后在恒溫消解儀蓋上玻璃蓋，加熱至微沸狀態(tài)（160～170℃），當(dāng)樣品溶液呈淺黃色或無(wú)色時(shí)，消解結(jié)束，冷卻至室溫，打開(kāi)罐蓋，將消解溶液轉(zhuǎn)移至 25 mL容量瓶中，用超純水沖洗罐壁3次以上，并定容至刻度，混勻待測(cè)。同時(shí)平行制備1份空白樣品備用。

樣品測(cè)定：按表1中的分析譜線，采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜（ICP-OES）測(cè)定樣品溶液及試劑空白。ICP-OES 儀器工作參數(shù)：霧化器壓力 1.5 MPa，射頻功率 1.15 kW，冷卻氣流量 15.0 L·min-1，輔助氣流量 0.4 L·min-1，泵轉(zhuǎn)速 100 r·min-1，積分時(shí)間（＞265 nm） 5 s，觀測(cè)方向水平。分析軟件減去空白測(cè)定值，換算為茶葉樣品中所測(cè)元素的含量。

表1 元素分析譜線Table1 Elemental analysis line

1.4 數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計(jì)

試驗(yàn)結(jié)果取最終平均值。采用Excel2016，SPSS24.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。結(jié)合獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，以P＜0.05及P＜0.01為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 茶毫中總碳，總氮含量及碳氮比

鮮葉中茶身及茸毛由于碳氮代謝的不同，最終影響到總碳、總氮含量及碳氮比。4個(gè)茶樣中茶毫和茶身的碳、氮含量如表2所示，茶身中總碳、總 N含量均比茸毛高，茶身總氮含量為茸毛的1.3～2.9倍，差異極顯著；總碳含量為茸毛1.01～1.04倍，差別不顯著。最終表現(xiàn)為茶身中碳氮比均低于茸毛，且茸毛碳氮比是茶身的1.3～2.0倍，差異極顯著。茶毫和茶身碳、氮含量的差異表明氮在茶身中更加富集，而氮是氨基酸、蛋白質(zhì)、葉綠素等茶葉品質(zhì)成分的重要構(gòu)成元素，它們之間的含量一定程度上呈正相關(guān)，因此，本研究接下來(lái)又對(duì)茶毫和茶身中的氨基酸組成進(jìn)行了測(cè)定。

2.2 茶毫中水解氨基酸的組成

氨基酸在植物中大部分以蛋白質(zhì)的形式存在，精制茶樣經(jīng)水解處理后，蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)變成氨基酸，水解氨基酸的種類(lèi)與含量真實(shí)反映了此植物的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[18]。實(shí)驗(yàn)由于采用鹽酸水解方法，最終所得結(jié)果不含色氨酸。由表3可知，在測(cè)出的17種氨基酸中，包括7種必需氨基酸和10種非必需氨基酸。且在17種氨基酸中谷氨酸的含量最高，胱氨酸含量最低。茶毫中氨基酸含量在 10.78%～12.46%之間，而茶身中氨基酸含量在 18.19%～24.34%之間，方差分析顯示兩者差異極顯著。對(duì) 4種茶樣的茶身與茶毫進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)所測(cè)氨基酸中，茶身與茶毫中水解氨基酸組分及水解氨基酸總量均存在極顯著差異（P＜0.01）。這表明茶毫中構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸含量不及茶身，這一結(jié)果和上述茶毫與茶身N含量的分析結(jié)果一致。

表2 樣品中總氮、總碳含量及碳氮比Table 2 The contents of C, N and C/N ratio in tea samples

表3 樣品中水解氨基酸組分含量Table 3 The contents of hydrolyzed amino acids in tea samples %

2.3 茶毫中游離氨基酸的組成

游離氨基酸是茶葉中雜環(huán)類(lèi)香氣成分的重要前體物質(zhì)，茶葉沖泡后溶于茶湯，直接影響茶湯的色澤、香氣、滋味及葉底形狀，茶葉的游離氨基酸屬于非蛋白質(zhì)態(tài)的可溶性氨基酸，可以隨沖泡而溶入茶湯，是茶葉“鮮味”與“鮮香”的主要呈味物質(zhì)[19]。由表4可知，在實(shí)驗(yàn)所測(cè)出的23種游離氨基酸中，蛋白質(zhì)氨基酸有15種，天冬酰胺含量最高；非蛋白質(zhì)氨基酸 8種，茶氨酸是茶樹(shù)的特征性氨基酸，其含量也顯著高于其他游離氨基酸。其中茶毫中氨基酸總量在 20.78～34.65 mg·g-1之間，茶

身氨基酸總量在 21.35～40.54 mg·g-1之間，方差分析顯示差異顯著（P＜0.05），但其中茶氨酸、天冬酰胺、甘氨酸、γ-氨基丁酸等游離氨基酸組分差異并不顯著。相對(duì)水解氨基酸的差異，茶毫與茶身中游離氨基酸的差異較小，且游離氨基酸中的主要組分茶氨酸含量并沒(méi)有顯著差異，但茶毫中茶氨酸在游離氨基酸中比例顯著高于茶身。

表4 樣品中游離氨基酸組分含量Table 4 The contents of free amino acids in tea samples mg·g-1

2.4 茶毫中礦質(zhì)元素的含量

礦質(zhì)元素是茶樹(shù)重要的化學(xué)組成成分。已證明茶葉含有29種元素，且C、H、O、N、S、P、K、Ca、Mg、Fe這10種元素在茶葉中含量較高，為茶葉中的大量元素。本研究測(cè)定了主要礦質(zhì)元素含量，結(jié)果列于表5，獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)比較茶身與茶毫礦質(zhì)元素含量差異，發(fā)現(xiàn)茶毫中大量元素P、S的含量與茶身存在極顯著差異，其余元素差別不顯著。磷主要以H2PO4-和HPO42-形式為茶樹(shù)吸收，然后大部分同化進(jìn)入蛋白質(zhì)、脂類(lèi)等有機(jī)物，而硫是半胱氨酸和蛋氨酸的組分，因而也是蛋白質(zhì)和酶的組分。茶毫中全氮含量、蛋白質(zhì)水解氨基酸含量均低于茶身，因此，茶毫中P、S含量作為蛋白質(zhì)的組分低于茶身與上述結(jié)果一致。

3 討論

茶身滿披白（金）毫是富含茶毫茶樣顯著的品質(zhì)特征，采用粉碎篩分法可實(shí)現(xiàn)茶毫和茶身的分離。茶毫是著生于茶樹(shù)芽頭或嫩葉上的表皮毛，是由細(xì)胞壁、細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核組成的單細(xì)胞，無(wú)葉綠體，茶身則是由表皮、葉肉細(xì)胞和葉脈組成。兩者結(jié)構(gòu)上的不同決定了兩者在C、N代謝方面可能存在差異。本研究中茶毫中全N含量低于茶身，表明N代謝在茶身中更為旺盛，而茶毫中C/N高于茶身，則表明茶毫中C代謝更旺盛。郭桂義等人的研究[10,13,20]指出：信陽(yáng)毛尖茶毫中粗纖維含量顯著高于茶葉，也印證了這一點(diǎn)。茶葉中蛋白質(zhì)、氨基酸合成與 N代謝關(guān)系密切，同時(shí)游離氨基酸又是決定茶葉鮮爽味的主要化學(xué)成分，深受研究者關(guān)注[21-24]。茶毫中是否富含氨基酸呢？本研究的結(jié)果顯示來(lái)源于蛋白質(zhì)的水解氨基酸含量茶毫不及茶身高，但其并不溶于茶湯，不參與茶葉滋味的形成；游離氨酸總量茶毫中雖然也低于茶身，但茶毫和茶身中茶氨酸含量（游離氨基酸中的主要組分）差異并不顯著。有意思的是，茶毫中茶氨酸在游離氨基酸中的比例顯著高于茶身，同時(shí)茶毫中茶多酚含量低于茶身[12-13]，而茶氨酸是茶湯中鮮爽帶甜的呈味成分[25]，這在一定程度上可提高茶葉的鮮爽味，通過(guò)對(duì)茶毫、茶身的感官審評(píng)，感官審評(píng)結(jié)果也印證了這一點(diǎn)。高檔名優(yōu)茶的茶湯滋味醇厚，香氣清高，除茶鮮葉細(xì)嫩，內(nèi)含物豐富外，茸毛多也是主要因素之一。茶葉中礦質(zhì)元素也是影響茶湯滋味的一個(gè)因子[26]，一般而言，茶樹(shù)中氮、磷、鉀、鎂、硫、鋅、銅等元素的含量在生長(zhǎng)活躍的部位如芽、嫩葉和新生根中較高。本研究中除了P、S外，茶毫和茶身中其他元素的含量差異并不顯著。磷經(jīng)茶樹(shù)吸收后大部分同化進(jìn)入蛋白質(zhì)、脂類(lèi)等有機(jī)物，而硫是半胱氨酸和蛋氨酸的組分，因而也是蛋白質(zhì)和酶的組分，作為蛋白質(zhì)的組分，茶毫中P、S含量低于茶身也從側(cè)面反映了茶毫和茶身C、N代謝的差異。茶毫與茶身C、N代謝的差異形成了兩者化學(xué)組成的差異，而品質(zhì)成分（化學(xué)成分）組成比例的差異賦予了富含茶毫茶葉特有的品質(zhì)特征，如毫味、毫香。

表5 樣品中礦質(zhì)元素含量Table 5 The contents of mineral elements in tea samples mg·kg-1

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Study on Amino Acids Composition and Mineral Elements of Tea Hairs

SONG Yakang1, ZHANG Qunfeng2, ZHANG Jie3, GAO Yaoyao1, HU Jianhui1*
1. College of Horticulture, Qingdao Agricultural University/Qingdao Key Laboratory of Genetic Improvement and Breeding in Horticultural Plants, Qingdao 266109, China; 2. Tea Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory for Plant Biology and Resource Application of Tea, the Ministry of Agriculture, Hangzhou 310008, China; 3. College of Tea Science, Xinyang Agriculture and Forestry University, Xinyang 464000, China

The amount and density of tea hairs on made tea is an important indication to assess tea quality. To determine the chemical compositions of tea hairs, four tea samples rich in tea hairs, namely, Biluochun, Yunnan black tea, Baihao Yinzhen and Baimudan were used. Tea hairs was compared to the non-pubescent leaves. The contents of C, N and C/N, the composition and contents of amino acids, primary mineral elements were analyzed by elemental analyzer, automatic amino acid analyzer and ICP-OES respectively. The C and N contents in tea hairs ranged from 2.96% to 4.74% and 42.87% to 45.58%, respectively. The N contents in tea hairs were significantly lower than those in the non-pubescent leaf (P＜0.01), while C/N showed an opposite trend and C contents showed no significant difference. Hydrolytic amino acids and free amino acid contents in tea hairs ranged from 10.78 % to 12.46% and 20.78 mg·g-1to 34.65 mg·g-1, respectively. The major constituents and the total amount of hydrolytic amino acidsand free amino acids in tea hairs were all significantly lower than those in tea body (P＜0.05), with an exception of the ratio of theanine to total free amino acids (P＜0.05). While the differences of the free amino acid constituents(theanine, asparagine, glycine, and γ-GABA) were not significant. The mineral elements in hairs were generally slightly lower than those in tea. Among them, the P and S contents showed the largest differences (P＜0.01). In summary, the contents of amino acids and mineral elements in tea hairs are not higher than those in tea body, but the composition differences in quality constituents might contribute to the special quality characteristics.

tea hairs, C/N, amino acid, mineral element

TS272.5

A

1000-369X(2017)04-339-08

2017-02-14

2017-03-21

青島農(nóng)業(yè)大學(xué)高層次人才基金（631020）、青島農(nóng)業(yè)大學(xué)大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目、山東省高等學(xué)校國(guó)內(nèi)訪問(wèn)學(xué)者項(xiàng)目

宋亞康，男，碩士研究生，主要從事茶葉品質(zhì)化學(xué)方面的研究。*通訊作者：hujhtea@163.com