电感耦合等离子体发射光谱法测定黑茶元素溶出特性

董海胜， 臧 鹏， 张淑静， 陈 朴

（中国航天员科研训练中心航天营养与食品工程重点实验室，北京 100094）

摘 要：黑茶是采用茶叶为原料经杀青、初揉、渥堆及干燥等工序加工而成的后发酵茶，富含K、Ca、Mg、Zn等多种有益元素，是航天飞行过程中乘组补充多种元素的优良食材。为考察黑茶浸泡过程中元素溶出特性，分别对黑茶元素含量及泡茶水中相应元素进行测定。采用密闭高压微波消解法进行样品消化，避免了消化过程中元素的损失。采用电感耦合等离子体发射光谱法同时测定了黑茶中K、Mg、Al、Mn、Zn、Fe及Ca元素的含量。采用去离子水模拟泡茶程序，梯度浸泡5次，分别取茶水，基质匹配后上机测定。实验结果表明，方法回收率在96.4%～106.7%，首次浸泡茶水中K、Mg、Al、Mn、Zn、Fe及Ca溶出量占相应元素含量的百分比依次为45.35%，6.23%，2.16%，1.68%，7.8%，2.0%及0.4%，Ca溶出率最低，浸泡茶水中K、Mg、Al、Mn元素溶出率与浸泡次数呈指数关系，溶出方程分别为y=105.75e-0.8743x，y=9.949 3e-0.9695x，y=6.335 8e-1.4065x及y= 4.247 7e-1.3394x，相关系数R2分别为0.986，0.928 3，0.950 7及0.926。

关键词：电感耦合等离子体发射光谱法；黑茶；溶出；元素

载人航天工程实践证实，乘组在轨飞行过程中消化系统发生适应性生理变化，飞行初期肠胃功能较弱，进食饮水量下降，配置具有消食除腻功能的饮品是促进乘组进食量的有效措施之一。黑茶是中国特有的茶类，具有很强的消食去腻功效，主要品种有湖南安化黑茶、四川边茶、云南普洱茶、广西六堡茶等。黑茶在其加工过程中，经过长时间渥堆发酵工艺，在曲霉、青霉、冠突散囊菌等大量微生物作用下，其分泌的淀粉酶、果胶酶、纤维素酶等酶系参与茶叶内物质的转化，产生特殊色香味品质，苦涩味减轻，滋味变得醇和；茶叶中的大分子糖类物质、蛋白质等分解成为呈现茶汤“甘滑”、“厚重”味感的主要成分如可溶性糖、氨基酸、水溶性果胶等［1-2］。

黑茶富含多种元素，其中K、Ca、Mg、Mn、Zn对航天飞行乘组营养健康具有有益的作用。茶叶水溶出物是指茶叶中能溶于热水的物质，其高低反应了茶叶中可溶性物质的含量、茶汤滋味、营养品质等，与茶叶的汤色、滋味密切相关，在一定程度上反映茶叶品质的优劣。近年来关于黑茶水溶出物的研究主要集中在茶多酚、茶红素、茶褐素、氨基酸、咖啡碱及糖类物质［3-4］，关于黑茶水溶出物中元素含量鲜见报道。本文对黑茶元素的水溶出特性进行了测定分析，以期为黑茶的生产加工质量控制、保健功能及其在航天中的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

XH-800B型高压密闭微波消解仪，北京祥鹄科技有限公司；Agilent 725-ES型电感耦合等离子体发射光谱仪，美国安捷伦科技公司；高速粉碎机，北京环亚天元机械设备有限公司。

标准储备液：Al、Ca、Fe、K、Mg、Mn及Zn等元素的标准储备液均为1 000 mg·L-1；40目试验筛；高纯氩气纯度≥99.999%，北京普莱克斯气体有限公司；硝酸、过氧化氢，均为优级纯（GR）；超纯水，韩国。

1.2 黑茶元素测定

将黑茶20 g左右粉碎过40目试验筛，精确称取有代表性的样品0.5 g，置于聚四氟乙烯消化罐底部，依次加入10 mL硝酸、1 mL过氧化氢，敞开常温常压预消解30 min。预消解结束后，放入密闭微波消解仪内进行消解并冷却，参数设置见表1。将澄清透明的消解液转移到100 mL容量瓶中，并用超纯水清洗3次以上，一并转移至容量瓶中，基质匹配、定容，混匀待测。

1.3 黑茶水溶出液元素测定

取黑茶8 g，按1∶50（茶叶干重∶水）的比例用热水冲泡，浸泡20 min，取滤液基质匹配、定容待测。按上述步骤依次再冲泡4次。处理重复二次。

1.4 仪器工作条件

仪器的工作条件参考设备使用说明书及文献方法［5］，见表2及表3。

表1 微波消解程序
Tab.1 Microwave digestion procedure

消解程序功率/W升温时间/ min温度/℃持续时间/ min 1 51205 20～1 000自动调节214010 3 216010

表2 电感耦合等离子体原子发射光谱仪工作参数
Tab.2 Working parameters of inductively coupled plasma atomic emission spectrometer

参数设置值参数设置值功率/kW1.2等离子体气/（L·min-1）15雾化气压力/kPa200辅助气/（L·min-1）1.5泵速/（r·min-1）15一次读数时间/s5读数/次3进样延时/s30稳定延时/s15

表3 元素分析谱线
Tab.3 Elemental analysis

元素AlMgCaMnFeKZn λ/nm396.152280.270317.933257.610238.204766.491213.857

1.5 标准工作曲线

混合标准溶液：取1000 mg·L-1Fe、Mg、Mn、Zn、Ca、K、Al单标各5 mL至100 mL容量瓶中，定容混匀得到混合标准溶液S。取混合标准溶液S分别以5倍梯度稀释，溶剂介质为硝酸溶液（1∶9），得到6个质量浓度梯度标准溶液。以溶剂为空白。测定标准溶液溶剂空白的强度后，按由低到高顺序分别测定混合标准溶液，根据净光强度和对应的元素质量浓度绘制标准工作曲线。

1.6 方法

空白溶液重复测定7次，计算标准偏差SD。方法检出限DL=3×SD。测定黑茶消解溶液中各被测元素的光谱强度，依据校准曲线计算出各被测元素的质量浓度；回收率测定按参考文献［6］方法进行。

1.7 样品元素含量计算

黑茶中元素的含量以质量分数Xi表示，按式（1）计算：式（1）中，Xi为试样中元素的质量分数，mg·kg-1；Ci为试样溶液中被测元素的质量浓度，mg·L-1；Ci0为空白溶液中被测元素的质量浓度，mg·L-1；V为试样溶液中定容体积，L；m为试样的质量，g。

2 结果与分析

2.1 标准工作曲线及方法性能评价

采用高压密闭微波消解处理黑茶，得到澄清消解液，消解液定容基质匹配后上电感耦合等离子体发射光谱测定，Al、Ca、Fe、K、Mg、Mn及Zn等7种微量元素质量浓度与净光强度呈良好的线性关系，工作曲线相关系数均大于0.995，满足定量分析要求。不同元素检出限及回收率满足分析要求（见表4）。

2.2 黑茶中7种元素溶出特性

采用微波消解结合电感耦合等离子体发射光谱法分析黑茶中元素的含量，结果见表5，供试黑茶中对人体有益的金属元素K、Ca、Mg、Mn、Fe、Zn含量丰富，Al元素含量亦较高。茶树（Camellia sinensis L.）是一种Al积累型植物，研究表明，适量Al有利于提高茶叶茶多酚、咖啡碱、黄酮、可溶性总糖和氨基酸的含量，促进茶树对Al和Fe的吸收和积累，提高茶叶中的化学品质成分。此外，Al和Ca可调控茶叶活性成分含量和茶树体微量元素的吸收。但是，作为日常生活中大量消费的茶叶中Al含量过高，不利于人体健康，Al元素在大脑中沉积是导致老年痴呆症的重要原因。茶叶微量元素含量是茶叶品质指标之一，是衡量茶叶质量优劣的关键特征，其中茶叶中Zn、Fe等微量元素含量为国际上公认的具体评价指标［7-8］。黑茶元素首次浸泡溶出率由高到低为K、Mg、Zn、Al、Fe、Mn及Ca。Mg、Al、Mn、K金属元素溶出率随浸泡次数成指数关系，见图1～图4。

表4 各元素标准工作曲线及相关系数
Tab.4 Standard curves and correlation coefficients of elements

序号元素λ/nm标准工作曲线相关系数R检出限/（mg·L-1）回收率/% 1 Al396.152y=2 716.7x -178.80.998 30.10100.6 2 Ca317.933y=116 107.6x+52 455.50.995 40.1296.9 3 Fe259.940y=693.4x+10.40.997 90.05106.7 4 K 766.491y=497.3x+96.90.999 30.2098.1 5 Mg280.270y=14 823.6x+438.20.997 80.0596.4 6 Mn257.610y=4 029.5x+58.90.998 40.03105.3 7 Zn213.857y=1 433.8x +75.50.998 90.02100.7

表5 黑茶中7种元素含量
Tab.5 7 kinds of elements contents in black tea

溶出率为溶出量占各元素总量的百分比，%

元素AlCaFeKMgMnZn质量比/（mg·kg-1）657.33 843.975.013 768.51 892.7509.831.9首次溶出率/%2.160.42.045.356.231.687.8第二次溶出率/%0.28——20.570.990.200.06第三次溶出率/%0.06——5.790.330.05—第四次溶出率/%0.03——3.610.230.03—第五次溶出率/%0.01——1.370.100.004—

图1 K溶出率随浸泡次数的关系
Fig.1 Correlation between dissolving-out rate and soaking times for K

图2 Mg溶出率随浸泡次数的关系
Fig.2 Correlation between dissolving-out rate and soaking times for Mg

图3 Al溶出率随浸泡次数的关系
Fig.3 Correlation between dissolving-out rate and soaking times for Al

图4 Mn溶出率随浸泡次数的关系
Fig.4 Correlation between dissolving-out rate and soaking times for Mn

K的体内平衡与肌肉损失有关，肌肉损伤和丢失引起尿钾水平升高，长期航天飞行失重条件下机体肌肉萎缩，有必要增加K摄入量以保持肌肉质量和抑制肌肉萎缩［9］；地面头低位卧床模拟失重试验结果表明，卧床志愿者粪Zn排出量增加，出现负Zn平衡，失重下Zn丢失与肌肉和骨降解有关，因此，应满足Zn的膳食供给量需求，以促进骨骼和肌肉健康［10］；Mn作为一种金属酶的组成部分参与体内各种生理活动，包括碳水化合物的合成和抗氧化活性，航天飞行过程中高能粒子暴露使航天员处于较高的氧化应激状态，长期飞行后航天员体内的脂质过氧化物明显增多，这些发现支持给航天员补充足够的膳食Mn［11］。由表5可见，黑茶K、Mg、Zn首次浸出率较高，此3种元素都有利于促进飞行乘组机体营养健康。

3 结 论

研究表明，黑茶中含有多种人体必需的宏量元素和微量元素，一价元素K容易溶出，而Mg、Al、Mn、Zn、Fe、Ca等多价金属元素溶出率较低。Mg、Al、Mn、K金属元素溶出率与浸泡次数成指数关系，相关系数均达到0.9以上。由于黑茶中元素含量受多种因素影响，如品种、采收时间、采收部位、加工方法、冲泡方法等，不同来源的黑茶元素溶出特性尚需做专门研究。本研究为黑茶生产加工、冲泡饮用及其在航天中的应用提供了数据积累。

参考文献：

［1］陈应娟，齐桂年，陈盛相，等.四川黑茶加工过程中感官品质和化学成分的变化［J］.食品科学，2012，33（2）：355-357.

［2］吴朝比，黄建安，刘仲华，等.黑茶调节高脂血症作用及机理研究进展［J］.食品科学，2011，32（19）：307.

［3］朱艳霞，骆翔，赵东平，等.黄芩、黄芩茶及其水溶液中矿质元素含量分析［J］.光谱学与光谱分析，2011，31（11）：3112-3114.

［4］赵立艳，曹婵月，陈贵堂，等.ICP-AES法测定两个等级的三种绿茶中九种矿物质元素含量［J］.光谱学与光谱分析，2011，31（4）：1119-1121.

［5］戴吉领，范志飞，曹明蓉，等.茶水中矿质元素的ICPAES分析［J］.食品与发酵科技，2012，48（2）：290-292.

［6］董海胜，臧鹏，王妮，等.电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）法快速测定茶叶籽中多种元素［J］.食品安全质量检测学报，2014，5（1）：265-268.

［7］段小华，胡小飞，邓泽元，等.茶叶主要化学品质指标和茶树体部分微量元素的钙铝调控效应［J］.西北植物学报，2012，32（5）：988-994.

［8］李清光，李晓钟，钟芳.基于矿质元素含量和支持向量机的茶叶鉴别分析［J］.江苏大学学报：自然科学版，2011，32（6）：636-639.

［9］Smith S M，Krauts J M，et al.Regulation of body fluid volume and electrolyte concentrations in spaceflight［J］. Advances in Space Biology and Medicine，1997（6）：123-165.

［10］Yamaguchi M，Sakurai T，Hoshi T.Simulated weightlessness and bone metabolism：evidence for direct gravitational effect and related insulin action［J］.Res Exp Med，1991，191：273-280.

［11］Musacchia X J，Steffen J M，Fell R D，et al.Skeletal muscle response to spaceflight whole body suspension and recovery in rat［J］.J Appl Physiol，1990，69：2248-2253.

Determination of Dissolving-out Characteristics of Black Tea Elements by Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry

DONG Haisheng， ZANG Peng， ZHANG Shujing， CHEN Pu
（Key Laboratory of Space Nutrition and Food Engineering，China Astronaut Research and Training Center，Beijing 100094，China）

Abstract：Black tea is produced by successive procedure such as cranking up of raw material，first rubbing，fermenting，and drying processes，which is rich in a variety of minerals，such as K，Ca，Mg，and Zn.Black tea is benefit for astronauts.In order to investigate the dissolving-out characteristics of black tea，elements of black tea powder and black tea soup were analyzed.The closed high-pressure microwave digestion method was used for sample digestion to avoid the loss of elements during the digestion procedure.The concentration of seven minerals including K，Mg，Al，Mn，Zn，Fe，and Ca were measured by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry（ICP-OES）.The tea soup was made using deionized water for 5 times.The results showed that the method recoveries ranged from 96.4%to 106.7% and the dissolving-out yields of K，Mg，Al，Mn，Zn，Fe，and Ca were 45.35%，6.23%，2.16%，1.68%，7.8%，2.0%，and 0.4%respectively，in the first tea soup.There was an exponential relationship between the dissolving-out yields of K，Mg，Al，and Mn and soaking times.The exponential relationship equations between the dissolving-out rate for K，Mg，Al，and Mn in black tea and soak times were y=105.75e-0.8743x，y=9.949 3e-0.9695x，y=6.335 8e-1.4065x，and y=4.247 7e-1.3394x，respectively.The correlation coefficients were 0.986，0.928 3，0.950 7，and 0.926，respectively.

Key words：inductively coupled plasma atomic emission spectrometry；black tea；dissolving-out；elements

（责任编辑：檀彩莲）

中图分类号：TS272.5；TS272.7

文献标志码：A

doi：10.3969/j.issn.2095-6002.2015.02.005

文章编号：2095-6002（2015）02-0024-05

引用格式：董海胜，臧鹏，张淑静，等.电感耦合等离子体发射光谱法测定黑茶元素溶出特性［J］.食品科学技术学报，2015，33（2）：24-28.

DONG Haisheng，ZANG Peng，ZHANG Shujing，et al.Determination of dissolving-out characteristics of black tea elements by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry［J］.Journal of Food Science and Technology，2015，33（2）：24-28.

收稿日期：2015-02-28

基金项目：国家自然科学基金资助项目（31101251）。

作者简介：董海胜，男，助理研究员，硕士，主要从事航天营养与食品工程研究。