折光儀快速測定茶葉中水浸出物含量的研究

2025-11-11 00:00:00段聯勃柯順川符海霞曹士先徐杰

中國茶葉 2025年10期

自古以來茶葉在我國有著非常重要的經濟地位，近年來，其健康屬性進一步得到人們的認同。在追求健康飲品的同時，人們對茶葉品質的追求已經不僅限于口感，更注重其內含成分的量化指標一水浸出物。茶葉中的水浸出物是指在一定條件下，用沸水浸出茶葉中的水可溶性物質（茶多酚、氨基酸、咖啡堿等的總和），其含量多少直接影響茶湯的色、香、味，對茶葉感官品質起著重要的作用，是衡量茶葉品質優良程度的重要參考指標[14]。

現行的茶葉中水浸出物含量的檢測方法參考國家標準《茶水浸出物測定》（GB/T8305—2013）{5]（以下簡稱“國標法”），其原理是：通過沸水回流的方式，提取茶葉中的水可溶性物質，再經過濾、沖洗、干燥、稱量浸提后的茶渣，計算出水浸出物的含量。該方法為防止烘Ⅲ濾紙上水分對結果的影響，需要事先烘干濾紙，歷時約1h；為確保烘干茶渣中水分，需要長時間反復烘，歷時約 3h ；整個檢測過程需要6h左右。檢測用時較長，效率相對較低。為保證結果的準確性，過程需要確保烘皿恒重及茶渣烘干至恒重；同時在抽濾結束后需要將緊緊吸附在抽濾裝置上的濾紙連同茶渣轉移至烘血，該過程容易出現濾紙破損及茶渣遺漏的情況。這些都對操作者有較高的操作技能要求。為此，一直有學者研究如何快速、準確地測定茶葉中水浸出物含量。

現階段公開的文獻中，就出現了很多使用不同檢測設備或不同檢測原理檢測茶葉水浸出物的研究。如閆剛等采用全量法測定普洱茶加工過程中水浸出物的變化；吳瑞等使用紫外光譜技術測定紅茶中水浸出物含量；劉曉莎等利用核磁共振（NMR）波譜分析技術測定水浸出物含量以探索鐵觀音的最佳沖泡條件；近紅外技術被用于烏龍茶和小種紅茶水浸出物的測定[9-10]；有的學者則使用TDS計測定茶湯濃度，用于研究茶湯濃度與感官品質的關系[1-12]；此外，也有利用百利度（Brix）測定茶葉可溶性固形物的研究[13]。以上研究中，有的耗時長；有的設備昂貴；有的缺乏準確的參考量，并沒有準確測定出茶葉中的水浸出物含量。

本研究將傳統方法中通過茶葉樣品的損失量來計算浸人沸水中的物質含量轉變為直接測定沸水浸提液中的水溶性物質的含量，以抽濾后濾液為檢測對象，利用水可溶性物質質量濃度與折光率成正比的原理，采用折光儀直接對浸入沸水中的水溶性物質質量濃度進行測定，從而計算出茶葉中的水浸出物含量。該方法具有操作簡單、速度快的特點，可應用于快速檢測茶葉中水浸出物的含量。

1材料與方法

1.1主要儀器設備

微型植物粉碎機，FZ102型，購自天津泰斯特儀器有限公司；電子天平，AL104型，購自梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；數顯恒溫水浴鍋，HH-6型，購自國華（常州）儀器制造有限公司；循環水式真空泵，SHZ-D（III）型，購自鄭州豫華儀器制造有限公司；電熱恒溫鼓風干燥箱，DHG-9070B型，購自上海申賢恒溫設備廠；超純水機，UPT-II-20T型，購自成都超純科技有限公司；全自動臺式折光儀，RX-5000i型，購自廣州市愛宕科學儀器有限公司。

1.2主要材料與試劑

純水：由實驗室超純水機制備；定性快速濾紙： 15cm ；試驗樣品：為日常檢樣隨機進行測量，品類主要包括綠茶、白茶、烏龍茶、紅茶，水浸出物含量范圍 28%～45% ，由提供。

1.3樣品檢測方法

折光儀快速測定茶葉中水浸出物含量步驟：提取 - 過濾 - 沖洗 - 定容-（擬合曲線/k值確定）- 測定。

試樣制備：茶葉樣品粉碎，過 2mm 孔徑樣篩備用。

測定步驟：稱 2g （準確至 0.001g ）茶粉試樣于 500mL 錐形瓶中，加入煮沸的純水 300mL 后，立即移入沸水浴中浸提 45min （每隔 10min 搖動1次）。浸提完立即趁熱減壓過濾。用煮沸的純水約150mL 分多次洗滌茶渣（擬合曲線/k值確定：需同時將茶渣連同濾紙按國標法進行處理，計算水浸出物含量作為理論真值），將所有濾液轉移至500mL 容量瓶中冷卻至室溫，用純水定容至 500mL 搖勻待折光儀測定折光率。同時對純水進行折光率測定作為浸出質量濃度零點。

折光儀參數：采用 589nm 濾光片，測量溫度設定為 20^°C ，折光率（nD） 1.324200～1.580000 0

1.4濾液中水溶性物質質量濃度的確定

用國標法測定茶葉樣品中水浸出物含量為理論真值，從而可以通過計算得到水溶性物質的具體質量，這些物質全部隨濾液定容在 500mL 體積中，通過計算便可確定濾液中的水溶性物質質量濃度。

水溶性物質質量濃度 Ψ=Ψ （試樣質量 × 試樣干物質含量 × 水浸出物含量）/定容體積

式中：水溶性物質質量濃度為經浸提定容后，濾液中水溶性物質的質量濃度， g/L ；水浸出物含量為茶葉中水溶性物質的質量分數， 0% ；試樣質量為稱取茶葉樣品的質量，g；試樣干物質含量為試樣扣除水分的質量分數， 0% ；定容體積為最終濾液定容的體積，L。

1.5擬合曲線法

建立線性模型：以國標法測定25個不同水浸出物含量的樣品結果為理論真值，根據水浸出物含量計算公式計算定容后茶葉濾液中的水溶性物質質量濃度，同時進行折光率測定。通過ExceL擬合出折光率與茶葉水溶性物質的線性方程。

樣品測定：將待測液通過折光儀進行折光率測定后，代入擬合的線性方程得出水溶性物質質量濃度，再根據公式得出茶葉的水浸出物含量。

水浸出物含量 Σ=Σ （水溶性物質質量濃度 × 定容體積）／（試樣質量 × 試樣干物質含量） ×100%

式中：水浸出物含量為茶葉中水溶性物質的質量分數， 0% ；水溶性物質質量濃度為經浸提定容后，濾液中水溶性物質的質量濃度，g/L；定容體積為最終濾液定容的體積，L；試樣質量為稱取茶葉樣品的質量，g；試樣干物質含量為試樣扣除水分的質量分數， 0% 。

1.6k 值法

k值確定：質量濃度與折光率之間的關系可簡單地用阿貝定律來表示（即： n=n₀+kC），其中 n 為液體的折光率； n₀ 為純溶劑的折光率； C 為水溶性物質質量濃度， g/mL ; Δk 為溶液體系常數， mL/g 則 k=（n-n₀）/C 以國標法測定樣品結果為理論真值，計算定容后茶葉濾液中的水溶性物質質量濃度，同時進行折光率測定。收集100組樣品數據，經阿貝定律確定茶葉濾液體系k常數。

樣品測定：將待測液通過折光儀進行折光率測定后，根據 C=（n-n₀）/κ 計算出水溶性物質質量濃度，再根據水浸出物含量公式得出茶葉的水浸出物含量。

1.7方法驗證

以國標法為標準對照，同時使用擬合曲線法和k值法對30組茶葉樣品進行水浸出物含量測定，通過計算兩種測定方法結果與標準對照方法結果的配對差值標準差，計算檢驗統計量t來驗證方法間是否具有顯著差異。

2結果與分析

2.1擬合曲線法

參照國標法測定25個不同茶葉樣品的水浸出物含量，同時將濾液準確定容至 500mL ，計算定容濾液中的水溶性物質質量濃度，同時進行折光率測定。將測得折光率與定容濾液中的水溶性物質質量濃度進行線性擬合，如圖1所示，兩者之間具有良好的線性相關性，相關系數為0.9976，線性方程為： y=5305.6x-7072.3 。

圖1水溶性物質含量與折光率線性擬合圖

利用以上線性方程，進行30組未知茶葉樣品的水浸出物含量測定（A），同時進行國標法測定（B）作為對照，測定數據見表1，計算兩種方法結果的配對差值（A－B）及配對差值標準差（S_d），計算得到的檢驗統計量t值為0.691，其絕對值小于 t_0.95（29）=1.699 ，說明在 95% 的置信水平兩種方法間不存在顯著差異。擬合曲線法可以用于茶葉中水浸出物含量的檢測。

2.2k 值法

以國標法測定收集100組水浸出物含量數據，同時將濾液定容并計算其濾液中水溶性物質含量，測定定容液折光率，根據 k=（n-n₀）/C 計算100組茶葉濾液體系k值，經計算 k 平均值為0.187，變異系數為 2.4% （表2），測量數據離散性較小，可用均值0.187近似代替茶葉濾液體系k常數使用。

根據以上確定的k值，測定30組未知茶葉樣品的水浸出物濾液的折光率，計算出濾液中水溶性物質含量，進而計算茶葉中水浸出物含量（D），同時進行國標法測定作為對照（B），測定結果見表3。計算兩種方法結果的配對差值標準差，計算得到的檢驗統計量t值為0.026，其絕對值小于t_0.95（29）=1.699 ，說明在 95% 的置信水平兩種方法間不存在顯著差異。k值法可以用于茶葉中水浸出物含量的檢測。

3小結與討論

本文在傳統方法的基礎上，利用折光儀探索研究了兩種快速測量茶葉中水浸出物的方法，結果顯示，在實驗條件下，擬合曲線法與k值法測定茶葉中水浸出物含量的結果與國標法測定的結果沒有顯著差異。擬合曲線法與k值法將傳統方法中通過計算茶葉樣品的損失量來確定浸人沸水中的物質含量轉變為直接測定沸水浸提液中的水溶性物質的含量，整個檢測過程在 3h 內完成，檢測時間縮短了 50% ，節約了實驗的時間成本；同時利用相對成熟的折光技術代替反復稱量的操作過程，大大降低了對檢測人員技能的要求，具有較好的應用前景。

表1擬合曲線法與國標法測定水浸出物含量結果