茶叶及茶汤中铝元素含量测定及浸出特性研究

陈晓霞，呼 娜，杨晓华

（河北科技大学河北省分析测试研究中心，河北 石家庄 050018）

茶叶及茶汤中铝元素含量测定及浸出特性研究

陈晓霞，呼 娜，杨晓华

（河北科技大学河北省分析测试研究中心，河北 石家庄 050018）

采用微波消解-电感耦合等离子体发射光谱法测定茶叶及茶汤中铝元素含量。结果显示：相同品种茶叶间，铝含量存在差异；不同品种茶叶间，乌龙茶、红茶较绿茶、白茶，花茶铝含量高。铝含量的高低，不仅与品种、土壤环境及加工工艺有关，而且茶叶中铝含量的分布在成熟叶和老叶中居多，而嫩叶中相对含量较少；乌龙茶、红茶是用成熟叶和老叶制成，因此含量相对较高。通过冲泡时间及次数的测试发现，喝茶前洗茶很有必要，洗茶第一泡的时间10～30min为宜。该研究对于茶叶质量控制及消费者合理购茶、科学饮茶具有参考价值。

微波消解；电感耦合等离子体发射光谱；茶叶；茶汤；铝元素

0 引 言

茶叶为茶属双子叶植物，有抗疲劳，抗衰老，增强机体免疫力等功效，日益成为消费者首选的天然饮品[1]。然而，在茶叶消费不断增长的同时，其品质及安全问题也受到人们的广泛关注。茶叶富含多种微量元素，但在种植及加工过程中可能会引入对人体有害的微量元素。科学工作者们对于茶叶中镉、铬、砷等有害金属已做了大量研究，而对于铝元素的研究却相对不足。目前还没有关于茶叶中铝的限量和检测标准[2]。铝是地壳中的第三微量元素，研究表明，摄入过量铝会导致贫血、骨质疏松、损伤大脑神经等[3-4]。因此，准确测定茶叶及茶汤在正常饮用状态下，铝元素的含量，对于茶叶种植和消费者合理购茶、科学饮茶具有重要意义。

本研究采用微波消解方式对样品进行处理，该方式具有污染小，时间短，消解彻底等优点[5-6]；采用电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-AES）测定样品的铝元素含量。与操作比较繁琐的分光光度法及干扰比较严重的原子吸收法相比，该方法简便快速、准确度高、精密度好，线性范围宽，适合茶叶中铝元素的测定。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

试剂：硝酸、盐酸（北京化工厂），优级纯；1 000mg/L铝标准溶液，编号467（北京纳克分析仪器有限公司）；GBW10016（GSB-7）标准茶叶（地球物理地球化学勘察研究所）。

表1 茶叶样品

茶叶样品的来源及编号如表1所示。

1.2 仪器与设备

电感耦合等离子体发射光谱仪ICAP6300（美国Thermo公司）；微波消解仪（美国CEM公司）；电子天平（德国赛多利斯）；超纯水系统（默克密理实验室设备有限公司）。

1.3 试验方法

1.3.1 样品前处理

茶叶样品：准确称取茶叶0.200 0 g左右，将其置于消解罐中，在消解罐中加入10mL最优比例硝酸与盐酸，并做空白试验。混匀后，按表2消解，冷却后放于电热板上进行蒸发赶酸，冷却后试样转移到10mL容量瓶中，用超纯水定容至刻度线，待测。

表2 微波消解程序1）

茶汤：分别准确称取茶叶5 g，包裹滤膜，用100mL超纯沸水冲泡，完全浸泡后，开始计时，一定时间后，取浸泡液9mL，不经消解，直接加盐酸1mL定容至10mL，待测。

1.3.2 仪器工作条件

高频发生器发射功率1 150 W，冷却气体流量12 L/min，雾化气体流量 0.65 L/min，辅助气流量0.5L/min，观测高度8mm，转速75r/min，径向观测。

1.3.3 铝标准曲线绘制

取1000mg/L铝标准储备液，以超纯水逐级稀释为系列标准溶液 0.5，2.0，10.0，50.0，100.0mg/L，待测。

1.4 微波消解酸体系-盐酸硝酸比值

取乌龙茶14号样品0.2g（精确到0.0001g），盐酸硝酸体积比依次为 0∶10，1∶9，3∶7，5∶5，8∶2 条件下按表2进行微波消解。测试条件同1.3.2，考察盐酸硝酸体积比对试液铝含量的影响。

1.5 茶叶及茶汤中铝含量测定

1）茶叶中铝含量测定：方法同1.3.1茶叶样品部分和1.3.2。

2）茶叶冲泡时间与Al含量的关系：浸泡时间分别为 5，10，20，30，60 min，其他同 1.3.1 茶汤部分。

3）茶叶冲泡次数与Al含量的关系：分别准确称取茶叶2g，包裹滤膜，用50mL超纯沸水冲泡，完全浸泡后，每隔20 min过滤茶汤后重复冲泡，取3次冲泡的茶水，其他同1.3.1茶汤部分。

2 结果与分析

2.1 铝标准曲线绘制

根据1.3.2仪器工作条件，实验所用的分析线为396.1 nm，对不同浓度梯度的铝标准溶液进行检测，得出铝的标准曲线方程为：y=1974x-96.24，其相关系数为1.0000。如图1所示。

图1 铝的标准工作曲线

2.2 盐酸硝酸体积比对试液铝含量的影响

由图2可知，当盐酸硝酸体积比为3∶7时，消解的样品所测得铝含量最高。这是因为硝酸具有强氧化性，在消解过程中可以将铝元素全部分解。盐酸是非氧化性酸，具有一定的还原性，在铝的测量中提供一定还原性，提高了响应强度，增加了测量结果的准确性，使得样品茶叶消解更完全，更彻底。以此确定微波消解体系盐酸硝酸体积比为3∶7。

图2 盐酸/硝酸体积比对铝含量的影响

2.3 茶叶中铝含量测定结果

本实验测定了23个茶叶样品中的铝含量，结果见表3。如表所示，同分类不同品种茶的铝含量存在一定差异。白茶中，天目湖白茶与白茶的铝含量差别不大；绿茶中，4号荷叶茶铝含量最高。这可能是由于种植土壤中铝含量不同，有研究表明，土壤的pH值越低，茶叶生长过程中对铝富集量越大[7-8]。乌龙茶中，10号（铁观音1号）铝含量最低，可能是因为该地区茶叶生长过程中土壤及水质富集的铝元素远远低于其他地区，茶叶自身吸收少，且后期加工过程中并未引入铝元素污染物。其他类型乌龙茶铝含量较高，一方面与生长环境有关，另一方面其利用老叶发酵的加工工艺也可能导致铝含量增高。红茶中，普洱3号含量最高，可能与其生产过程中发酵工艺有关；花茶中，23号香碧螺铝含量最高，却低于乌龙茶等发酵茶。

有研究显示：茶叶中铝含量的分布在成熟叶和老叶中居多，而嫩叶中相对含量较少[9-10]。乌龙茶、红茶类发酵茶是用成熟叶和老叶制成，因此含量相对较高。铝含量的高低还与品种、加工工艺及产区有关，不同酸碱度的土壤，不同水域环境，导致铝含量存在差异，不同加工工艺，铝制容器的使用也可能导致茶叶中铝含量增加。

表3 茶叶样品中的铝含量

2.4 茶汤中铝元素含量及浸提率分析结果

2.4.1 茶叶冲泡时间与Al含量的关系

本实验结果如表4所示：1）比较不同种类的茶，可见随着浸泡时间的延长，茶汤中铝含量逐渐增加，对应的浸提率升高。2）针对不同品种茶最大浸提率而言，白茶为3.66%，绿茶为6.25%，乌龙茶为75.02%，红茶为11.26%，花茶为4.85%，由数据可以看出，乌龙茶浸提率最高，其次为红茶、绿茶和花茶，白茶最低。对比表3发现，茶叶中铝含量：乌龙茶＞红茶＞花茶＞绿茶＞白茶。由此可见，元素的溶出与元素的总量没有直接关系，影响元素溶出的原因可能是元素在不同茶叶中的存在形式不同所致[11]。

各类茶叶的冲泡时间与浸提率的关系如图3～图7所示。

如图3所示，白茶随着冲泡时间的增加，浸提率逐渐增加，天目湖白茶浸提率高于白茶。这可能是由于前者中铝含量以游离态形式存在的较多，因此随着冲泡时间增加，浸提率高于后者。

图3 白茶浸提率

图4 绿茶浸提率

图5 乌龙茶浸提率

图6 红茶浸提率

图7 花茶浸提率

如图4所示，绿茶中，荷叶茶浸提率最低，且冲泡10min时，浸提率达到最大，后随着时间的增加，浸提率逐渐减少。一方面由于茶叶自身铝含量低，另一方面是10min时，铝元素即达到了最大溶出率；因此，洗茶时第一泡的最佳冲泡时间为10min。其他类型的绿茶，随着冲泡时间的增加，浸提率逐渐增加，但并非洗茶时间越长越好[12]。考虑到水温及实际饮用情况，可将其控制在10～30min。

如图5所示，乌龙茶中，随着冲泡时间的增加，浸提率逐渐增加。铁观音1号及5号的浸提率增长较快。可能是因为使用成熟叶制作的乌龙茶中铝元素含量高[13]，以游离态形式存在的比例高，因此，浸提率相对高。

如图6所示，红茶中，随着冲泡时间的增加，浸提率整体呈增长趋势。红茶同样是用成熟叶制成的发酵类茶，较用嫩叶制成的绿茶等铝含量高，浸提率相应高。其中，金骏眉增长幅度最大。

如图7所示，花茶中，随着冲泡时间的增加，浸提率不断增加。茉莉花茶与香碧螺相比，浸提率无显著差异；但与乌龙茶、红茶相比，明显低于这两类发酵茶。究其原因，花茶是用鲜叶制成，发酵类茶用成熟叶、老叶制成。研究表明茶叶中铝含量的变化规律为老叶＞成熟叶＞嫩叶。因此，花茶本身铝含量低于发酵茶，浸提率相应低。此外，花茶中可能以游离态存在的铝元素相对较少[14]，也导致浸提率低。

2.4.2 茶叶冲泡次数与Al含量的关系

本实验结果如表5所示，可知随着浸泡次数的增加，浸泡出铝的含量呈现的趋势是逐渐降低。以上结果说明：饮茶时，洗茶可以使茶汤中铝的含量降低，从而减少铝对人体造成的健康影响。

2.5 方法验证

2.5.1 精密度实验

按照实验方法对同一样品（1号）进行8次平行测定，计算得样品的相对标准偏差为0.71%，说明该方法精密度高。

表5 茶叶冲泡次数对应铝含量结果 mg/kg

2.5.2 加标回收实验

分别称量茶叶样品（2号）3份0.2 g（精确到0.0001g），依次加入 0.5，6，20mg/L 的铝标准溶液，按1.3.1与1.3.2处理测定，进行回收率试验，结果见表6。

表6 回收率测定

由表可知，该方法回收率在99.60%～100.34%之间，准确度好。

2.5.3 标准茶叶测定

称取国家标准茶叶GBW10016（GSB-7）0.3 g（精确到0.000 1 g），按照1.3.1和1.3.2进行样品前处理并测定，结果见表7。

表7 国家标准茶叶测定结果

由表可知，测得值为998.16 mg/kg，在给定标准值范围（991±12）mg/kg内，因此该方法的准确度好。

3 结束语

本文采用微波消解-电感耦合等离子体发射光谱法测定茶叶及茶汤中铝元素含量，不同品种茶叶中铝元素含量不同。乌龙茶、红茶的铝含量相对较高，一方面是由于茶叶中铝含量的分布在成熟叶和老叶中居多，而嫩叶中相对含量较少。而乌龙茶、红茶是用成熟叶和老叶制成，因此含量相对较高。另一方面，可能与其生长土壤及加工工艺有关。

通过冲泡时间及次数的测试发现：泡茶用的茶叶量不宜过大，少饮浓茶，泡茶时间不宜过长。冲泡次数增加，茶汤中铝元素含量降低，洗茶的习惯可以适当降低茶叶浸出液中铝元素。

[1] 汤鸣绍.中国白茶的起源、品质成分与保健功效[J].福建茶叶，2015，37（2）：45-50.

[2]叶蔚云，雷宇绯，陈秀端.广州市几类食品中铝的测定[J].中国卫生检验杂志，2007，17（6）：1018-1019.

[3]刘加玲.铝对人体的危害、铝的来源及测定方法研究进展[J].临床医药实践杂志，2005，14（1）：3-5.

[4] 刘凤贞.国人铝日允许摄入量的初步研究[J].环境与健康杂志，1991，8（2）：49-52.

[5] 傅明，陈新焕，杨万彪，等.微波消解ICP-AES法测定茶叶中铅、砷、铜、铁、锌、硒等12种元素的含量[J].食品科学，2001，22（11）：76-78.

[6]BROWN D G，BURK R F.Selenium retention in tissues and sperm ofrats fed a Torula yeastdiet[J].Nutr，1973，10（31）：102-108.

[7] 黄衍初，曲长菱.土壤中铝的溶出及形态研究[J].环境科学，1996，17（1）：57-59.

[8]PIONKE H B，COREY R B.Relations between acidic aluminum and soil pHclay and organic matter[J].Soil Sci Soc Am Proc，1967（31）：799-752.

[9] 陈慧珠.微波消解-分光光度法测定食品中的铝 [J].微量元素与健康研究，2007，11（6）：31-32.

[10]方兴汉.铝对茶树无机营养吸收和分布影响[J].中国茶叶，1989，11（4）：34-38.

[11]陈江，郑俊，徐云，等.茶叶中多元素的微波消解等离子体发射光谱法测定[J].分析科学学报，2011，27（2）：257-260.

[12]陈永明，田媛.绿茶茶叶及其浸出液中重金属含量研究[J].北京工商大学学报（自然科学），2012，30（2）：43-47.

[13]张捷莉，王春光，苑蕾，等.几种茶叶中的铝含量的测定[J].食品科学，2006，27（12）：688-690.

[14]林婷婷，杨晓萍.茶树对铝的吸收、积累特性及饮茶安全性评价[J].茶叶科学技术，2014（4）：1-4.

（编辑：莫婕）

Research on the detection of aluminum elements in tea leaf and tea soup and its extracting characteristics

CHEN Xiaoxia， HU Na， YANG Xiaohua
（Hebei Research Centre of Analysis and Testing，Hebei University of Science and Technology，Shijiazhuang 050018，China）

The content of aluminum element in tea leaf and tea soup is determined by ICP-AES after microwave digestion.The results show that there is content discrepancy in aluminum element in same varieties of tea.However， among different varieties of tea， the aluminum content in oolong tea and black tea is higher than that of in green tea，white tea and scented tea.The high or low of aluminum content of tea is not only related to varieties，soil environment and processing techniques，the aluminum content is also largely found in mature leaves and old leaves than found in tender leaves.As the oolong tea and black tea are made from mature and old leaves，the aluminum content thus is relatively high.It is also discovered from the tea brewing time and frequency of brewing that the optimal brewing time is 10 to 30 minutes，and tea rinsing also is necessary before drinking.Such research is of great significant to the tea leaf quality control and reasonable tea purchasing and scientific tea drinking.

microwave digestion； inductively coupled plasma atomic emission spectrometry（ICP-AES）；tea leap； tea soup； aluminum element

A

1674-5124（2017）06-0037-05

10.11857/j.issn.1674-5124.2017.06.008

2016-12-07；

2017-02-01

河北省科技厅政策法规处项目（14K56215D）

陈晓霞（1978-），女，河北衡水市人，助理研究员，硕士，主要从事食品药品中光谱分析工作。