茶叶冲泡过程中，内含成分、农残、重金属等如何进入茶汤之中

　　一片树叶与水相遇，改变了水的味道，从此有了茶。

　　明人张大复在《梅花草堂笔谈》中说：“茶性必发于水，八分之茶，遇十分之水，茶亦十分矣；八分之水，试十分之茶，茶只八分耳”。

　　茶，离不开水的滋润，茶叶的色、香、味等品质是茶叶冲泡过程中内含物质在茶汤中溶解、释放的体现。茶多酚、咖啡碱、茶多糖、氨基酸、茶色素等特征成分溶解于茶汤中，形成茶叶独特的香气与滋味。

　　茶多酚是一类多酚化合物，主要有儿茶素、黄酮和黄酮类、酚酸及缩酚酸等；茶多酚易溶于热水，是构成茶汤品质的基础，一定程度上决定了茶汤的滋味及颜色。咖啡碱呈苦味，但咖啡碱与茶叶中的其他物质在茶汤温度下降后形成络合物，会呈现鲜爽滋味。茶氨酸是茶叶游离氨基酸主要成分，占氨基酸总量50%-60%，具有焦糖香和鲜爽味，增加茶汤甜味和鲜味。

　　茶叶呈香物质主要包括醇类、醛类、酸类、酯类、酮类、萜烯类，尽管呈香物质在茶汤中的溶解度差异较大，但茶叶冲泡过程中，呈香物质的释放通常与时间、水温及冲泡次数等因素密切相关。

　　茶汤既是茶叶特征成分的载体，同时也是茶叶中外源有害物质被人体吸收的主要途径之一。与其他农产品或食品不同，茶叶中外源有害物质在饮茶时并非完全进入人体，只有当有害物质溶解于茶汤后才被人体吸收，从而对人体构成潜在的健康风险。

　　茶叶冲泡条件对内含物质浸出率的影响

　　茶叶中内含物质的浸出是溶质分子(浸出物)在固相(茶叶)与液相(水相)之间的分配，并逐渐达到平衡状态。浸出过程包括：水相进入茶叶固体内并溶解茶叶内含物，随后溶质从茶叶内部液体中扩散而达到茶叶表面，最后溶质从茶叶表面通过液膜扩散而达到外部水相的主体。在此过程中，水温是影响茶叶内含物浸出速度的关键影响因子之一。

　　茶叶冲泡温度不同，内含物在茶汤中的溶解度和溶解速率不同，从而影响茶汤中可溶性成分含量，形成不同口感，影响茶汤品质。研究发现，绿茶冲泡时水温从60℃上升至100℃时，茶多酚、咖啡碱和氨基酸的浸出率均呈上升趋势，浸出率分别提高70.22%、59.30%和46.34%(如下图)。

　　乌龙茶冲泡过程中，随着水温的增加，水浸出物、茶多酚、可溶性糖、游离氨基酸和生物碱均显著增加(见下图)。

　　研究发现，随着水温提高(从80℃上升到100℃)，茶汤颜色发生显著变化，抗氧化能力下降15.5%-36.6%，茶多酚、没食子酸衍生物、黄烷-3-醇、羟基肉桂酸酯、茶黄素、咖啡碱含量分别上升17.2%、30.1%、45.5%、7.5%、18.1%和17.3%。

　　茶叶内含特征物质随着冲泡水温提高，在茶汤中的浸出率增加。水温增加，有助于提高化合物在水中的溶解度以及水对茶叶组织的渗透能力；同时水温提高，加速茶叶组织破坏，增加茶叶组织间的空隙，从而有利于茶叶内含物质的溶出。

　　茶叶中内含物在茶汤中的浸出过程是一个动态平衡过程，但不是简单的溶质分子在水相中快速达到平衡状态，而是溶质分子从固相(茶叶)到液相(茶汤)中溶解、扩散和传质的过程。在这个动态平衡过程中，时间是影响溶质分子在水相(茶汤)中含量的关键因素。

　　研究发现，冲泡时间与茶汤中内含物质浓度呈正相关，与单位时间浸出量呈负相关。冲泡时间越长，茶汤中内含物质浓度越高，但单位时间浸出量降低。茶叶冲泡起始阶段(1-2min)，茶多酚、氨基酸、咖啡碱、水溶性多糖等内含物质迅速溶解于茶汤中，茶汤中内含物质浓度比例与茶叶中内含物质比例相近。当冲泡时间延长时，茶汤中茶多酚、咖啡碱等高含量内质成分浸出浓度高于氨基酸，从而导致酚氨比增大，苦涩味更为明显。

　　水质对茶叶品质的影响包括两方面，一方面水中有机物质和无机物质添加到茶汤中，不与茶叶内含物作用，由于添加物质本身的物理化学属性，从而改变茶汤滋味、汤色和香气等；另一方面，水中有机物或无机物与茶叶内含物质相互作用，产生新的化合物，从而改变茶汤滋味、汤色和香气等品质特征。

　　对茶叶品质及其化学成分影响的水质因子主要包括金属离子、矿物质离子、pH、水中气体分子等。大量研究表明，Ca2+、Fe3+/Fe2+、Al3+等金属离子是影响茶汤品质关键因子之一，其原因是金属离子与茶叶内含物相互作用，形成络合物从而改变茶汤滋味、汤色或香气。由于茶叶富含多酚、氨基酸等弱酸性物质，茶汤具有较强的缓冲能力，pH范围明显窄于饮用水pH范围，因而水中pH对茶叶内含物浸出的影响并不显著。

　　茶叶中农药残留在茶汤中的浸出规律

　　农药残留是茶叶外源污染物，茶树鲜叶吸附农药后，经过茶叶加工渗透到茶叶组织内，或与茶叶内含物质相互作用。农药在茶叶中的分布包括叶表面、组织间和组织内。

　　目前，国内外针对在茶叶中使用的农药进行了浸出规律研究，已查明60种农药在茶汤中的浸出率，包括有机磷农药(15种)、新烟碱类农药(5种)、拟除虫菊酯农药(7种)、苯甲酰脲类(7种)、有机氯类农药(5种)、氨基甲酸酯类(3种)和其他农药(18种)。

　　总体上，新烟碱类农药和氨基甲酸酯类农药浸出率较高，大部分浸出率高于60%。有机氯农药、拟除虫菊酯农药和苯甲酰脲类农药浸出率较低，均低于10.5%，部分浸出率为0。有机磷农药浸出率差异较大，甲胺磷、乙酰甲胺磷和乐果的浸出率高于80%，三唑磷、水胺硫磷、杀扑磷和磷铵浸出率为27%-65%，其他有机磷农药浸出率较低。另外，多菌灵和噻苯唑农药浸出率较高，均高于80%。

　　农药在茶汤中的浸出率取决于农药理化性质(内因)和冲泡方法、茶叶属性及其农药残留量等(外因)。农药的浸出率与水溶解度、辛醇/水比和蒸汽压密切相关，水溶解度越大、辛醇/水比越小、蒸汽压越小，农药浸出率就越大。

　　下图中，19种农药的水溶解度和辛醇/水比与浸出率的关系，农药浸出率随着其在水中的溶解度增加而提高，当在水中的溶解度低于20mg/L时，农药浸出率低于15%；当在水中的溶解度从35mg/L(三唑磷)上升到4100mg/L(噻虫嗪)时，农药浸出率从22.6%上升到90.6%。因此，在水中的溶解度20mg/L可能是农药浸出率的关键参数。

　　农药浸出率与辛醇/水比成负相关，辛醇/水比越低，浸出率就越高。当辛醇/水比从1.52(多菌灵)上升到2.48(水胺硫磷)时，农药浸出率从80%下降到30%。由此可见，辛醇/水比=2可能是农药浸出率的阈值。研究表明，水溶解度低于10mg/L或高于179mg/L时，农药浸出率与水溶解度相关性不显著，农药浸出率分别在1%-4%和大于90%范围；但水溶解度为10-150mg/L时，农药浸出率与水溶解度几乎呈线性上升关系。

　　茶叶冲泡方法，包括水温、冲泡时间和冲泡次数等外因对农药浸出率起到重要影响。浸泡水温升高，有助于提高农药的水溶解度，加大水对茶叶基质的渗透能力，加快农药的溶出速率。因此，冲泡温度升高，农药在茶汤中浸出率显著提升。甲氰菊酯、氯氰菊酯、氰戊菊酯和三氟氯氰菊酯随着冲泡水温度从60℃提高到100℃时，浸出率分别从0.76%、0、0.72%和0上升到5.82%、5.58%、4.87%和3.96%。

　　冲泡时间对农药浸出率的影响取决于农药的溶出速率、挥发速率和其在茶汤中的稳定性。冲泡时间延长会提高农药的浸出率，尤其对于水溶解度低的农药影响更大。在2、5、10、20、30min内，甲氰菊酯、氯氰菊酯、氰戊菊酯和三氟氯氰菊酯在浸泡10min时浸出率最大，比2min时的浸出率提高了6.5倍以上。

　　研究发现随着浸出时间的延长，杀螟硫磷、毒死蜱、乐果、马拉硫磷和乙基嘧啶磷等有机磷农药后期的浸出速率呈下降趋势，在10min下降不明显，但在20min后，杀螟硫磷、毒死蜱、乐果、马拉硫磷和乙基嘧啶磷分别下降了28.5%、35.4%、12.6%、39.8%和39.1%。噻虫嗪和噻虫啉在茶汤中的浸出率随着时间延长而增加，并在20min达到最大值。

　　茶叶一般冲泡2-3次，每次冲泡过程中农药浸出率存在显著差异，一般第一次冲泡农药浸出率大于第二次。研究发现，当农药总浸出率大于20%时(冲泡2次)，第一泡和第二泡农药浸出率比例为(2：1)-(5：1)；当农药总浸出率小于10%时，第一泡和第二泡农药浸出率相当。

　　一般来讲，农药浸出率与茶水比呈负相关，茶水比越大，浸出率越小；但茶水比(g：mL)从1：30上升到1：100时，噻虫嗪和噻虫啉农药浸出率分别从8.8%上升到31.5%和4.8%上升到16.5%。同时，冲泡器具密闭或敞开对茶汤中农药含量有一定影响，与茶杯密闭相比，茶杯无盖时，噻虫嗪和噻虫啉浸出率分别下降3.1%和2.5%。

　　茶叶种类及其残留量对农药浸出率的影响不明显，但茶叶中已唑醇在茶汤中浸出率与其残留量呈正相关，浓度越高，浸出率越大。研究者为了查明茶叶淋洗对农药去除效果，考察了8种农药(乐果、马拉硫磷、啶虫脒、吡虫啉、噻虫嗪、联苯菊酯、氯氰菊酯和氰戊菊酯)在不同时间(5、10、20、30s)内在绿茶、红茶和乌龙茶中的浸出规律。

　　结果表明，在5-30s，乐果、马拉硫磷、啶虫脒、吡虫啉、噻虫嗪等5种农药在绿茶中的浸出率分别为10.8%-16.7%、8.4%-12.6%、7.1%-13.3%、7.8%-10.5%和3.8%-5.6%，红茶浸出率结果与绿茶相近，但乌龙茶中5种农药浸出率与绿茶、红茶不一致，农药浸出率与冲泡时间关系不显著；由此推测，茶叶饮用前，沸水洗茶弃去后重新泡茶，可以减少水溶解度较高的农药对人体的暴露水平。

　　茶叶中金属元素与氟在茶汤中的溶解规律

　　金属元素与氟作为茶叶外源污染物之一，主要通过土壤-根系或大气-茶树鲜叶之间的吸附、转化与累积作用，导致不同化学形态的金属元素与氟在茶树新梢中累积。因此，与茶叶内含物和农药在茶汤中的浸出规律不同，影响金属元素或氟在茶汤中的浸出率内因主要是金属元素或氟的存在形态，而不仅是无机态金属元素或氟的溶解度。

　　研究者调查了19个中国生产的茶叶样品中氟含量及其存在形态，结果表明，茶叶中氟主要以无机氟离子存在，有机氟仅有0.023%-0.41%，且50%-99%的氟化物是短链化合物，碳原子的数量不多于6，而大部分有机氟尚未鉴定出是何种化合物。

　　金属元素(重金属)与氟在茶汤中的浸出率差异非常大，总体来看，氟在茶汤中的浸出率较高，达到60%-98.8%，其次是镍(51.13%-82.4%)和钴(31.04%-74.48%)。茶汤中氟含量差异较大，浸出率分布范围也非常广。铅的浸出率分布范围很广，达到1.17%-49.76%，其主要原因除了茶叶中铅含量差异、分析方法差异等因素外，铅在茶叶中的化学形态也是导致浸出率差异极大的主要原因之一。

　　研究发现，茶叶中各元素在不同温度冲泡下，浸出率差异较大。其中As、Cd、Mn、Ni、Pb、Ti和Zn的浸出率随温度升高而增加，Cu呈下降趋势，而Cr和Fe变化不大。冲泡时间对茶中金属元素(重金属)的浸出率提取有着显著影响。

　　研究表明，碧螺春、金骏眉和铁观音中Cu和Zn在3、5、7、10min内浸出率几乎呈倍数增加，但10min后(10-120min)浸出率呈平稳水平。Miri等研究发现，冲泡时间在5、10min和15min时，肯尼亚红茶、绿茶、伊朗茶中氟的浸出率随冲泡时间延长而增加，以绿茶为例，5、10、15min冲泡后，茶汤中氟含量分别为1.35、1.80、1.98mg/L，10min后分别提高了33.3%和46.7%。

　　冲泡次数对乌龙茶中氟的浸出量影响呈先升后降的趋势，第二泡中氟的浸出量最高，而第一泡和第三泡中氟的含量相当。但在紧压茶中，铅的浸出率随着冲泡次数增加而显著降低，在第一泡、第二泡和第三泡中铅的浸出率分别为15.9%、5.4%和2.0%。

　　茶水比的提高，有助于增大铅在茶汤中的浸出率。金属元素与氟在茶汤中浸出规律相对复杂，浸出率不仅与金属元素的理化性质相关，而且与金属元素在茶叶组织中的位置、金属元素的形态与价态相关。总体来看，氟、镍、钴在茶汤中浸出率较高，达到50%以上，铅的浸出率在20%-50%。

　　茶汤是茶叶农药残留、重金属等外源污染物暴露人体最主要的途径之一，其浸出率是评价外源有害物质安全性的关键参数。

　　最关键的还是茶叶种植、茶叶加工、流通等环节关于都能严格按照相关国家标准去执行，茶友们选择茶叶时，尽量选择资质齐全的茶叶，目前整体的茶叶质量还是可以信任的。

　　原文来源：《茶叶内含物质与外源污染物在冲泡过程中的浸出规律》

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