茶毫氨基酸组成及矿质元素分析

宋亚康，张群峰，张洁，高瑶瑶，胡建辉*

1. 青岛农业大学园艺学院/青岛市园艺植物遗传改良与育种重点实验室，山东 青岛 266109；2. 中国农业科学院茶叶研究所/农业部茶树生物学与资源利用重点实验室，浙江 杭州 310008；3. 信阳农林学院茶学院，河南 信阳 464000

茶毫氨基酸组成及矿质元素分析

宋亚康1，张群峰2，张洁3，高瑶瑶1，胡建辉1*

1. 青岛农业大学园艺学院/青岛市园艺植物遗传改良与育种重点实验室，山东 青岛 266109；2. 中国农业科学院茶叶研究所/农业部茶树生物学与资源利用重点实验室，浙江 杭州 310008；3. 信阳农林学院茶学院，河南 信阳 464000

成茶白毫的多少及隐显是评定茶叶品质优劣的重要标志之一。为了明确茶毫中的化学组成，以富含茶毫的碧螺春、滇红、白毫银针及白牡丹 4个茶样为研究对象，将茶毫与茶身进行分离，利用碳氮元素分析仪对其总碳、总氮及碳氮比进行分析，氨基酸自动分析仪分析其氨基酸组分，电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）用来测定其主要矿质元素含量。茶毫中的C、N含量分别为2.96%～4.74%和42.87%～45.58%，其中N含量显著低于茶身（P＜0.01），C含量差异不显著，C/N茶毫显著高于茶身；茶毫中水解氨基酸、游离氨基酸含量分别为 10.78%～12.46%和 20.78～34.65 mg·g-1，其中水解氨基酸主要组分及总量均显著低于茶身（P＜0.01），游离氨基酸总量低于茶身（P＜0.05），而茶氨酸、天冬酰胺、甘氨酸、γ-氨基丁酸等游离氨基酸组分差异不显著，茶毫中茶氨酸所占游离氨基酸的比例显著高于茶身（P＜0.05）；茶毫中的矿质元素普遍低于茶身，其中P、S含量极显著低于茶身（P＜0.01），其他元素差异不显著。由此可见，茶毫中的氨基酸和矿质元素含量并不比茶身高，但品质成分组成比例的差异赋予了富含茶毫茶叶特有的品质特征。

茶毫；C/N；氨基酸；矿质元素

茶叶茸毛着生于幼嫩芽叶的背面，属于叶片表皮毛，它是鲜叶嫩度的重要标志。周巨根等[1-2]曾系统研究了茶树芽叶茸毛性状的遗传和变异；肖扬书等[3-4]重点研究了茶叶茸毛形态结构和形态发生，以及茶叶茸毛和茶叶品质的关系，茸毛与茶树的抗逆性和抗病虫性密切相关；茸毛长期以来为国内外学者所重视[5-9]。成茶上的茸毛习惯称之为“白毫”，成茶是否“显毫”常被作为评定茶叶品质的主要特征之一。陈义等[10]，邵元海等[11]分别研究了信阳毛尖和无锡毫茶的白毫与品质之间的关系，均指出：白毫中粗纤维含量高于茶叶。叶乃兴等[12]、郭桂义等[13]分别以白茶和信阳毛尖为材料研究了茶毫的化学成分，其中茶毫与茶身中茶多酚、咖啡碱、水浸出物、儿茶素差异研究结果基本一致，但氨基酸的差异有所不同（信阳毛尖茶毫中氨基酸低于茶身，而白茶茶毫高于茶身），这可能是茶类不同所导致的，有待继续研究。此外，茶叶中不仅含有茶多酚、氨基酸、咖啡碱等有机成分，而且富含多种对人体有益的矿质元素。作为人体必需的七大营养素之一，有关茶叶中矿质元素的研究涉及了矿质元素的品种、季节]及产地差异[14-16]和重金属含量测定[17]，但针对茶毫中矿质元素的分析研究尚未见报道。

为了进一步明确茶毫中的化学组成，本研究选取富含茶毫的绿茶、红茶、白茶为研究对象，将茶毫与茶身分离，采用碳氮分析仪测试其总碳、总氮及碳氮比，氨基酸自动分析仪分析其氨基酸组成，电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）分析其矿质元素组成，研究结果可为富含茶毫茶叶风味化学研究及相关应用技术奠定理论基础。

1 材料与方法

1.1 茶样与茶毫的分离

茶样：碧螺春、滇红、白毫银针和白牡丹4个茶样均购于艺福堂茗茶旗舰店，其中滇红、白毫银针原料为单芽，碧螺春为一芽一叶初展，白牡丹为一芽二三叶。茶身和茶毫的分离参考了文献[12]的分离方法，将茶样置于粉碎机粉碎至60目后，依次过40、60目的标准筛，茶毫聚集在60目筛网上，茶身则通过滤网进入收集盒。

1.2 主要仪器

Agilent1100高效液相色谱仪：配四元低压泵、柱温箱、光电二极管阵列检测器、 自动进样器以及Agilent色谱工作站，美国安捷伦公司；Sykam S-433D氨基酸自动分析仪，德国赛卡姆公司；电感耦合等离子发射光谱仪，中国上海福玛试验设备有限公司；Vario MAX CN型元素分析仪，德国 Elementar公司。

1.3 实验方法

1.3.1 总碳及总氮含量的测定

样品称重：称取茶毫及茶身样品各0.1 g，由CN元素分析仪分析。检测范围：C：0.02～400 mg；N：0.02～15 mg，相对精度：小于0.5%，分析时间：7～9 min。

1.3.2 氨基酸的测定

水解氨基酸的制备与检测：称取茶身及茶毫样品各 0.2 g，加 6 mol·L-1的 HCl溶液15 mL，置于漩涡震荡仪混匀，超声波清洗器超声15 min 同时75 ℃ 水浴加热，用氮气吹扫仪充入氮气后进行封管，烘焙箱110℃水解，用时 23 h，溶液倒入 50 mL容量瓶中定容，准确吸取1.0 mL样品液于15 mL试管内，然后放入真空干燥机60 ℃，加水使酸完全蒸发。用 1.0～2.0 mL pH2.2柠檬酸钠缓冲液加入到干燥后试管内溶解，震荡混匀后，吸取溶液通过0.22 µm滤膜后，转入仪器进样瓶，作为样品测定液待测。检测方法参考GB 5009.124—2016进行。

游离氨基酸的制备：称取茶身及茶毫样品各0.1 g，置于10 mL离心管中，加10 mL蒸馏水沸水浴浸提30 min，离心得到上清液。取2 mL上清液过0.22 μm滤膜后与样品稀释液1∶1混合于样品瓶中，置于4℃备用。根据茚三酮柱后衍生法，由氨基酸自动分析仪分析。

1.3.3 矿质元素的测定

样品消解：称取磨碎后的茶样1.000 0 g，置于消化管中，加12 mL HNO3-HClO4(5∶1)混合酸，静置过夜。之后在恒温消解仪盖上玻璃盖，加热至微沸状态（160～170℃），当样品溶液呈浅黄色或无色时，消解结束，冷却至室温，打开罐盖，将消解溶液转移至 25 mL容量瓶中，用超纯水冲洗罐壁3次以上，并定容至刻度，混匀待测。同时平行制备1份空白样品备用。

样品测定：按表1中的分析谱线，采用电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）测定样品溶液及试剂空白。ICP-OES 仪器工作参数：雾化器压力 1.5 MPa，射频功率 1.15 kW，冷却气流量 15.0 L·min-1，辅助气流量 0.4 L·min-1，泵转速 100 r·min-1，积分时间（＞265 nm） 5 s，观测方向水平。分析软件减去空白测定值，换算为茶叶样品中所测元素的含量。

表1 元素分析谱线Table1 Elemental analysis line

1.4 数据分析与统计

试验结果取最终平均值。采用Excel2016，SPSS24.0软件进行数据处理。结合独立样本t检验，以P＜0.05及P＜0.01为标准进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 茶毫中总碳，总氮含量及碳氮比

鲜叶中茶身及茸毛由于碳氮代谢的不同，最终影响到总碳、总氮含量及碳氮比。4个茶样中茶毫和茶身的碳、氮含量如表2所示，茶身中总碳、总 N含量均比茸毛高，茶身总氮含量为茸毛的1.3～2.9倍，差异极显著；总碳含量为茸毛1.01～1.04倍，差别不显著。最终表现为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，差异极显著。茶毫和茶身碳、氮含量的差异表明氮在茶身中更加富集，而氮是氨基酸、蛋白质、叶绿素等茶叶品质成分的重要构成元素，它们之间的含量一定程度上呈正相关，因此，本研究接下来又对茶毫和茶身中的氨基酸组成进行了测定。

2.2 茶毫中水解氨基酸的组成

氨基酸在植物中大部分以蛋白质的形式存在，精制茶样经水解处理后，蛋白质转变成氨基酸，水解氨基酸的种类与含量真实反映了此植物的营养价值[18]。实验由于采用盐酸水解方法，最终所得结果不含色氨酸。由表3可知，在测出的17种氨基酸中，包括7种必需氨基酸和10种非必需氨基酸。且在17种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%之间，而茶身中氨基酸含量在 18.19%～24.34%之间，方差分析显示两者差异极显著。对 4种茶样的茶身与茶毫进行独立样本t检验，发现所测氨基酸中，茶身与茶毫中水解氨基酸组分及水解氨基酸总量均存在极显著差异（P＜0.01）。这表明茶毫中构成蛋白质的氨基酸含量不及茶身，这一结果和上述茶毫与茶身N含量的分析结果一致。

表2 样品中总氮、总碳含量及碳氮比Table 2 The contents of C, N and C/N ratio in tea samples

表3 样品中水解氨基酸组分含量Table 3 The contents of hydrolyzed amino acids in tea samples %

2.3 茶毫中游离氨基酸的组成

游离氨基酸是茶叶中杂环类香气成分的重要前体物质，茶叶冲泡后溶于茶汤，直接影响茶汤的色泽、香气、滋味及叶底形状，茶叶的游离氨基酸属于非蛋白质态的可溶性氨基酸，可以随冲泡而溶入茶汤，是茶叶“鲜味”与“鲜香”的主要呈味物质[19]。由表4可知，在实验所测出的23种游离氨基酸中，蛋白质氨基酸有15种，天冬酰胺含量最高；非蛋白质氨基酸 8种，茶氨酸是茶树的特征性氨基酸，其含量也显著高于其他游离氨基酸。其中茶毫中氨基酸总量在 20.78～34.65 mg·g-1之间，茶

身氨基酸总量在 21.35～40.54 mg·g-1之间，方差分析显示差异显著（P＜0.05），但其中茶氨酸、天冬酰胺、甘氨酸、γ-氨基丁酸等游离氨基酸组分差异并不显著。相对水解氨基酸的差异，茶毫与茶身中游离氨基酸的差异较小，且游离氨基酸中的主要组分茶氨酸含量并没有显著差异，但茶毫中茶氨酸在游离氨基酸中比例显著高于茶身。

表4 样品中游离氨基酸组分含量Table 4 The contents of free amino acids in tea samples mg·g-1

2.4 茶毫中矿质元素的含量

矿质元素是茶树重要的化学组成成分。已证明茶叶含有29种元素，且C、H、O、N、S、P、K、Ca、Mg、Fe这10种元素在茶叶中含量较高，为茶叶中的大量元素。本研究测定了主要矿质元素含量，结果列于表5，独立样本t检验比较茶身与茶毫矿质元素含量差异，发现茶毫中大量元素P、S的含量与茶身存在极显著差异，其余元素差别不显著。磷主要以H2PO4-和HPO42-形式为茶树吸收，然后大部分同化进入蛋白质、脂类等有机物，而硫是半胱氨酸和蛋氨酸的组分，因而也是蛋白质和酶的组分。茶毫中全氮含量、蛋白质水解氨基酸含量均低于茶身，因此，茶毫中P、S含量作为蛋白质的组分低于茶身与上述结果一致。

3 讨论

茶身满披白（金）毫是富含茶毫茶样显著的品质特征，采用粉碎筛分法可实现茶毫和茶身的分离。茶毫是着生于茶树芽头或嫩叶上的表皮毛，是由细胞壁、细胞质和细胞核组成的单细胞，无叶绿体，茶身则是由表皮、叶肉细胞和叶脉组成。两者结构上的不同决定了两者在C、N代谢方面可能存在差异。本研究中茶毫中全N含量低于茶身，表明N代谢在茶身中更为旺盛，而茶毫中C/N高于茶身，则表明茶毫中C代谢更旺盛。郭桂义等人的研究[10,13,20]指出：信阳毛尖茶毫中粗纤维含量显著高于茶叶，也印证了这一点。茶叶中蛋白质、氨基酸合成与 N代谢关系密切，同时游离氨基酸又是决定茶叶鲜爽味的主要化学成分，深受研究者关注[21-24]。茶毫中是否富含氨基酸呢？本研究的结果显示来源于蛋白质的水解氨基酸含量茶毫不及茶身高，但其并不溶于茶汤，不参与茶叶滋味的形成；游离氨酸总量茶毫中虽然也低于茶身，但茶毫和茶身中茶氨酸含量（游离氨基酸中的主要组分）差异并不显著。有意思的是，茶毫中茶氨酸在游离氨基酸中的比例显著高于茶身，同时茶毫中茶多酚含量低于茶身[12-13]，而茶氨酸是茶汤中鲜爽带甜的呈味成分[25]，这在一定程度上可提高茶叶的鲜爽味，通过对茶毫、茶身的感官审评，感官审评结果也印证了这一点。高档名优茶的茶汤滋味醇厚，香气清高，除茶鲜叶细嫩，内含物丰富外，茸毛多也是主要因素之一。茶叶中矿质元素也是影响茶汤滋味的一个因子[26]，一般而言，茶树中氮、磷、钾、镁、硫、锌、铜等元素的含量在生长活跃的部位如芽、嫩叶和新生根中较高。本研究中除了P、S外，茶毫和茶身中其他元素的含量差异并不显著。磷经茶树吸收后大部分同化进入蛋白质、脂类等有机物，而硫是半胱氨酸和蛋氨酸的组分，因而也是蛋白质和酶的组分，作为蛋白质的组分，茶毫中P、S含量低于茶身也从侧面反映了茶毫和茶身C、N代谢的差异。茶毫与茶身C、N代谢的差异形成了两者化学组成的差异，而品质成分（化学成分）组成比例的差异赋予了富含茶毫茶叶特有的品质特征，如毫味、毫香。

表5 样品中矿质元素含量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

青岛农业大学高层次人才基金（631020）、青岛农业大学大学生科技创新项目、山东省高等学校国内访问学者项目

宋亚康，男，硕士研究生，主要从事茶叶品质化学方面的研究。*通讯作者：hujhtea@163.com