绿茶“陕茶1号”中主要品质成分的溶出规律研究

余泽恩，丁仕华，梁青青，刘 帆，李兆鹏，王衍成，郝若诗，黄业伟 *

(1. 普洱茶学教育部重点实验室，云南 昆明 650201；2.云南农业大学食品科学技术学院，云南 昆明 650201；3. 云南省高原特色农业产业研究院，云南 昆明 650201；4.安康市林业局，陕西 安康 725000；5.安康市林业产业发展中心茶果站，陕西 安康 725000)

【研究意义】陕西安康属于中国最北茶区[1]，“陕茶1号”作为陕西首个无性系茶树新品种，具有发芽早、芽叶肥壮、节间长、持嫩性强、生长势好、适应性广的特点。绿茶是中国六大茶类中知名度高、销量较大的茶类之一，其内含成分和保健功效亦有较多研究[2]。茶叶中的品质成分主要包括多酚类物质、生物碱类物质和氨基酸类物质等。其中儿茶素是茶多酚的重要组成部分，咖啡因是茶叶中生物碱类物质的代表，而茶叶中的主要氨基酸为茶氨酸，其次是谷氨酸[3]。茶叶冲泡条件和方法对茶叶中主要品质成分的溶出具有较大影响，也影响茶汤的感官品质和饮茶功效。决定茶叶鲜爽味的物质主要是氨基酸，而咖啡因主要呈现苦味，儿茶素亦呈现苦涩味道。咖啡因、儿茶素和氨基酸等茶叶中的主要生理活性成分[4-5]，它们具有不同的理化性质，其水溶性差异较大。研究茶叶主要品质成分的溶出规律，可根据消费者的身体条件和特殊需求(如部分消费者对咖啡因影响睡眠或者儿茶素会引起胃部不适等较为敏感)，有目的地控制主要品质成分的溶出情况，为不同消费者提供具有针对性的茶叶冲泡条件和饮茶方式。【前人研究进展】有研究表明，在81 ℃、7 min、1 g/150 mL的条件下，茶多酚溶出量112.80 mg/g，其中，总儿茶素溶出量占总酚的57.29 %，得到的EGCG、ECG、EGC、EC和咖啡碱的溶出量均较高[6-8]。从绿茶溶出的微量元素角度分析，茶叶的最佳冲泡时间为10 min[9]。在对信阳毛尖茶的研究中显示，根据茶叶的条索松紧，适宜冲泡条件为85 ℃、4 min或5 min、3 g/150 mL或4 g/150 mL，水浸出物、茶多酚、咖啡碱、氨基酸含量随冲泡时间、冲泡温度、茶水比的增大而增加[10]。冲泡方式直接影响着绿茶中咖啡因、儿茶素、氨基酸等主要品质成分溶出量，进而影响到茶的汤色、香气、滋味以及饮茶功效等[11-15]。【本研究切入点】在众多的研究中，对冲泡条件和品质成分溶出率之间的关系给出了不同的说法，但并未根据人们的泡茶习惯提出针对特殊需求的冲泡条件和规律。该研究以绿茶“陕茶1号”为试样，采用正交试验设计和HPLC法探索冲泡条件对其主要品质成分溶出的影响，找出与品质成分溶出密切相关的关键因素，阐明其溶出规律。【拟解决的关键问题】为绿茶深加工产品开发、消费者科学饮茶以及茶艺理论的发展提供理论参考。

表1 正交试验设计表

注：昆明地区水的沸点约为93.5 ℃。

Note:The boiling point of water in Kunming city was about 93.5 ℃.

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

绿茶“陕茶1号”(一级，陕西安康汉水韵茶叶有限公司)；结晶乙酸钠(分析纯，天津市风船化学试剂科技有限公司)；乙腈[色谱纯，默克化工技术(上海)有限公司]；甲醇(色谱纯，安徽天地高纯溶剂有限公司)；磷酸(色谱纯，北京迈瑞达科技有限公司)；L-谷氨酸、L-茶氨酸、咖啡因、EC、EGCG和ECG(≥98 %，阿拉丁)。

1.2 仪器与设备

高效液相色谱仪(安捷伦1260)；安捷伦荧光检测器(G1321B 1260 FLD)；安捷伦紫外检测器(G1314F 1260VWD)；Agilent ZORBAX Eclipse AAA-C18柱(5 μm，4.6 mm×150 mm，P.N. 993400-902)；低速离心机(中佳SC-3616)；移液器；0.45 μm过滤器；超声波清洗机(上海科导超声仪器有限公司SK-18TC)以及热水器和温度计等。

1.3 方法

1.3.1 样品制备 以温度(℃)、时间(min)、茶水比(g/mL)为3因素，根据人们日常泡茶、饮茶的习惯(对于芽叶细嫩的绿茶，以水温80～85 ℃、冲泡时间约5 min为宜)以及HPLC检测的需要(茶水比在1∶100以内)，采用正交试验设计(表1)，每个因素设置3个水平，每个处理重复3次。精密称量2.00 g茶叶，分别按照不同的条件进行冲泡，收集茶汤，于4 ℃储存，当天检测。

表2 梯度洗脱程序

表3 进样程序

1.3.2 氨基酸测定 流动相：A相为(90 mmol/L醋酸钠，7 %乙腈，pH 6.5)，B相为80 %乙腈，梯度洗脱(表2)；流速1.0 mL/min；柱温40 °C；进样量为14 μl；25.5 min内完成，激发波长和发射波长分别为230、450 nm，每1次完成后，系统平衡10 min后再次进样[16]。

另外，HPLC测定茶叶中的氨基酸含量需要进行柱前衍生反应，称取10 mg OPA，用0.5 mL甲醇溶解后，加入30 μl β-巯基乙醇过滤，制成OPA衍生试剂，避光4 °C保存、备用。配制0.4 mol/L，pH 10.4硼酸盐缓冲溶液。进样程序见表3。

1.3.3 儿茶素及咖啡因测定 流动相A为5 %的乙腈(150 mL乙腈+9.21 mL磷酸+2842.17 mL UP水)；流动相B为80 %的乙腈(1200 mL乙腈+4.605 mL磷酸+296.085 mL UP水)；柱温40 ℃；流速0.70 mL/min；进样量为10.0 μl；VWD波长为280 nm，方法采用的梯度洗脱程序如表4所示。

1.4 数据分析

表4 梯度洗脱程序

表5 主要品质成分的含量

2 结果与分析

2.1 “陕茶1号”绿茶中主要品质成分的含量

以绿茶“陕茶1号”为试样，应用HPLC法检测了其主要品质成分(咖啡因、主要儿茶素以及主要氨基酸)的含量。

由表5可知，绿茶“陕茶1号”咖啡因的含量为4 %左右；氨基酸含量较高，其中茶氨酸含量约为1.4 %，而谷氨酸含量约为0.2 %。此外，EGCG的含量高达11.75 %，ECG的含量为2.14 %，EC的含量达0.94 %。

2.2 冲泡条件对绿茶“陕茶1号”中咖啡因溶出的影响

咖啡因作为茶叶的主要品质成分和功能成分，在茶叶口感和保健功效方面起着举足轻重的作用。根据正交试验设计，对绿茶在不同冲泡条件下的溶出率进行了检测和分析。

由图1可知，绿茶“陕茶1号”中咖啡因的溶出相对较慢，水温为70 ℃、冲泡时间为2 min时咖啡因的溶出率仅为9.54 %。随着冲泡时间的延长，咖啡因的溶出率才有明显增加。水温为93.5 ℃、冲泡时间为10 min时,“陕茶1号”咖啡因的溶出率达到36.83 %。

图1 不同冲泡条件下绿茶“陕茶1号”中咖啡因的溶出率Fig.1 Dissolution rate of caffeine in green tea ‘Shanchayihao’ with different tea brewing condition

表6 咖啡因溶出率方差分析

图2 不同冲泡条件下“陕茶1号”中酯型儿茶素的溶出率Fig.2 Dissolution rate of galloylated catechins in ‘Shanchayihao’ with different tea brewing condition

方差分析结果(表6)显示，水温、时间和茶水比3个因素对咖啡因溶出率的影响都极为显著(P<0.01)，但其影响程度的大小有较大的差异。对绿茶中咖啡因溶出率影响的大小依次为时间>水温>茶水比。

2.3 冲泡条件对绿茶“陕茶1号”中主要儿茶素溶出的影响

儿茶素可被分为酯型儿茶素和非酯型儿茶素两类，酯型儿茶素是茶多酚的主要成分，约占茶叶中总儿茶素的3/4，是茶叶苦涩味的来源之一。酯型儿茶素对于茶叶品质及功效的影响均高于非酯型儿茶素。

不同冲泡条件下酯型儿茶素的溶出情况如图2所示，EGCG和ECG具有相似的溶出情况，水温为93.5 ℃、冲泡时间为10 min时，EGCG溶出率为16.82 %，ECG的溶出率为12.38 %。方差分析结果(表7)显示，水温、时间和茶水比3个因素对EGCG溶出率的影响都极为显著(P<0.01)，但其影响程度的大小有较大的差异。对EGCG溶出率影响的大小依次为时间>水温>茶水比。与EGCG类似，时间和水温对ECG溶出率的影响极为显著(P<0.01)，且时间的影响程度较大。然而，茶水比对ECG的溶出率无显著影响(P>0.05)。

表儿茶素(epicatechin，EC)是茶叶中含量较低的一种简单儿茶素(非酯型儿茶素)，其溶出规律与酯型儿茶素亦不相同，图3和表7。

由图3可知，随着水温的升高、时间的延长其溶出率明显提高。水温为93.5 ℃、冲泡时间为10 min时EC的溶出率达34.56 %。方差分析结果显示，水温和时间对EC溶出率的影响都极为显著(P<0.01)，茶水比对EC溶出率的影响显著(P<0.05)。影响的大小依次为水温>时间>茶水比。

2.4 冲泡条件对绿茶“陕茶1号”中主要氨基酸溶出的影响

氨基酸是茶叶鲜味的主要物质，是茶叶香气和滋味等品质的重要成分，其中茶氨酸和谷氨酸是较重要且含量较高的主要游离氨基酸。不同冲泡条件下主要氨基酸的溶出情况。

图3 不同冲泡条件下“陕茶1号”表儿茶素的溶出率Fig.3 Dissolution rate of epicatechin in ‘Shanchayihao’ with different tea brewing condition

表7 溶出率方差分析

表8 溶出率方差分析

由图4可知，在不同的冲泡条件下，“陕茶1号”中茶氨酸和谷氨酸的溶出率相近。水温为70 ℃、冲泡时间为2 min时，“陕茶1号”氨基酸的溶出率即达25 %左右，比咖啡因的溶出更快。水温为93.5 ℃、冲泡时间为10 min时，“陕茶1号”中氨基酸的溶出率可达76 %左右。

图4 不同冲泡条件下绿茶“陕茶1号”茶氨酸和谷氨酸的溶出率Fig.4 Dissolution rate of amino acid in green tea ‘Shanchayihao’ with different tea brewing condition

图5 主要品质成分溶出率的比较Fig.5 Comparison of the main quality components dissolution rate

方差分析结果(表8)显示，水温、时间和茶水比3个因素对氨基酸溶出率的影响都极为显著(P<0.01)，但其影响程度的大小有较大的差异，依次为时间>水温>茶水比。

2.5 绿茶“陕茶1号”中主要品质成分溶出率的比较

为了更好地了解绿茶“陕茶1号”中主要品质成分之间溶出规律的差异，根据HPLC检测结果，分析比较了主要品质成分的溶出率。

由图5可知，2种冲泡条件下各品质成分的溶出率差异较大。水温为70 ℃、时间为2 min时，茶氨酸和谷氨酸的溶出率即超过20 %，咖啡因的溶出率接近10 %，而酯型儿茶素的溶出率很低(不到2 %)。水温为93.5 ℃、时间为10 min时，茶氨酸和谷氨酸的溶出率超过3/4，咖啡因与EC的溶出率相当(35 %左右)，酯型儿茶素的溶出率仍较低，溶出约1/6。相同条件下不同品质成分溶出速率的顺序为氨基酸>咖啡因>非酯型儿茶素>酯型儿茶素。

3 讨 论

影响茶品质成分溶出的因素有很多，茶品种、茶叶形状、整碎度、冲泡时间、冲泡温度、茶水比等[5-15]。中国饮茶习惯中还是以冲泡饮用为主。随着生活水平的不断提高，茶叶消费人群亦逐渐扩展。消费者在饮茶工程中遇到的问题也逐渐凸显，如饮茶影响睡眠、饮茶伤胃、饮茶导致血糖偏低等问题越发常见。引起以上问题的主要原因就是饮茶过程中摄取的茶叶内含成分的种类及其总量。此外，随着茶叶功效的研究力度加大、研究成果发表的增多，也使茶叶保健功效得到广大消费者的认可。然而，消费者却很少知道如何科学饮茶才能达到自己期望的效果。这些都与茶叶的冲泡条件息息相关。

咖啡因作为茶叶的主要品质成分和功效组分，是茶叶苦味的来源之一，具有降血糖，兴奋中枢神经系统、骨骼肌和心脏，舒张血管等生理作用。实验结果表明，时间是影响绿茶“陕茶1号”咖啡因溶出的最大原因。绿茶中咖啡因的溶出相对较慢，水温为70 ℃、冲泡时间为2 min时咖啡因的溶出率仅为9.54 %。随着冲泡时间的延长，咖啡因的溶出率才有明显增加。水温为93.5 ℃、冲泡时间为10 min时，绿茶中咖啡因的溶出率达到36.83 %。方差分析结果亦显示，时间是影响咖啡因溶出的最主要因素，这可能咖啡因脂溶性较强(咖啡因在氯仿层和水层的分配比例约为15∶1)有关[17-18]。因此，在茶叶冲泡时，如果不想摄入太多的咖啡因(如具有咖啡因引起的失眠或低血糖症状者)，喝绿茶时可以尽量缩短茶叶冲泡时间或只喝第一至二泡。

儿茶素是茶叶的主要品质成分和功效组分，是绿茶苦涩味的主要来源，具有抗氧化、防辐射、抗炎、调节糖脂代谢、改善肠道功能等生理作用[19-21]。实验结果显示，2种酯型儿茶素(EGCG和ECG)的溶出均相对较慢。水温为93.5 ℃、冲泡时间为10 min时，酯型儿茶素的溶出率仅为1/6左右。与咖啡因相比，酯型儿茶素更难溶于水中，这些结果在一定程度上解释了茶叶比较耐泡的原因。由于EC在茶叶中的含量较低，其溶出率却显著高于酯型儿茶素。水温为93.5 ℃、冲泡时间为10 min时，EC的溶出率可达1/3左右。因此，若想发挥EGCG等酯型儿茶素的抗氧化、防辐射等功效，需要较高的水温和较长的冲泡时间。

L-茶氨酸也是茶叶中重要的功能成分之一，占茶叶干物质总重的1 %～2 %，具有保护神经、缓解压力、改善睡眠和抗焦虑等多种功效[22-24]。且谷氨酸和乙胺在茶氨酸合成酶的催化下可转化为茶氨酸。由于茶氨酸和谷氨酸具有相似的溶解性，其溶解趋势基本一致。影响绿茶中氨基酸溶解的最主要因素都是冲泡时间。与咖啡因和儿茶素不同，在同一冲泡条件下氨基酸的溶出率明显较高，说明茶氨酸和谷氨酸更易溶出。因此，在茶叶冲泡时，如果想摄入较多的氨基酸而少摄入咖啡因，以达到保护神经、缓解压力、改善睡眠和抗焦虑等功效，在冲泡时可以尽量缩短茶叶冲泡时间，增加茶氨酸与咖啡因的溶出比，发挥茶氨酸的功效而避免咖啡因的副作用。

此外，茶水比(1∶25～1∶100)对绿茶中主要品质成分溶出的影响相对较小，这可能是因为在此茶水比范围内，这些成分的溶出远未达到饱和状态。总之，阐明茶叶中品质成分的溶出规律，可为茶深加工产品开发、消费者科学饮茶以及茶艺理论的发展提供参考。

4 结 论

“陕茶1号”相同条件下不同品质成分溶出速率的顺序为：氨基酸>咖啡因>非酯型儿茶素>酯型儿茶素，对咖啡因、酯型儿茶素和主要氨基酸溶出率的影响因素排序为：时间>水温>茶水比，对EC溶出率影响的大小依次为：水温>时间>茶水比。