不同發(fā)酵程度茶葉對茶垢形成的影響

周少鋒，乾云菲，趙真，陳暄，黎星輝

不同發(fā)酵程度茶葉對茶垢形成的影響

周少鋒，乾云菲，趙真，陳暄*，黎星輝*

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，江蘇 南京 210095

使用自來水沖泡綠茶、黃茶、烏龍茶和紅茶等不同發(fā)酵程度的茶葉，將其產(chǎn)生的茶垢分別進行定量、傅立葉紅外光譜（FTIR）、基質(zhì)輔助激光解吸電離飛行時間質(zhì)譜（MALDI-TOF-MS）以及掃描電子顯微鏡-能譜（SEM-EDS）等理化性質(zhì)分析。結(jié)果表明，紅茶產(chǎn)生的茶垢質(zhì)量顯著小于其他茶類，而綠茶、黃茶和烏龍茶的茶垢質(zhì)量無顯著差異；4種茶垢的FTIR極其相似，都含有-OH、-C=O、苯環(huán)和-COC-等官能團；茶垢主要成分的相對分子質(zhì)量相同，均為454.8；SEM-EDS分析發(fā)現(xiàn)，茶垢外形表現(xiàn)出皸裂狀，且主要由有機元素C、O組成，同時含有Ca、K、Mg、Si等無機元素。對4種茶湯進行生化成分分析發(fā)現(xiàn)，茶垢質(zhì)量與茶多酚含量呈正相關(guān)。用自來水沖泡茶多酚，將茶多酚茶垢與綠茶茶垢進行對比分析，結(jié)果證實茶垢由有機多酚物質(zhì)與無機元素結(jié)合組成。

茶；發(fā)酵；茶垢；茶多酚

茶是一種健康飲品，因其獨特的風(fēng)味和良好的保健功能深受人們的喜愛[1-2]。然而飲茶之余，由于不及時的清洗，茶具表面會產(chǎn)生一層難以清洗的垢漬，稱之為茶垢。茶垢是置于空氣中的茶湯表面所形成的油狀薄膜，為難溶于水的棕褐色物質(zhì)，并通過相關(guān)作用附著在水面處的杯壁上。盡管在中國和日本的茶文化中，認為茶垢是一種“寶”，部分飲茶者甚至有養(yǎng)壺的習(xí)慣，讓茶壺積累茶垢，增加其歲月感，希望達到“無茶也有三分香”的境地[3]。但一般來說，茶垢的形成會給飲茶帶來極大的不便，影響茶具的美觀，給茶具的清洗帶來極大的困難，同時還可能存在一定的安全隱患，成為困擾許多飲茶者的一大問題。

前人對茶垢進行了研究，已取得一定的成績，但仍存在一些問題，如Schurer[4]認為茶垢是由鈣鎂離子與茶葉中的某些成分反應(yīng)生成，但是由茶葉中的何種化合物、如何反應(yīng)并未交代清楚。Lewin[5]則認為，茶垢是茶葉表皮的高熔點脂質(zhì)在沸水中被浸泡出來，冷凝后附著在茶杯上，但這一觀點已被其他試驗否定，例如沖泡速溶茶也能產(chǎn)生茶垢，并且用己烷溶解茶葉表面的脂質(zhì)，與未處理產(chǎn)生茶垢的量差異并不顯著[6]；而且Bianchi[7]研究發(fā)現(xiàn)，沸水并未脫下茶葉角質(zhì)層任何脂質(zhì)成分等。也有研究認為，茶垢是由CaCO3和茶葉多酚組成[8-9]，CaCO3是一種良好的吸附劑[10]，Suzuki[11]使用CaCO3吸附紅茶中的茶紅素和茶褐素產(chǎn)生類似茶垢的粉末；而Enzweiler等[12]也解釋了硬水中CaCO3的由來。此外，Tanizawa等[3]和Yamada等[13]認為茶垢是由CaSiO3和多酚組成，而氧化作用和Ca2+橋可以作為驅(qū)動力，促進茶垢的產(chǎn)生；但是這不能解釋CO32-和HCO3-的作用，而且有些理論只停留在推測層面，需要進一步的驗證。

基于前人的成果，本研究分別使用超純水和自來水沖泡同一批茶葉鮮葉加工而成的綠茶、黃茶、烏龍茶和紅茶等不同發(fā)酵程度的茶葉，并對其茶垢的理化性質(zhì)進行分析，以探究不同發(fā)酵程度茶葉對茶垢形成的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

茶葉原料采摘自江蘇省南京市江寧區(qū)湯山街道茶葉基地同一片茶區(qū)，為鳩坑種，采摘標準為一芽二、三葉的秋茶，然后分別加工成綠茶、黃茶、烏龍茶和紅茶等4種不同發(fā)酵程度的茶葉。

本研究所用自來水由南京水務(wù)集團有限公司供應(yīng)，水的總硬度約為130?mg·L-1（以CaCO3計），超純水系統(tǒng)為Milli-Q Integral 10。溴化鉀（KBr，純度≥99%），南京凱默爾生物科技中心；甲醇（純度≥99.8%）、乙腈（純度≥99.9%）、-氰基-4-羥基肉桂酸（-CHCA，純度≥98%），西格瑪奧德里奇（上海）貿(mào)易有限公司；茶多酚（純度≥98%），沒食子酸（純度≥98%），上海源葉生物科技有限公司；冰醋酸、福林酚、蘆丁、抗壞血酸、三氯化鋁（AlCl3）、碳酸鈉、乙醇及乙二胺四乙酸等均為分析純，購自南京壽德生物科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

AS 160.R1分析天平，波蘭瑞戈威公司；UFP800TS烘箱，德國美墨爾特有限公司；Thermo Scientific Nicolet iS5傅立葉紅外光譜儀，賽默飛世爾科技公司；Quanta 400 FEG高分辨熱場發(fā)射掃描電子顯微鏡，美國FEI公司；APPLO xl能譜儀，美國伊達克斯有限公司；MICRO MASS超高液相串聯(lián)飛行時間質(zhì)譜聯(lián)用儀，上海沃森生物科技有限公司；Waters 1525高效液相色譜儀，上?？茖W(xué)儀器有限公司；UV-5200紫外可見分光光度計，深圳市三莉科技有限公司；PHS-25 PH計測試儀，上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司；Optima 2100DV/全譜直讀等離子體發(fā)射光譜儀，美國PerkinElmer公司；KS-5200DE液晶超聲清洗器，昆山潔力美超聲儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 試驗材料的準備

綠茶制備：攤青→殺青（300℃）→揉捻→初烘（120℃）→足干（90℃）。黃茶制備：攤青→殺青（300℃）→悶黃（40?min）→揉捻→悶黃（8?h）→初烘（100℃）→足干（90℃）。烏龍茶制備：萎凋曬青→做青（搖青與晾青交替）→殺青（300℃）→揉捻→干燥（90℃）。紅茶制備：萎凋（4?h）→揉捻→發(fā)酵（4.5?h）→初烘（120℃）→足干（90℃）。

鳩坑種茶葉，內(nèi)含物質(zhì)豐富，所制綠茶外形翠綠顯毫，湯色綠亮，栗香高長持久，滋味鮮爽；黃茶茶湯黃亮，滋味鮮醇；烏龍茶花香濃郁，湯色橙黃明亮，滋味醇和；紅茶湯色紅亮，花蜜香濃郁，滋味甘醇。鳩坑種是首批通過國家認定的十大有性系良種之一，其抗性強，適應(yīng)性廣，所制的茶葉品質(zhì)優(yōu)良，符合GB/T 23776—2018[14]中各類茶的品質(zhì)特征，因此茶葉樣品具有代表性。

茶湯的制備和茶垢的收集：采用Tanizawa等[3]的方法并做了適當?shù)恼{(diào)整來模擬茶具沖泡茶葉的過程。分別稱取3?g綠茶、黃茶、烏龍茶和紅茶茶葉裝于茶包中，取若干1?L燒杯，將茶包放入燒杯中，然后分別用400?mL 95℃自來水（以超純水為對照）沖泡上述4種茶葉；5?min后取出茶包，將直徑為10?cm的白瓷盤豎直放入裝有茶湯的燒杯中，并在燒杯上蓋上透氣濾紙以防止灰塵等物質(zhì)進入茶湯干擾試驗結(jié)果。室溫靜置24?h后，取出瓷盤，清除瓷盤上多余的茶湯，在60℃烘箱中干燥后用小刀片刮取白瓷盤和燒杯上的茶垢，用分析天平測量茶垢的質(zhì)量，并用離心管將其儲存在硅膠干燥器中，用于后續(xù)試驗。所得到的質(zhì)量均為3次收集的茶垢質(zhì)量，并且所有的程序都進行3次重復(fù)。

1.3.2 茶垢理化性質(zhì)檢測

傅立葉紅外光譜（FTIR）分析：用天平稱取約100?mg干燥的KBr粉末，在瑪瑙研缽中充分研磨，并用壓力泵壓片，紅外光譜分析得到KBr的紅外圖譜，并將其設(shè)置為背景。取1?mg茶垢樣品與100?mg干燥的KBr進行充分混合，研磨壓片后，分析得到的圖譜減去KBr背景，即為樣品的FTIR圖譜。

基質(zhì)輔助激光解吸電離飛行時間質(zhì)譜（MALDI-TOF-MS）分析：收集的茶垢按照Yamada等[13]的方法適當調(diào)整進行分析，將200?μL超純水加入到2?mg茶垢樣品中，超聲混合制成溶液A；用200?μL超純水，200?μL乙腈與4?mg-CHCA超聲混合制成溶液B；將溶液A和B以體積比10∶1的比例超聲混合制成溶液C；用移液槍量取1?μL溶液C于質(zhì)譜樣品盤上，在空氣中干燥后進行檢測。

茶垢表觀形態(tài)學(xué)及元素分析：將得到的干燥茶垢樣品進行掃描電子顯微鏡（SEM）分析以觀察茶垢的表觀形態(tài)，X-射線能譜儀（EDS）檢測茶垢的元素組成。樣品進行分析前需進行檢查，確保其無污染，并且在真空中不會釋放任何氣體。另外由于茶垢樣品不具有導(dǎo)電性，因此需要對茶垢樣品進行噴金處理，噴金厚度約為10?nm。將樣品固定在樣品臺后進行成像處理。

1.3.3 茶湯生化成分檢測

茶湯pH測定：分別對室溫靜置2、6、12、18?h和24?h試驗水樣（未煮沸自來水、煮沸自來水和各茶湯）的pH值進行測定。

茶湯中無機元素分析：采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜對自來水及沖泡24?h后各茶湯的主要無機離子進行測定分析。

茶多酚與兒茶素含量的檢測：參考GB/T 8313—2018《茶葉中茶多酚和兒茶素類含量的檢測方法》[15]，分別使用分光光度計于765?nm波長處對4種茶湯的茶多酚含量進行測定，同時用高效液相色譜測定各茶湯中的兒茶素含量。茶湯均為現(xiàn)泡，過0.45?μm膜后進行測試。色譜柱為反相C18液相色譜柱。

黃酮含量的檢測：參考何書美等[16]的AlCl3法對4種茶湯的黃酮含量進行測定。用50%的乙醇溶液溶解0.100?0?g蘆丁純品，并定容于100?mL容量瓶中，得到蘆丁標準液（1.0?g·L-1）。分別精確移取0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5?mL和1?mL蘆丁標準液于10?mL容量瓶，再加入4?mL 1.5% AlCl3溶液和2?mL醋酸-醋酸鈉緩沖液（pH=5.5），并用乙醇溶液定容后，室溫靜置30?min，用分光光度計在415?nm波長處進行測定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

所有步驟都進行3次重復(fù)，取平均值；使用Origin 6.0軟件作圖；使用SPSS 22.0軟件進行顯著性差異分析，＜0.05表示存在顯著性差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 茶垢的理化性質(zhì)

2.1.1 不同茶類茶垢的質(zhì)量分布

白瓷盤表面所結(jié)茶垢情況如圖1-A所示，超純水沖泡的茶湯并未產(chǎn)生茶垢，這主要是因為茶垢的形成與水中的某些無機離子有關(guān)；自來水沖泡的各組茶湯中，僅在茶湯液面處產(chǎn)生棕褐色茶垢，這表明茶垢的形成與氧化反應(yīng)有關(guān)，可能是茶湯中某些物質(zhì)發(fā)生了不可逆的氧化。不同茶類茶垢的質(zhì)量分布如圖1-B所示，綠茶、黃茶、烏龍茶和紅茶分別產(chǎn)生了10.3、10.3、9.7、4.7?mg茶垢，紅茶產(chǎn)生的茶垢質(zhì)量低于綠茶、黃茶和烏龍茶，而綠茶、黃茶和烏龍茶產(chǎn)生的茶垢質(zhì)量無顯著性差異，且綠茶與黃茶茶垢質(zhì)量相同，茶垢質(zhì)量的變化可能與茶葉中某種內(nèi)含物質(zhì)含量的差異有關(guān)。

2.1.2 不同茶類茶垢的FTIR分析

4種茶垢的FTIR光譜如圖2所示，可以看出4種茶垢的FTIR圖譜相似度很高。在約3?400?cm-1處都有一個寬而強的峰，為羥基?OH官能團的峰；此外，在圖譜2?900?cm-1處有個很小的峰，為?CH伸展；在1?640?cm-1處都有很強的寬峰，為?C=O羰基官能團，而?C=O的峰一般在1?750～1?700?cm-1，之所以出現(xiàn)紅外圖譜的紅移，主要是因為與?C=C雙鍵共軛而導(dǎo)致其振動頻率的降低[17]；4種茶垢均在1?600～1?450?cm-1處有數(shù)個中弱峰，主要是苯環(huán)的特征峰[18]；1?300～1?000?cm-1范圍內(nèi)出現(xiàn)的峰可能是由于?COC?的伸縮振動造成的。不同茶垢在2?300?cm-1左右存在一些差異，這可能是由空氣中的CO2造成的。FTIR結(jié)果表明，4種茶垢中含有?OH、?C=O、苯環(huán)以及?COC?等官能團，而這些官能團很可能來源于茶葉中的多酚類物質(zhì)。

2.1.3 不同茶類茶垢的MALDI-TOF-MS分析

圖3為4種茶垢的MALDI-TOF-MS圖譜，由于茶垢本身比較復(fù)雜，加上茶垢中添加的基質(zhì)部分，使各茶垢中含有大量信號，因此在其MALDI-TOF-MS圖譜中無法準確判斷每個碎片離子的信號。Yamada等[13]對紅茶茶漬進行了MALDI-TOF-MS分析，并沒有得到茶漬的具體分子量。從圖3可以看出，4種茶垢的MALDI-TOF-MS圖譜相似度很高，在m/z 453.8處均有強峰，且為最大值，說明4種茶垢主要成分的相對分子質(zhì)量基本相同，均為454.8；此外，在m/z 191.2和m/z 219.3處，各茶垢都有較強的峰。結(jié)合上述FTIR的結(jié)果，大致可以推測4種茶垢具有相同的組成成分，這也表明茶垢的性質(zhì)與茶類無明顯的關(guān)聯(lián)性。

圖1 不同茶垢圖片及其質(zhì)量分布

圖2 不同茶垢的紅外光譜

圖3 不同茶垢的MALDI-TOF-MS

2.1.4 茶垢的SEM-EDS分析

從SEM圖可以看出茶垢的表觀形態(tài)學(xué)特征，茶垢是以皸裂狀附著在茶具表面（圖4-A）。同時，圖4-B為茶垢的EDS圖，用于茶垢的元素分析，可以看出茶垢主要由有機元素C和O組成，其總含量高達90%以上。此外茶垢樣品中還含有Ca、K、Mg、Si等無機元素，但其含量遠低于C和O這兩種有機元素。值得注意的是，茶垢中含有H元素[9]，但是EDS無法標出H。這說明茶垢的成分主要以有機物為主，結(jié)合上述紅外光譜的結(jié)果，分析有機物可能為茶葉中的多酚物質(zhì)。此外，超純水沖泡的茶葉不產(chǎn)生茶垢，且茶垢中還含有Ca、K、Mg、Si等無機元素，表明自來水中的一些金屬離子及其無機鹽類也會參與茶垢的生成。

2.2 茶湯生化成分分析

上述結(jié)果表明，盡管不同茶類茶垢的性質(zhì)相似，但各茶垢的質(zhì)量卻有所不同，尤其是紅茶茶垢，與其他茶垢質(zhì)量間存在顯著差異，這可能與茶葉中內(nèi)含物質(zhì)的含量有關(guān)，因此有必要對茶湯中主要的生化成分進行分析。

2.2.1 不同茶類茶湯的pH值變化

表1為室溫環(huán)境下浸泡2、6、12、18?h和24?h后各茶湯的pH值?？梢钥闯觯詠硭?jīng)煮沸后，其pH值升高，這與自來水中的Ca2+、Mg2+等離子生成微溶的Mg(OH)2和CaCO3以及水中CO2的去除有關(guān)。4種茶葉中，紅茶茶湯的pH值最低，可能是由于紅茶的發(fā)酵程度最高，而發(fā)酵過程中產(chǎn)生了大量的有機酸[19-21]，導(dǎo)致其茶湯酸性的增加；其他3種茶湯的pH值大多無顯著差異。結(jié)合各茶類茶垢的質(zhì)量，可以推測茶湯的pH值與茶垢的生成量存在一定的正相關(guān)性，Spiro等[22]的研究也表明，隨著茶湯pH值的升高，茶垢質(zhì)量會逐漸增多。此外，隨著時間的推移，茶湯pH值并未發(fā)生明顯的變化。

2.2.2 茶湯中的元素含量分析

泡茶的自來水總硬度約為130?mg·L-1（以CaCO3計）。用電感耦合等離子體發(fā)射光譜對自來水及沖泡24?h后各茶湯的主要無機離子進行測定分析，結(jié)果如圖5所示，自來水及各茶湯的主要無機離子有K、Ca、Na、Mg、Si、Al、Zn等。其中Ca和Na元素主要來自于自來水，K和Al元素則主要來自于茶葉，而K、Mg、Si等元素部分來自于自來水，部分來自于茶葉。同時結(jié)合茶垢的SEM可知，茶湯中參與茶垢生成的主要元素為K、Ca、Mg等，盡管茶湯中Na的含量較高，但是其并不參與茶垢的形成。

圖4 紅茶茶垢的SEM（A）及EDS圖譜(B)

表1 不同茶湯的pH值

注：W0為未煮沸的自來水，W1為煮沸的自來水。同一列不同小寫字母表示在<0.05水平上差異顯著，下同

Note: W0 was unheated tap water and W1 was boiled tap water. Different lowercase letters in the same column indicate significant differences at<0.05. The same below

圖5 茶湯的電感耦合等離子體發(fā)射光譜元素分析

2.2.3 茶湯中茶多酚含量分析

茶多酚是茶葉中多酚物質(zhì)的總稱，在干茶中的含量很高，達24%～36%[23-24]，是茶葉中最重要的一類化合物，具有抗腫瘤、抗氧化、提高免疫力等多種保健功效[25-26]。以沒食子酸工作液的濃度（μg·mL-1）為橫坐標，765?nm處沒食子酸工作液的吸光度（A）為縱坐標，制作了標準曲線，其線性回歸方程為=0.011?5－0.012?6，2=0.998?1。不同茶湯對應(yīng)的茶多酚濃度如圖6所示?？梢钥闯觯?種茶類中茶多酚含量情況為綠茶（582.58?μg·mL-1）＞黃茶（482.43?μg·mL-1）＞烏龍茶（454.17?μg·mL-1）＞紅茶（200.26?μg·mL-1）。其中紅茶茶湯中的多酚含量顯著低于其他茶類，而其他茶湯中的茶多酚含量并無顯著性差異，這表明茶葉發(fā)酵程度的加深，會使其茶湯中的茶多酚含量降低，同時結(jié)合各茶類茶垢的質(zhì)量可知，茶垢生成量與茶多酚濃度呈正相關(guān)。

2.2.4 茶湯中兒茶素及黃酮含量分析

茶多酚是一種多元酚混合物，主要包括黃烷醇類、黃酮醇類、花白素及酚酸等，其中最主要的成分是黃烷醇類的兒茶素，其含量約占茶多酚總量的70%～80%[27]。因此，為了進一步探究茶多酚中影響茶垢形成的具體因素，對茶湯中兒茶素含量的檢測很有必要。茶葉中的兒茶素主要包括酯型兒茶素和非酯型兒茶素，其中非酯型兒茶素有兒茶素（C）、表兒茶素（EC）、沒食子兒茶素（GC）和表沒食子兒茶素（EGC），酯型兒茶素主要有兒茶素沒食子酸酯（CG）、表兒茶素沒食子酸酯（ECG）、沒食子兒茶素沒食子酸酯（GCG）和表沒食子兒茶素沒食子酸酯（EGCG）[28]。高效液相色譜測得的不同茶湯兒茶素含量如圖7所示，表2為各兒茶素的線性回歸方程及其相關(guān)系數(shù)，4種茶湯中各兒茶素含量如表3所示。4種茶湯中兒茶素總量表現(xiàn)為綠茶（538.46?μg·mL-1）＞黃茶（408.65?μg·mL-1）＞烏龍茶（316.21?μg·mL-1）＞紅茶（50.05?μg·mL-1），表明茶垢生成量與茶湯中的兒茶素含量呈現(xiàn)出一定的正相關(guān)；紅茶茶湯中的兒茶素含量非常低，但其也能產(chǎn)生一定量（4.7?mg）的茶垢，這說明茶垢的形成與兒茶素的含量不是絕對的正相關(guān)。

茶葉中黃酮類物質(zhì)的含量約占茶葉干物質(zhì)的3%～4%，是茶多酚的重要組成成分[29]。本研究以蘆丁工作液的濃度（μg·mL-1）為橫坐標，415?nm波長處的蘆丁吸光度（A）為縱坐標，制作標準曲線，其線性回歸方程為=0.002?6＋0.003?1，2=0.994?0。各茶湯對應(yīng)的黃酮濃度如圖8所示，4種茶葉中紅茶的黃酮含量（53.04?μg·mL-1）最高，烏龍茶（40.47?μg·mL-1）次之，綠茶（20.35?μg·mL-1）與黃茶（22.27?μg·mL-1）含量較低。這一結(jié)果與周金偉等[30]和余啟明等[31]的結(jié)果相似，紅茶中的黃酮含量要高于綠茶和烏龍茶等，黃酮含量會隨著發(fā)酵程度的加深而增加。黃酮含量與茶垢生成量呈負相關(guān)，表明黃酮并非茶垢形成的主要因素。

圖6 不同茶類茶多酚含量

圖7 不同茶湯兒茶素含量分析

表2 兒茶素各組分的線性回歸方程及其相關(guān)系數(shù)

表3 不同茶湯的兒茶素含量

2.3 茶多酚對茶垢的驗證分析

根據(jù)上述的試驗結(jié)果可以推測茶垢主要由茶湯中的茶多酚物質(zhì)與無機離子組成。為進一步驗證這一結(jié)論，本研究直接利用400?mL 95℃自來水沖泡茶多酚，室溫靜置24?h后觀察到白瓷盤與燒杯壁上均有茶垢產(chǎn)生。將多次沖泡收集的茶多酚茶垢與綠茶茶垢進行FTIR對比分析，結(jié)果如圖9所示，二者的紅外圖譜幾乎完全一致，這一結(jié)果證實了茶垢的形成與茶多酚有很大的關(guān)系，茶多酚會參與茶垢的產(chǎn)生，而茶葉中其他成分對茶垢的影響不大。

圖8 不同茶類黃酮含量分析

圖9 茶多酚茶垢與綠茶茶垢的紅外光譜

3 討論與結(jié)論

本研究分別用超純水和自來水沖泡相同鮮葉加工而成的不同發(fā)酵程度的4類茶葉，通過對茶垢產(chǎn)生情況及其理化性質(zhì)的分析，發(fā)現(xiàn)超純水沖泡并不產(chǎn)生任何茶垢，自來水沖泡4類茶葉產(chǎn)生的茶垢質(zhì)量有所不同，紅茶茶垢質(zhì)量顯著小于其他茶類。不同茶類產(chǎn)生的茶垢性質(zhì)相似，都含有?OH、?C=O、苯環(huán)和?COC?等有機官能團，主要成分的相對分子質(zhì)量均為454.8。此外，茶垢表現(xiàn)出皸裂狀附著于杯壁，主要由有機元素C、O組成，同時含有Ca、K、Mg、Si、Al等無機元素。綜合分析表明，茶垢中的有機成分主要是茶多酚類物質(zhì)，且茶垢的質(zhì)量與茶湯中的多酚含量呈正相關(guān)。利用茶多酚直接沖泡產(chǎn)生的茶垢與綠茶茶垢對比分析的結(jié)果進一步證實了茶多酚參與茶垢的產(chǎn)生。Spiro等[9]研究發(fā)現(xiàn)，用蒸餾水沖泡的茶湯不產(chǎn)生茶垢，用僅含CaCl2的蒸餾水沖泡茶葉的茶湯也不產(chǎn)生茶垢，只有在同時含有Ca2+和HCO3-的茶湯中才有茶垢產(chǎn)生；并利用SEM和粉末衍射分析發(fā)現(xiàn)茶垢中含有CaCO3晶體，認為Ca2+和HCO3-的作用主要是HCO3-分解產(chǎn)生CO32-與Ca2+結(jié)合生成CaCO3參與茶垢的生成。Tanizawa等[3]對茶垢進行分析認為，茶垢中的主要無機成分為CaSiO3，但其X射線衍射圖譜并不能證明CaSiO3的存在。然而，在不含HCO3-、CO32-和SiO32-的茶湯中，也能產(chǎn)生茶垢，但其形成的機制仍有待研究探明。

不同茶類間茶垢質(zhì)量的不同主要是由于茶葉中多酚含量的差異造成的。茶垢的質(zhì)量分布與茶多酚含量呈正相關(guān)，Spiro等[9]和Tanizawa等[3]的試驗結(jié)果都表明，茶垢中的有機物為茶多酚物質(zhì)。Spiro等[9]認為CaCO3吸附有顏色的多酚物質(zhì)，進而在液面處產(chǎn)生茶垢；而Tanizawa等[3]則認為硬水中的Ca2+和SiO32-結(jié)合形成CaSiO3，并結(jié)合茶葉中的多酚物質(zhì)形成茶漬。另一方面，Ca2+可以形成鈣橋，與氧化反應(yīng)共同作為驅(qū)動力，將茶湯中的多酚物質(zhì)源源不斷地輸送至茶湯表面，進而促進茶漬的不斷形成。本研究的結(jié)果也表明，參與茶垢產(chǎn)生的有機物質(zhì)為茶多酚，并且使用茶多酚粉驗證了這一結(jié)果。但是茶多酚是茶葉中多酚物質(zhì)的總稱，而參與茶垢產(chǎn)生的具體多酚物質(zhì)有哪些，還有待進一步探明。此外，氧化條件對茶垢的產(chǎn)生也有很大的影響，Spiro等[22]將茶湯分別置于氧氣、氮氣和空氣條件下，結(jié)果表明茶湯在氧氣條件下生成茶垢的質(zhì)量要明顯高于空氣和氮氣中，并且推測組成茶垢的有機部分為兒茶素的氧化產(chǎn)物茶黃素與茶紅素。Robertson等[32]報道，茶葉中的茶黃素不僅會在紅茶發(fā)酵過程中被氧化生成茶紅素，而且在高溫的茶湯中，約10?min就會被氧化。同時，茶湯中的可溶性物質(zhì)也會被空氣中的氧氣氧化，如綠茶茶湯中的黃烷醇類可以被氧化形成茶黃素與茶紅素，并且該過程與紅茶發(fā)酵過程中茶黃素與茶紅素的產(chǎn)生形式相似，但前者主要是由CaCO3介導(dǎo)，而后者則是由多酚酶促氧化形成[33]，因此沖泡綠茶也會產(chǎn)生茶垢。盡管這些推測有一定的道理，但目前還沒有足夠的證據(jù)證明茶黃素與茶紅素會參與茶垢產(chǎn)生，因此還需要試驗進一步證明。

綜上所述，不同茶類茶垢性質(zhì)一致，組分相同，所生成茶垢質(zhì)量的不同主要是由于不同茶類中茶多酚含量的差異導(dǎo)致。茶垢主要由茶多酚與無機離子組成，但關(guān)于茶垢形成機制目前仍沒有明確的結(jié)論，亟待研究人員的共同努力，從而為更安全便捷地清除茶垢提供理論基礎(chǔ)。

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Effect of the Tea with Different Degrees of Fermentation on the Formation of Tea Scum

ZHOU Shaofeng, QIAN Yunfei, ZHAO Zhen, CHEN Xuan*, LI Xinghui*

College of Horticulture, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China

This study used tap water to infuse tea with different degrees of fermentation: green,yellow,oolongand black tea.The mass, FTIR, MALDI-TOF-MS andSEM-EDS of these tea scums were analyzed, respectively.The results show that the amount of black tea scum was significantly less than thatof the others, while there was no significant difference in the amount of tea scum among green, yellow and oolong tea. The FTIRof different tea scums were similar,and they all contained functional groups such as -OH, -C=O, benzene ring and -COC-. The relative molecular mass of main components of different scums were same, which were all 454.8. SEM-EDS indicates that tea scum showed an appearance of cracked shape, and it mainly consisted of organic elements C, O and inorganic elements Ca, K, Mg, Si. In addition, the biochemical compositions of 4 kinds of tea infusions were analyzed, and it was found that the amount of tea scum was positively correlated with the total tea polyphenols. This study also infused tea polyphenols powder with tap water, and compared the scum with green tea scum. The results further confirmed that the tea scum was mainly composed of organic tea polyphenols and inorganic elements.

tea, fermentation, tea scum, tea polyphenols

S571.1

A

1000-369X(2022)01-076-11

2021-05-31

2021-10-12

財政部和農(nóng)業(yè)農(nóng)村部：國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系、江蘇高校優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)工程

周少鋒，男，碩士研究生，主要從事茶學(xué)物理化學(xué)研究。*通信作者：chenxuan@njau.edu.cn；lxh@njau.edu.cn

（責任編輯：黃晨）