不同類型水質對龍井茶湯風味品質及主要化學成分的影響

龔芝萍，尹軍峰，陳根生

不同類型水質對龍井茶湯風味品質及主要化學成分的影響

龔芝萍1，尹軍峰2*，陳根生2*

1. 浙江大學醫學院附屬第一醫院，浙江 杭州 310003；2. 中國農業科學院茶葉研究所，浙江省茶葉加工工程重點實驗室，國家茶產業工程技術研究中心，浙江 杭州 310008

為了解水質對茶湯品質的影響，選用自來水、娃哈哈純凈水、虎跑冷泉、C胞活力小分子團水、5100西藏冰川礦泉水和健龍火山冷礦泉水等6種飲用水作為研究對象，采用感官品質評定和成分分析兩種方式，研究不同類型水質對茶湯風味品質及化學成分的影響。結果表明，pH呈弱酸性，Ca2+、Mg2+及總離子含量較低的純凈水和虎跑冷泉沖泡龍井茶較為適宜，在風味品質方面既能較好的控制茶湯的苦、澀、鮮等滋味，也能體現出茶湯特有香氣的濃郁度和純正度。通過風味物質的分析，隨著飲用水離子濃度增加，茶湯中的茶多酚、氨基酸、EGCG、酯型兒茶素、草酸含量均顯著下降；咖啡堿和總糖含量差異較小；黃酮類化合物含量略有增加。Ca2+、Mg2+濃度較高的礦物質水對茶湯中的芳樟醇、反-丁酸-3-己烯酯、十二烷、十四烷、順-3-己烯異戊酸酯、香葉醇、-紫羅酮等17種龍井茶特征香氣成分揮發有抑制作用。本研究初步明確了水質對茶湯滋味物質構成和香氣物質揮發的影響，試驗結果對茶葉風味化學、科學泡茶、茶飲制造用水的選擇等方面提供理論基礎。

水質；茶湯；化學成分；風味；感官審評

茶葉含有多種對人體有益的功能物質，健康有益的茶飲如何被品飲者所接受，感官適口性尤為重要。以往的泡茶習慣和科學研究已證實，水質對茶湯風味品質具有顯著影響，蒸餾水制備綠茶茶飲透光率高、沉淀少；采用虎跑泉水制備的茶飲透光率高，且色、香、味品質較佳；自來水制備的茶飲透光率最低，沉淀量最多，且色、香、味均最差[1-2]。江春柳等[3]研究發現，水質對茶湯的影響最大，并提出了泡茶用水的優劣順序應為泉水、溪水、江水、池塘水、自來水、井水；純凈水與軟化水更適合于茶飲料的生產加工。尹軍峰等[4]研究發現，Ca2+濃度大于4?mg·L-1時，速溶綠茶茶湯香氣品質降低，滋味變苦；濃度大于60?mg·L-1時，茶湯濁度增加；Mg2+濃度增加能夠降低速溶綠茶的苦味。水質中的Ca2+、Mg2+、pH及水中溶解的氣體對茶湯品質影響已有報道，但水質對茶湯主要成分差異性研究分析甚少，特別是影響機理尚不明確。為深入研究水質對茶湯風味品質的影響，圍繞已收集到具有代表性的6種水樣，開展水質對龍井茶風味品質及茶湯主要化學成分的研究與分析，以此了解不同類型水質對茶葉影響程度及差異情況，為茶葉風味化學研究奠定一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

茶葉樣品為杭州龍冠實業有限公司的西湖龍井（芽葉嫩度：一芽二葉，采制時間：2019年）。泡茶飲用水樣為6種日常飲用水（表1）。

1.2 儀器與試劑

儀器：電感耦合等離子體發射光譜儀（iCAP6300DUO型，美國賽默飛世爾公司）；離子色譜儀（ICS-2000型，美國戴安公司）；氨基酸分析儀（S-433D，德國SYKAM公司）；GC-MS（GC7890B-MS5977A，美國Agilent公司）；高效液相色譜儀（HPLC-20 AD，日本島津公司）；紫外-可見分光光度計（UV-2550，日本島津公司）；pH計（F2-standard，德國梅特勒公司）；固相微萃取頭（50/30?μm DVB/CAR/PDMS，美國SUPELCO公司）；純水機（Milli-RO PLUS30，法國Millipore公司）；電子天平（QUINTIX124-1CN，德國賽多利斯公司）。

標準品：谷氨酸、咖啡堿；8種兒茶素、10種黃酮（醇）苷均購于Sigma公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品制備

參考國家標準（GB/T 23776—2018）綠茶茶湯制備方法[5]，茶湯濾出后取100?mL進行感官品質評定，剩余茶湯過0.22?μm濾膜后待測。

1.3.2 感官審評方法

感官品質綜合評定：參考國家標準（GB/T 23776—2018）名優綠茶審評方法，總分100分。組織5名高級評茶員，采用密碼審評方法，得分按權重系數求和。

感官項目評定：本試驗對于茶湯的滋味、香氣進行評價，參照尹軍峰[6]的研究方法，對茶湯滋味的鮮、澀、苦及香氣的純正度和濃郁度進行對標評價（表2、表3）。

1.3.3 茶湯中成分測定

兒茶素和咖啡堿測定參考文獻[7]研究方法；茶多酚總量和游離氨基酸含量測定參照國標[8-9]；可溶性總糖測定為硫酸-蒽酮法[10]；水樣離子含量測定，參考文獻[11]方法；氨基酸組分，采用S-433D氨基酸分析儀測定，參照張英娜等[12]研究方法；黃酮（醇）苷、有機酸采用高效液相色譜（HPLC-MS）法[13-15]；茶湯pH值直接采用便攜式pH計檢測。

1.3.4 茶湯香氣組分分析及前處理方法

頂空固相微萃?。喝??mL茶湯至于20?mL頂空瓶中，加入5?mL煮沸的超純水，加入10?μL癸酸乙酯（內標，10?mg·L-1）后迅速加蓋平衡5?min，然后將PDMS萃取頭插入頂空瓶，在60℃恒溫水浴條件下萃取吸附60?min后，立即于GC-MS 250℃進樣口解析5?min。

GC-MS條件：（1）色譜條件：DB-5MS石英毛細管柱（30?m×0.25?mm×0.25?μm）；柱箱溫度：40℃；進樣口溫度：250℃；分流比：15∶1；壓力48.745?KPa；柱流量：1?mL·min-1；進樣載氣：He（99.999?9%）。升溫程序：40℃保持2?min，以2℃·min-1升至85℃，保持2?min，再以2.5℃·min-1升至180℃，保持2?min，再以10℃·min-1升至230℃，保持2?min。（2）質譜條件：電子能量70?eV；離子源溫度230℃；質量掃描范圍m/z 40~400。

1.3.5 數據分析方法

試驗均重復3次，文章中表格或圖片中數均據為平均值，方差分析和顯著性分析采用SPSS 13.0軟件進行分析，熱圖分析由GraphPad Prism 5.0軟件完成。

表1 水樣中主要離子含量及相關信息

表2 滋味標準樣及其味感評價指標

表3 香氣感官審評評價指標

2 結果與分析

2.1 水質對茶湯滋味品質的影響

感官評價結果表明（表4），不同類型水質沖泡的茶湯感官綜合得分存在顯著差異，純凈水（W2）和天然水（W3、W4）沖泡的茶湯品質綜合評分均超過85分，虎跑冷泉（W3）得分最高，達89.1分；純凈水和虎跑冷泉總離子含量較低且pH呈弱酸性，沖泡的茶湯苦味強、澀味低、鮮爽味高，綜合評分高于其余4種水樣沖泡的茶湯；自來水（W1）沖泡的茶湯品質較一般；礦物質水（W5、W6）沖泡的茶湯滋味帶有金屬味或澀味，得分較低，這可能與水樣中的Ca2+、Mg2+、Cl-濃度有關。6種水樣的總離子含量和pH值分別與滋味品質綜合得分呈顯著性負相關（圖1），其中陽離子Ca2+、Mg2+與滋味感官品質均呈顯著負相關（=–0.818，=0.047；=–0.852，=0.031），隨著水樣中的Ca2+、Mg2+增加，茶湯苦味鈍化、澀味增強、鮮味減弱。

2.2 水質對茶湯香氣品質的影響

茶湯香氣感官分析結果表明（表5），不同類型水質對茶湯香氣有顯著影響。其中Ca2+、Mg2+及總離子含量較低的天然水（W3）和純凈水（W2）沖泡的茶湯，香氣偏清純帶栗香，品質較好，綜合得分均超過88分，虎跑冷泉（W3）得分最高，為90.2分；總離子含量適中的天然水（W4）和礦物質水（W5）沖泡的茶湯香氣較純正，濃郁度尚高，而自來水（W1）沖泡的茶湯品質尚純、濃郁度尚高；總離子量較高的礦物質水（W6）對茶湯的香氣鈍化作用明顯，綜合得分較低。隨總離子數量的增加，茶湯香氣綜合得分呈下降趨勢（圖2），總離子量與香氣品質具有顯著性負相關（=–0.875，=0.022），其中Ca2+、Mg2+、Cl-含量與茶湯香氣綜合品質得分均呈顯著負相關（=–0.875，=0.022；=–0.843，=0.035；=–0.842，=0.035）。

注：表中數據為3次重復的平均值±標準差，同一列中不同字母表示差異顯著（<0.05），下同

Note: Data are means (±SD) of three replicates. Different letters in the same column group indicate significant differences (<0.05), the same below

圖1 總離子量、pH值分別與茶湯感官滋味綜合評分相關性分析

2.3 水質對茶湯常規成分的影響

圖3表明，不同類型水質對茶湯中的茶多酚、氨基酸、總糖和咖啡堿等主要成分存在不同程度影響。其中對茶湯中的茶多酚、氨基酸含量影響較大，純凈水（W2）沖泡的茶湯茶多酚和氨基酸含量最高，分別為2?820.0?mg·L-1和310.7?mg·L-1，主要原因是茶多酚容易與金屬離子反應生成絡合物[16]，氨基酸與金屬離子易形成螯合物；總糖含量與pH值呈顯著正相關（=0.814，=0.049），弱堿性水有助于茶葉糖類物質的浸出；咖啡堿含量差異較小。自來水（W1）沖泡的茶湯，茶多酚、氨基酸和咖啡堿的量最少，與純凈水相比，分別低14.9%、6.6%和4.6%；分析得出Cl-與茶多酚含量呈顯著性負相關（=–0.897，=0.015），茶多酚不僅能與金屬離子發生絡合反應，也可能與自來水中含有的少量次氯酸根發生反應，因次氯酸根在弱堿性的茶湯中仍有較強的氧化性，能與化合物官能團上的活潑氫發生氧化還原反應[17-19]。

2.4 水質對茶湯中兒茶素的影響

圖4表明，除自來水外（W1），其他水樣隨著總離子含量增加，茶湯中的兒茶素總量呈下降趨勢，純凈水沖泡的茶湯兒茶素含量最高（＞900?mg·L-1）；天然水（W3、W4）沖泡的茶湯，兒茶素含量在600~850?mg·L-1；礦物質水（W5、W6）沖泡的茶湯中兒茶素含量最低（＜500?mg·L-1）。不同水質沖泡的茶湯中兒茶素組分差異顯著（表6），酯型兒茶素含量隨總離子含量上升顯著下降，其中EGCG含量與總離子量呈顯著性負相關（=–0.813，=0.049）。

2.5 6種茶湯中的主要成分及其含量分布

對茶湯主要化學組分進行測定，得到81個化合物的含量，包括氨基酸組分20個、有機酸組分7個、黃酮（醇）苷10個、揮發性成分44個。如圖5所示，橫向代表不同類型水樣，縱向代表被檢測的化合物；化合物的含量高于樣本平均值標為紅色，化合物含量低于樣本均值標為綠色，顏色深淺表示化合物含量的高低程度。從分布情況分析，6種飲用水沖泡的茶湯，內含的氨基酸、有機酸、黃酮（醇）苷存在明顯差異。

表5 不同類型水質對茶湯感官香氣品質的影響

圖2 總離子量與茶湯感官香氣綜合得分相關性分析

注：相同成分中標注不同字母表示顯著性差異（P<0.05）

氨基酸組分總量分布在140~165?mg·L-1，隨總離子數量的增加，尤其是Ca2+和Mg2+增加，茶湯中的游離氨基酸含量呈下降趨勢，而自來水沖泡的茶湯游離氨基酸含量為118.99?mg·L-1，氨基酸較易與重金屬離子發生螯合反應[20-21]，其他影響因素有待進一步研究。其中純凈水沖泡茶湯的茶氨酸（Theanine）、天冬酰胺（Asn）、天冬氨酸（Asp）、蘇氨酸（Thr）、絲氨酸（Ser）、谷氨酸（Glu）、苯丙氨酸（Phe）、色氨酸（Trp）、精氨酸（Arg）及氨基酸總量顯著高于其他類型飲用水（=0.001）。

有機酸易與金屬離子絡合配對，隨著總離子含量增加，有機酸總量呈顯著下降趨勢（=–0.889，=0.018）。其中二價陽離子Ca2+、Mg2+分別與草酸呈極顯著負相關（=–0.940，=0.005；=–0.931，=0.007），而與奎尼酸含量呈顯著性正相關（=0.905，=0.013；r=0.924，=0.009），茶湯浸泡過程中，Ca2+易與C2O42-結合，形成不溶性CaC2O4沉淀[22]，也證實了茶湯金屬離子參與茶湯體系混濁、沉淀形成的觀點[23]。

黃酮（醇）苷組分含量存在一定的差異，總含量分布在30.32~54.03?mg·L-1，礦物質水和自來水沖泡的茶湯內含黃酮（醇）苷總量明顯高于純凈水和天然水，且水樣的總離子含量與黃酮總量呈顯著性正相關（=0.890，=0.018），因此適度提高離子濃度，在靜電力的作用下有助于黃酮類化合的浸出。雖然茶葉中的黃酮（醇）苷含量一般較低，但已有研究表明，黃酮（醇）苷類物質的澀感閾值較低，DOT（Dose-Over-Threshold）值較高，對茶湯澀味影響顯著[24]。

結合香氣感官審評結果，對不同類型水樣沖泡的茶湯香氣組分進行分析，反--羅勒烯、反-氧化芳樟醇、芳樟醇、反-丁酸-3-己烯酯、藏紅花醛、十二烷、2-甲基戊酸甲酯、順-3-己烯異戊酸酯、香葉醇、順-3-己烯己酸酯、十四烷、雪松烯、反-香葉基丙酮、-紫羅酮、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、-杜松烯、1,2,3,4,4a,7-六氫-1,6-二甲基-4-(1-甲基乙基)-萘等17個組分是龍井茶香氣關鍵成分，用純凈水和虎跑冷泉水沖泡的茶湯中，17種香氣組分的含量明顯高于其他4種飲用水，與王夢琪等[25]和劉盼盼等[26]的研究結果相近。礦物質水中的Ca2+、Mg2+濃度較高，有助于茶湯香氣成分中的二甲硫、3-甲基丁醛、2-甲基丁醛、戊醛、甲苯、己醛、順-3-己烯-1-醇、-蒎烯、1-辛烯-3-醇、辛醛、檸檬烯、苯乙醛、順-氧化芳樟醇、萘、水楊酸甲酯、-雪松烯、-雪松醇等16種組分揮發，降低了茶湯香氣的純正度和濃郁度。

3 討論

茶湯風味主要包括滋味與香氣，實際上是茶湯中水溶性物質與揮發性物質作用于人體感官味覺、嗅覺的綜合效應，而泡茶用水差異影響茶葉主要成分的浸出與相互反應。江春柳等[3]、倪春梅[27]和尹軍峰等[28]的研究均表明，水質中的Ca2+、Mg2+等離子濃度高易與茶多酚、二氧化碳等物質反應產生絡合物和碳酸鈣等有機酸鹽沉淀，從而降低茶葉有效成分的溶解度，影響茶飲料的口感和澄清度。自來水中氯離子含量高，水中余氯或氯化物容易與茶多酚類作用，從而使茶湯表面產生“銹油”，并引起茶湯苦澀。

表6 不同類型水質對兒茶素浸出影響

圖4 不同類型水質對酯型兒茶素與非酯型兒茶素的影響

圖5 6種茶湯主要組分熱圖分析

本研究選用不同類型水質開展泡茶試驗與研究分析，結果發現不同類型水質的飲用水主要離子含量差異較大，飲用水中的Ca2+、Mg2+、Cl-易與茶湯的滋味物質茶多酚、氨基酸、有機酸、咖啡堿等物質反應，并影響茶湯香氣成分揮發量，從而造成了茶湯的鮮味、澀味、苦味及香型、純正度和濃強度等感官差異。因此，硬度較低的飲用水更適用于龍井茶的沖泡，但并不能明確多個金屬元素共同作用茶湯的復雜體系，需要更系統的研究驗證。

相關研究證實茶葉含有多種有效的功能成分，可以清除人體內過多的自由基，提高機體免疫能力，提神益思、強心利尿等[29-30]。通過水質與茶湯感官品質、化學成分的研究，探究水質對茶湯的影響機制，結果可為人們如何選擇泡茶用水，對指導人們科學飲茶、茶飲制造、茶葉風味研究提等方面都有重要意義。

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Effects of Different Types of Water Quality on the Sensory Properties and Main Chemcial Compositions of Longjing Tea Infusions

GONG Zhiping1, YIN Junfeng2*, CHEN Gensheng2*

1. The First Affiliated Hospital, College of Medical, Zhejiang University, Hangzhou 310003, China; 2. Tea Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Key Laboratory of Tea Processing Engineering of Zhejiang Province, National Engineering Technology Research Center of Tea Industry, Hangzhou 310008, China

In order to understand the effect of water quality on the flavor of tea infusions, six typical drinking water (including tap water, Wahaha Purified water, Hupao cold spring water, C cell vitality small molecule group water, 5100 Tibet glacier mineral water, Jianlong volcano cold mineral water) were selected as the research objects. The effects of different types of water quality on the flavor quality and chemical composition of tea infusions were studied by sensory evaluation and component analysis. The results show that the purified water and Hupao cold spring water were weakly acidic, and had low Ca2+, Mg2+and total ion contents, which were more suitable to brew Longjing tea. In terms of the quality of flavor, it could better control the bitterness, astringency and freshness of tea soup, and reflect the richness and purity of the unique aroma of the tea infusions. Through the analysis of flavor substances, with the increase of ion concentration of drinking water, the contents of tea polyphenols, amino acids, EGCG, ester catechins and oxalic acid in the tea infusions were significantly reduced. The contents of caffeine and total sugar were not significantly different. The flavonoid content slightly increased. The mineral water with higher concentrations of Ca2+and Mg2+effectively inhibited the release of 17 characteristic aroma components of Longjing tea infusions, such as linalool, Trans-butyrate-3-hexene ester, dodecane, tetradecyl, cis-3-Hexenyl isovalerate, geraniol and β-ionone. This study analyzed the effect of water quality on the composition of tea flavor substances and the volatility of aroma substances, and preliminarily determined that the water quality factor was the main reason for the taste difference of Longjing tea infusions. This research preliminarily illuminated the effect of water quality on the flavor composition and aroma volatilization of tea infusions，and the results provided a theoretical basis for tea flavor chemistry, scientific tea making and water selection for tea beverage manufacturing.

water quality, tea infusions, chemical composition, aroma, organoleptic evaluation

S571.1；TS272.5+1

A

1000-369X(2020)02-215-10

2020-01-19

2020-02-20

浙江省醫藥衛生科技計劃（2019KY236）、國家自然科學基金（31671861）

龔芝萍，女，本科，副主任護師。主要從事手術室護理及茶與健康方面的研究。*通信作者：yinjf@tricaas.com，gschen@tricaas.com

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