山東鄒城邾國故城西崗墓地一號戰國墓茶葉遺存分析*

路國權 蔣建榮 王 青 魏書亞

（1.山東大學歷史文化學院；2.北京科技大學科技史與文化遺產研究院）

中國是世界上最早發現、栽培、加工、食用茶的國家，茶文化源遠流長，有著豐富的文獻記載和悠久的歷史底蘊。但是文獻中關于茶的起源時間記載不一，說法較多。目前經過考古發掘出土和科學檢測確定的年代最古老的茶葉出自西漢景帝陽陵[1]，距今有2100多年的歷史，被認證為最古老的茶葉，于2016年獲得吉尼斯世界紀錄認證，為我國茶文化起源找到了較早的實物證據。但是這些茶葉遺存的用途（飲料、食物、藥用等）尚不明確，而對于茶葉用途的研究正是窺探我國茶文化發展的關鍵。近日在山東鄒城邾國故城遺址西崗墓地戰國早期一號墓（下文簡稱西崗M1）[2]新發現茶葉的炭化殘留物，為解決這一問題提供了珍貴的實物資料。

茶葉樣品出自西崗M1器物箱西端放置的原始瓷碗M1:7中（圖一），出土時倒扣在地，口朝下，底朝上，提取瓷碗時碗體與內部填充的土樣分離開來，土樣保存較好，結構緊實，頂部暴露出殘留的莖葉狀植物（圖二），懷疑可能為茶葉遺存，遂將瓷碗原狀扣合后整體提取至實驗室觀察。利用鑷子小心地將其從土壤顆粒中挑出，通過顯微觀察，該樣品呈黑色條狀，朽爛嚴重，已完全炭化，外觀形貌受到嚴重破壞，且其強度較弱，通過形態學鑒定植物種屬的研究方法難以適用(圖三)。樣品出土自原始瓷碗M1:7底部，不排除為古人沖泡之后留下的茶渣，所以我們首先選取適量現代茶葉，經過多次沖泡，然后自然晾干，將泡前茶葉、泡后茶渣以及挑出的茶葉樣品放置于瑪瑙研缽中分別輕輕研磨均勻備用。主要采用生物標記物分析為主、光譜分析為輔的方法進行檢測分析。

圖三 西崗M1茶葉樣品顯微照片

圖二 西崗M1:7內茶葉樣品出土情況

圖一 西崗M1:7原始瓷碗及出土位置

茶葉在埋藏發酵過程中，茶多酚類物質氧化產物結構十分復雜，這些復雜化合物的分離純化及其結構鑒定工作是茶葉化學研究中的難點。傅里葉紅外光譜（FTIR）、氣相色譜質譜（GC-MS）以及熱裂解氣相色譜質譜（Py-GCMS）分析技術均為檢測有機物的常用分析技術。傅里葉紅外光譜主要用于結構分析，通過FTIR可以判斷出被測物質中含有的有機物的結構，從而鑒定有機物的種類；氣相色譜質譜、熱裂解氣相色譜質譜是成分分析，可對被測有機物中的各組分及其含量做出準確測量。檢測實驗中我們主要利用FTIR檢測有機物的類型并結合GC-MS、Py-GC-MS進一步判斷有機成分。許多植物都有其特定的生物標記物，對于茶葉的鑒定，咖啡因和茶氨酸是其兩個明確的生物標記物，可以采用熱輔助水解甲基化裂解氣相色譜質譜（THM-Py-GC-MS）分析鑒定樣品中的咖啡因，茶氨酸則采用氣相色譜質譜進行分析鑒定。

首先進行傅里葉紅外光譜分析（圖四）。以泡前茶葉的紅外光譜為例，對于800-3800 cm-1波段的茶葉樣品吸收光譜，主要由兩個大的包絡組成：800-2000 cm-1和2500-3750 cm-1。在波數為3600-3200 cm-1范圍內出現明顯的吸收峰，主要為O-H的伸縮振動，其可作為判斷醇、酚、酸的重要依據，這一波段出現吸收主要由空氣中的水和茶葉中茶多酚、咖啡堿等化合物中含有羥基中O-H的伸縮振動；3000-2700 cm-1的吸收峰主要是飽和的C-H伸縮振動吸收；2852 cm-1附近出現吸收峰是飽和的CH2的對稱伸縮振動峰；1646 cm-1是糖類、黃酮類的C=C的伸縮振動吸收；1550-1500 cm-1附近的吸收峰為茶葉中芳香族的-NO2的伸縮振動；1454 cm-1附近的吸收峰為飽和碳上C-H的變形振動吸收；1385-1350 cm-1為脂肪族中的-NO2的伸縮振動；1237 cm-1附近的吸收峰為酞胺中C-O伸縮振動吸收；在1146 cm-1和1035 cm-1附近的吸收峰為C-O-C反對稱伸縮振動和O-H的面內變形振動[3,4]。

圖四 三個樣品的紅外光譜圖

從圖四可以看出三個樣品的光譜圖整體輪廓近乎相同，吸收峰峰形十分相似，主要吸收峰峰位相近，推測考古樣品很有可能為古代的茶葉。其中泡后茶渣相比泡前茶葉有一些弱峰吸收峰的峰強衰減較厲害，甚至逐漸消失，而這些弱峰在考古樣品中也基本未出現。由于茶葉經過加熱泡制后，大部分單質成分被泡出，而茶葉光譜是由茶葉本身所含單質組份的吸收光譜線性組合而成[5]，當部分組份被析出后，由這些組份造成的紅外吸收消失，從而導致所剩物質即茶渣的紅外吸收光譜與泡前茶葉紅外吸收光譜之間的差異；加之考古樣品會不斷受到所處埋藏環境中各種因素的影響，如溫濕度、微生物等，造成考古樣品與現代標樣之間的細微區別。

其次進行熱輔助水解甲基化裂解氣相色譜質譜分析。我們將三類樣品（泡前茶葉，泡后茶渣，考古出土茶葉樣品，大約50μg）分別置于樣品杯中，加入3μl質量分數為25%的四甲基氫氧化氨溶液（TMAH），之后將樣品杯放進自動進樣器，啟動熱裂解儀與氣相色譜質譜儀，樣品在550℃下裂解，裂解后的產物進入氣相色譜質譜中分析。

通過比較考古出土茶葉樣品和現代茶葉標樣（泡前茶葉、泡后茶渣）中主要色譜峰的保留時間與質譜（圖五），發現色譜峰1-8同時存在于三類樣品中，其中峰5（10.5min）為咖啡因（caffeine），其裂解后的特征離子主要有（m/z）：194、109、82、67、55（圖六）。咖啡因易溶于水，茶葉在經過多次浸泡后會將其中的大部分咖啡因浸出，所以從圖六可以看出泡后茶渣中咖啡因的含量明顯低于泡前茶葉中的咖啡因，也進一步證明考古出土茶碗中的茶葉為古人煮（泡）過之后留下的茶渣。

圖五 三類樣品的TIC色譜圖

圖六 三類樣品中咖啡因（caffeine）（圖五峰5）的質譜圖

然后，進行氣相色譜質譜分析。我們取少量樣品研磨成粉末，放入裝有超純水的玻璃瓶中，并在水浴鍋中煮沸，之后60℃下超聲30 min，3000轉離心10 min，分層后將上層液體轉移至采樣瓶中，用氮吹儀60℃氮氣流中蒸發干燥，之后加入乙腈與硅烷化試劑MTBSTFA（1:1）在110℃下衍生30min。之后轉移至GC-MS專用瓶中進行GC-MS分析。實驗中為保證數據的可靠性以及結果的可信度，所有樣品均采用同一種流程以及同樣的樣品量。

泡前茶葉中的茶氨酸經MTBSTFA衍生，通過GC-MS分析，產生2個衍生峰，分別為圖七中的峰T1、T2，而泡后茶渣只在與峰T1相同保留時間（21.13 min）處產生一個很小的衍生峰，西崗M1出土茶葉樣品未檢測到茶氨酸衍生峰，但由表一可以看出泡后茶渣和考古出土樣品在同一保留時間處產生了相同的分子離子峰和碎片峰（峰1-12），即具有相同的質譜特征。

圖七 現代茶葉（泡前茶葉、泡后茶渣）和西崗M1樣品GC-MS譜圖

表一 三類樣品同一保留時間處特征離子

茶氨酸是茶葉中主要的游離氨基酸，茶湯的主要呈味物質之一，大量存在于茶樹的新梢芽葉、嫩葉及幼根中，占茶葉干重的0.5%～3.0%，占茶葉氨基酸總量的50%～60%[6]，且極易溶于水，茶湯中浸出率達到80%以上。研究表明茶氨酸在茶葉中的含量與茶的品種、部位以及發酵程度有關，其含量隨發酵程度會不斷減少，這主要是因為發酵過程真菌會分解大量氨基酸包括茶氨酸，導致含量最低，因此也就不難理解本實驗泡后茶渣以及西崗M1出土樣品中茶氨酸含量如此之少甚至沒有[7,8]。

綜合以上紅外光譜、氣相色譜質譜、熱輔助水解甲基化裂解氣相色譜質譜分析結果，可以確定西崗M1:7原始瓷碗中的茶葉樣品為古人煮（泡）過之后留下的茶渣。這是目前世界上首次發現的煮（泡）過的茶葉殘渣，將茶文化起源的實物證據向前推了至少300年，提前到戰國早期偏早階段（公元前453～前410年）。

我國歷史上著名的茶葉產地多集中在長江以南各省的山區，尤其是長江下游東南江浙地區。邾國故城西崗墓地一號戰國墓出土的茶葉有可能來自長江以南越國地區。如果將其與盛放茶葉的原始瓷碗的來源一起考慮，這種可能性將進一步提高：包括盛放茶葉的原始瓷碗在內，該墓出土原始瓷器8件、印紋硬陶器8件，可能都來自浙江北部東苕溪流域越國的窯址。邾國故城西崗墓地一號戰國墓茶葉遺存的發現和確認，為研究茶的早期起源、利用、傳播和在地域文化交流中的作用，以及萬里茶路研究和“申遺”等問題，提供了新材料和新信息。

[1]Lu H , Zhang J , Yang Y , et al. Earliest tea as evidence for one branch of the Silk Road across the Tibetan Plateau[J]. Scientifi c Reports, 2016(1).

[2]山東大學歷史文化學院考古系,鄒城市文物局.山東鄒城市邾國故城西崗墓地一號戰國墓[J].考古,2020(9).

[3]楊群,王怡林.不同發酵茶葉的紅外光譜特征[J].激光與光電子學進展,2010(4).

[4]萬萍.紅外光譜結合模式識別對不同茶類的鑒別[M].合肥:安徽農業大學出版社,2018.

[5]趙曉輝,等.茶葉及其組份的紅外光譜研究[J].光學學報,2009(2).

[6]林偉東,等.茶葉中茶氨酸的研究與利用[J].食品研究與開發,2016(20).

[7]張健,等.不同茶葉中茶氨酸含量的測定比較[J].食品科學,2008(4).

[8]趙璇,等.高效液相色譜法測定漢中茶葉中茶氨酸含量[J].食品安全質量檢測學報,2015(12).