茶葉產(chǎn)地溯源研究進展

張 婉, 胡文文, 葉巧茹, 林燕萍, 楊雪琪, 葉江華, 何海斌

( 1.福建省農(nóng)業(yè)生態(tài)過程與安全監(jiān)控重點實驗室, 福建 福州 350002; 2.福建農(nóng)林大學生命科學學院, 福建 福州 350002; 3.武夷學院茶與食品學院, 福建 武夷山354300 )

農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地溯源是農(nóng)產(chǎn)品質量安全追溯制度的重要組成部分，主要通過分析來自不同產(chǎn)地農(nóng)產(chǎn)品的特異性指標與其產(chǎn)地的關聯(lián)性來追溯產(chǎn)品的產(chǎn)地來源[1]，有助于打擊假冒偽劣產(chǎn)品，維護消費者利益和穩(wěn)定市場。同時，地方特色產(chǎn)品及其產(chǎn)區(qū)通過農(nóng)產(chǎn)品溯源也能得到進一步的保護。美國食品與藥品管理局(FDA)要求食品部門向FDA登記，便于食品安全追溯[2]。歐盟對原產(chǎn)地保護標簽和地理標志保護產(chǎn)品進行了明確規(guī)定以保護特色農(nóng)產(chǎn)品和食品[3]。我國為應對食品安全問題及綠色貿(mào)易壁壘，出臺了相關法律法規(guī)[4]。隨著各國農(nóng)產(chǎn)品貿(mào)易的互通，對農(nóng)產(chǎn)品溯源的要求將越來越多。

茶葉作為世界三大天然飲品之一，具有豐富的茶多酚、兒茶素等營養(yǎng)元素，在日常生活及進出口貿(mào)易中扮演著重要的角色。產(chǎn)地認證是茶葉質量評估的一項重要指標。中高檔茶類產(chǎn)品通常會標示產(chǎn)地，為消費者的選擇提供參考[5]。地理標志產(chǎn)品指通過我國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局審核批準以地理名稱進行命名的產(chǎn)品[6]。2020年，我國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布了“大力發(fā)展綠色、有機、地理標志農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)，繼續(xù)實施地理標志農(nóng)產(chǎn)品保護工程”的通知[7]。因此，茶葉產(chǎn)地溯源研究對于茶葉特別是地理標志產(chǎn)品的質量管控以及銷售市場的穩(wěn)定，具有重要的意義和應用前景。本文綜述了茶葉產(chǎn)地溯源的研究進展，列舉了我國六大茶類的應用實例，以期為茶葉產(chǎn)地溯源研究的進一步發(fā)展提供參考。

1 茶葉產(chǎn)地溯源方法

茶葉產(chǎn)地溯源一般采用茶葉有機成分或礦質元素作為標識物，結合化學計量學篩選數(shù)據(jù)并建立判別與預測模型。

1.1 有機成分分析

茶葉有機成分如茶多酚、黃酮和兒茶素等品質指標，受氣候、土壤、加工方式和季節(jié)等的影響[8]。一般通過色譜分析法、光譜分析法及電化學方法分析茶葉有機成分。

1.1.1 色譜分析法 根據(jù)流動相和固定相的不同，色譜分析法可分為氣相色譜和液相色譜。茶類的色譜分析主要用于測定兒茶素、咖啡因等有效成分及農(nóng)殘含量。在茶葉產(chǎn)地溯源應用中，色譜分析法能夠區(qū)分不同發(fā)酵類型的茶。高效液相色譜(high performance liquid chromatography, HPLC)作為一種高速、高效、高靈敏度的色譜法，已在棕櫚油[9]、生姜[10]、土豆[11]等農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地溯源中得到廣泛應用。Fernández et al[12]利用高效液相色譜法檢測了紅茶、綠茶和速溶茶中的咖啡因、兒茶素、表兒茶素等指標，通過主成分分析和線性判別分析能夠完全區(qū)分這三大類茶。進一步研究表明，僅根據(jù)兒茶素、沒食子酸和生物堿含量即可區(qū)分來自中國、日本、肯尼亞、斯里蘭卡和印度等國的茶葉樣品[13]。

Navratilova et al[14]利用超高效液相色譜-高分辨率質譜法(ultra high pressure liquid chromatography-high resolution mass spectrometer, UHPLC-HRMS)測定了來自中國、日本和韓國共54個綠茶樣本的代謝指紋圖譜表明，預測模型可以區(qū)分出綠茶地理來源。說明通過聯(lián)用技術，如色譜與質譜聯(lián)用、氣相與液相聯(lián)用，能夠更加準確地分析茶葉中有機成分的組成和含量，有利于提高茶葉產(chǎn)地溯源的判別精度。

1.1.2 光譜分析法 紫外可見吸收光譜法、中紅外吸收光譜法及近紅外吸收光譜法可用于茶葉產(chǎn)地溯源研究。Diniz et al[15]采用紫外可見光譜法對用沸水沖泡的阿根廷綠茶、阿根廷紅茶、巴西綠茶、巴西紅茶及斯里蘭卡紅茶茶湯進行檢測表明，利用251～490 nm之間的光譜信息能夠區(qū)分參試茶葉。該方法簡單、快速且成本低，既可作為傳統(tǒng)茶葉質量評價的替代方法，又可以識別茶葉產(chǎn)地。

紫外光譜較簡單、特征性不強，且很多有機化合物在紫外光區(qū)沒有吸收或者只有微弱的吸收，鑒定有機成分的能力遠不如紅外光譜有效。Budínová et al[16]以產(chǎn)自斯里蘭卡、中國、印度、日本和肯尼亞的7種紅茶、2種綠茶及3種半發(fā)酵茶為樣本，利用中紅外光區(qū)傅里葉變換紅外光譜結合軟獨立建模分類法(soft independent modeling of class analogy, SIMCA)和線性判別表明，利用1 278～1 738 cm-1之間的光譜信息能夠區(qū)分不同產(chǎn)地及發(fā)酵類型的茶葉樣品。近紅外光譜已被應用于肉類、水果、谷物的產(chǎn)地溯源研究[17]。Firmani et al[18]利用近紅外光譜技術結合偏最小二乘回歸分析以及SIMCA方法可將地理保護標志產(chǎn)品大吉嶺紅茶與其他產(chǎn)地紅茶區(qū)分開，表明近紅外光譜法可作為一種快速、無損且相對便宜的方法來判斷紅茶是否來自大吉嶺，并檢測大吉嶺紅茶是否摻假。

1.1.3 電化學方法 已有研究表明電子舌技術可以判斷洞庭碧螺春的真假[19]。Kovács et al[5]利用電子鼻、電子舌檢測了5種來自不同種植園的斯里蘭卡紅茶。結果表明，電子鼻和電子舌檢測結果與專家感官分析間存在顯著相關性，并能按照海拔高度及種植園區(qū)分樣品。但該研究還需要更大的數(shù)據(jù)集支撐。馬會杰等[20]采用Airsense Pen 3電子鼻測定了6個紅茶和13個名優(yōu)綠茶的香氣組分，結合主成分分析(principal component analysis, PCA)及線性判別分析(linear discriminant analysis, LDA)能夠按產(chǎn)地區(qū)分不同香氣的茶葉。同時，電子鼻對綠茶干茶和茶湯的判別結果也不同，表明茶葉處理方式對電子鼻檢測結果有影響，需要與茶葉感官審評及其他茶葉香氣檢測方法相結合才能更好地達到產(chǎn)地溯源的目的。

1.2 礦質元素分析

茶葉中的無機礦質元素含量與產(chǎn)地關系密切[21]。礦質元素主要來源于植物的生長介質，因此可以通過檢測樣品中的礦質元素差異推斷出樣品的產(chǎn)地[22]?；鹧嬖游展庾V法(flame atomic absorption spectrometry, FAAS)可用于茶葉產(chǎn)地判別[23]，但靈敏度較低，難以測定硼(B)、釩(V)、鉭(Ta)、鎢(W)及鉬(Mo)等耐高溫元素和堿土金屬元素等[24]。電感耦合等離子體(inductively coupled plasma, ICP)法和穩(wěn)定同位素法常用于茶葉產(chǎn)地溯源的礦質元素分析。

1.2.1 ICP法 電感耦合等離子體質譜法(inductively coupled plasma-mass spectrometry, ICP-MS)和電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry, ICP-AES)在茶葉品質鑒定中應用比較成熟[25]。Fernández et al[22]通過ICP-AES測定了來自亞洲和非洲的21種綠茶、23種紅茶和2種速溶茶中Al、Ba、Ca、Cu等12種元素，結合主成分分析、線性判別分析及人工神經(jīng)網(wǎng)絡分析基本能夠區(qū)分亞洲茶和非洲茶，也能判別不同地域的亞洲茶。羅婷等[26]通過ICP-AES結合濕法消解測定了來自安徽、四川、浙江和貴州的28種綠茶中的9種元素。不同產(chǎn)地綠茶聚類效果明顯，能夠有效區(qū)分產(chǎn)地。隨著微波消解技術的普及，可以進一步減少茶葉樣品尤其是名貴茶葉的檢測用量[27]。

1.2.2 穩(wěn)定同位素分析法 穩(wěn)定同位素技術多應用于地質勘探、環(huán)境監(jiān)測等領域，近年來逐漸被應用于食品產(chǎn)地溯源研究[28]。Pilgrim et al[29]通過同位素比質譜儀(isotope ratio mass spectrometer, IRMS)測定了103個亞洲茶葉中的穩(wěn)定同位素元素，并通過線性判別的方法篩選出δD、δ13C、49Ti、53Cr、59Co、60N等22種穩(wěn)定同位素用于產(chǎn)地識別，其正確率達97.6%，表明可以通過同位素區(qū)分不同產(chǎn)地的茶葉樣品。Deng et al[30]測定了我國重要綠茶產(chǎn)地樣品的穩(wěn)定同位素，并結合隨機森林模型分析表明，通過穩(wěn)定同位素能夠判別不同綠茶產(chǎn)地的茶葉樣品，其中西湖龍井的判別正確率可達97.9%，85Rb、24Mg、δ13C和39K可作為綠茶產(chǎn)地溯源的重要地理指標。由于穩(wěn)定同位素特征明顯，利用穩(wěn)定同位素作為茶葉等農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地溯源的標識物已成為一種趨勢[31-33]。

2 應用實例

依據(jù)加工方法，可將我國茶葉分為綠茶、青茶、紅茶、白茶、黃茶和黑茶等六大類[34]。同一類型茶葉有多個產(chǎn)區(qū)，如綠茶在浙江、貴州、四川和云南等省均有生產(chǎn)。隨著國內(nèi)外對茶產(chǎn)品質量控制和源頭追溯的要求日益提高，我國茶葉產(chǎn)地溯源研究逐步得到重視。本文列舉了常見茶葉產(chǎn)地溯源方法在我國六大茶類中的應用實例。

2.1 綠茶

我國綠茶產(chǎn)量最多，2019年出口量達30.4萬t，占茶葉出口總量的82.8%[35]。綠茶質量受多種因素影響，地理來源通常作為茶葉質量等級評定的重要指標。國內(nèi)針對地理標志產(chǎn)品龍井綠茶做了較多產(chǎn)地溯源研究[36-41]。龔自明等[42]通過ICP-AES檢測了來自湖北四大茶區(qū)35份綠茶中的9種元素，利用K、Ca、Mg、Mn、Al等6種元素建立了判別模型，其回代檢驗和交叉驗證的正確率分別為100%和91.4%，說明能很好地區(qū)分四大茶區(qū)的茶葉樣品。胡西洲等[43]利用頂空固相微萃取(headspace solid phase microextraction, HS-SPME)和氣相色譜-質譜聯(lián)用儀(gas chromatography-mass spectrometer, GC-MS)檢測了24份西湖核心區(qū)龍井茶和15份疑似龍井茶中的揮發(fā)性成分，PCA結果能夠有效區(qū)分西湖核心區(qū)龍井茶與疑似龍井茶。Zhang et al[44]利用ICP-MS檢測了5個相鄰產(chǎn)區(qū)71份都勻毛尖的39種元素，結合逐步線性分析區(qū)分了不同產(chǎn)區(qū)的茶葉樣品，模型的交叉驗證和分類正確率分別為88.3%和96.0%。Liu et al[45]采用EA-IRMS及ICP-MS檢測了中國主要綠茶生產(chǎn)省份綠茶樣品的C、 N、 H和O等4種穩(wěn)定同位素及20種元素表明，PCA結合LDA能夠驗證綠茶的具體省份，正確率達到92.3%，同一省份不同產(chǎn)區(qū)綠茶的判別正確率也可達87.8%。由此可見，穩(wěn)定同位素和多元素分析結合統(tǒng)計模型可用于確認中國綠茶的地理來源，打擊造假行為。

2.2 紅茶

紅茶是一種全發(fā)酵的茶類，可分為大葉種和小葉種。大葉種紅茶的富馬酸、茶堿、可可堿和茶黃素等含量較高，而小葉種紅茶的游離氨基酸含量較高[46]。Ren et al[47]通過近紅外光譜法采集了來自中國、印度、肯尼亞、斯里蘭卡及緬甸紅茶中的咖啡因、總酚、游離氨基酸等主要化合物的光譜數(shù)據(jù)，采用偏最小二乘法(partial least square, PLS)判別來自不同產(chǎn)地的紅茶樣品，可用于紅茶產(chǎn)業(yè)的質量控制和流程監(jiān)督。方仕茂[48]分別利用HPLC和HS-SPME/GC-MS檢測安徽省5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)祁門紅茶中的非揮發(fā)性成分和揮發(fā)性成分。結果顯示，將非揮發(fā)性化合物與揮發(fā)性化合物相融合構建的LDA模型比單獨使用非揮發(fā)性數(shù)據(jù)或者揮發(fā)性數(shù)據(jù)能夠更好地實現(xiàn)不同產(chǎn)地祁門紅茶樣品的產(chǎn)地溯源。目前尚未見以礦質元素作為標識物的紅茶產(chǎn)地溯源研究。

2.3 黑茶

黑茶中的普洱茶有顯著的減肥降脂和抗氧化功能[49]，產(chǎn)地溯源研究較多。即使產(chǎn)地僅相距30～50 km，當?shù)氐牡乩憝h(huán)境也會影響普洱茶的品質和口感[50]。林昕等[51]通過ICP-AES檢測了2個主產(chǎn)區(qū)107個普洱茶葉樣品中的21種微量元素和15種稀土元素。雖然部分樣品呈現(xiàn)離群現(xiàn)象，但利用決策樹C5.0算法、TAN貝葉斯算法和BP-ANN等方法能夠很好地區(qū)分2個主產(chǎn)區(qū)的茶葉樣品。說明利用不同普洱茶產(chǎn)區(qū)特征元素差異性結合化學計量學能夠有效地對普洱茶產(chǎn)地進行溯源。李余進等[52]利用近紅外光譜技術采集了西雙版納、普洱市、臨滄市3個產(chǎn)地81份普洱茶樣本的1 100～2 498 nm光譜數(shù)據(jù)，判別正確率為98.15%，驗證集的識別正確率為100%，表明利用近紅外光譜技術與判別定標識別模型相結合也可迅速識別普洱茶的產(chǎn)地。

2.4 烏龍茶

烏龍茶主要產(chǎn)地為福建、廣東及臺灣三省。Yan et al[53]利用近紅外光譜法測定了450份安溪鐵觀音及120份其他產(chǎn)地鐵觀音，通過標準正態(tài)變量轉換結合偏最小二乘回歸分析能夠將不同安溪鐵觀音和其他產(chǎn)地的鐵觀音樣品區(qū)分開。Lin et al[54]利用HS-SPME/GC-MS技術提取并篩選出安溪縣和龍泉市5個烏龍茶品種的26個特征峰，通過香氣成分可以區(qū)別不同產(chǎn)地的烏龍茶，但品種間香氣成分差異比地域或品質間差異更明顯。武夷巖茶屬烏龍茶，其產(chǎn)地可分為正巖區(qū)、半巖區(qū)及洲茶區(qū)。Lou et al[55]通過穩(wěn)定同位素比率和金屬元素分析技術測定了99個武夷巖茶樣本和33個非武夷巖茶樣本中的礦質元素和穩(wěn)定同位素，利用δ2H、δ18O、Cs、Cu、Ca和Rb特征元素建立的SVM預測準確度達97.73%，說明能很好地判斷武夷巖茶與非武夷巖茶樣品。Jia et al[56]利用HPLC檢測了武夷山御茶園(正巖區(qū))、龜巖(半巖區(qū))及旗山(洲茶區(qū))3個茶園中武夷巖茶鮮葉中的游離氨基酸成分，采用系統(tǒng)聚類分析和主成分分析結果能夠有效區(qū)分不同產(chǎn)區(qū)的武夷巖茶。王麗鴛等[57]通過HPLC檢測了36個正巖茶樣本以及22個半巖茶樣本中的兒茶素類化合物含量表明，訓練集和外部驗證集的正確判別率分別為100%和85.7%，區(qū)分效果明顯。

2.5 白茶

白茶屬于輕發(fā)酵茶類，具有滿身披毫的特點。因白茶產(chǎn)量及產(chǎn)地局限，目前有關白茶產(chǎn)地溯源的研究較少。Zhang et al[58]利用質子轉移反應-飛行時間-質譜分析(proton transfer reaction time-of-flight mass spectrometry, PTR-TOFMS)采集了來自福鼎、政和及建陽40個白茶樣品中的揮發(fā)性成分表明，地區(qū)間白茶樣品中的揮發(fā)性成分種類差異不大，相對濃度有明顯區(qū)別。正交偏最小二乘-判別分析法(orthogonal partial least squares discriminant analysis, OPLS-DA)結果顯示，三地樣品的判別率和測試集的預測正確率都高于90%，且篩選出乙醛、乙醇、1,3-丁二烯和環(huán)丁烯等9種特征物質，為篩選白茶特征物質提供參考。

2.6 黃茶

黃茶屬于輕發(fā)酵茶類，按鮮葉的嫩度及大小可分為黃芽茶、黃小茶和黃大茶。劉曉等[59]用液相色譜-飛行時間質譜聯(lián)用儀(liquid chromatography-time-of-flight mass spectrometry, LC-TOF/MS)測定了來自24個廠家的蒙頂黃芽樣品中的兒茶素、表兒茶素、表沒食子兒茶素和咖啡堿等含量。通過因子分析和聚類分析，樣品可分為未經(jīng)過悶黃、采用現(xiàn)代工藝悶黃、用陳茶炒黃及傳統(tǒng)工藝悶黃四大類，說明該方法可區(qū)分我國不同加工工藝以及不同產(chǎn)地的黃茶。此外，尚未見有關光譜分析法及以礦質元素為標識物的黃茶產(chǎn)地溯源研究。

綜上所述，我國茶葉產(chǎn)地溯源研究多以綠茶、黑茶及烏龍茶為主。其他茶類的產(chǎn)地溯源研究見表1，其中六安瓜片、洞庭碧螺春和安化黑茶等屬于地理標志產(chǎn)品。

表1 我國茶葉產(chǎn)地溯源研究實例Table 1 Case studies on the geographical origin of tea in China

3 展望

上述茶葉產(chǎn)地溯源方法各有利弊，如近紅外光譜法可實現(xiàn)無損分析，但所需樣品量大；電化學方法可直接測定茶葉香氣及茶湯滋味，但目前還無法完全替代傳統(tǒng)評茶方式并準確用于產(chǎn)地溯源；色譜法在茶葉產(chǎn)地溯源中應用較多，可實現(xiàn)產(chǎn)地及年份的判別，同時也受儲存方式和加工方法的影響。由于礦質元素穩(wěn)定性更高，近年來利用其對產(chǎn)地相近的同種茶葉進行產(chǎn)地溯源的研究越來越多。通過技術聯(lián)用以及將多種物質作為檢測對象，如非揮發(fā)性物質結合揮發(fā)性物質或微量元素結合穩(wěn)定同位素等方式，可以進一步提高產(chǎn)地溯源的準確度。從我國六大茶類產(chǎn)地溯源應用實例可以看出，綠茶的相關研究最多，利用有機成分或礦質元素的產(chǎn)地溯源方法在綠茶、紅茶、黑茶和烏龍茶四種茶類中均有應用，白茶及黃茶的研究較少，這與產(chǎn)量及知名度等都有一定的聯(lián)系。此外，對地理標志產(chǎn)品的產(chǎn)地溯源研究仍有待加強。