一种利用电感耦合等离子体质谱进行茶叶产地溯源的方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用电感耦合等离子体质谱进行茶叶产地溯源的方法，包括：步骤一、分别测定来源于不同产地的多种已知品种的多个茶叶样品中的多种矿质元素的含量，取该多种矿质元素含量的数值进行聚类分析，并做出聚类树状图，使相同品种的茶叶样品聚为一个分支；以及，步骤二、测定待鉴定茶叶样品的多种矿质元素的含量，取其多种矿质元素含量的数值和步骤一中的茶叶样品的矿质元素含量的数值共同进行聚类分析，并作出又一个聚类树状图，若待鉴定茶叶样品的距离值落在某一已知品种的茶叶样品的分支内，则判断出待鉴定茶叶品种的产地与其落入的某一已知品种的茶叶样品的产地相同。该方法简单、快速，能高效、准确的检测出茶叶的产地。
【专利说明】一种利用电感耦合等离子体质谱进行茶叶产地溯源的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及茶叶特别是绿茶产地溯源分析【技术领域】，特别涉及一种利用电感耦合 等离子体质谱进行茶叶产地溯源的方法，本发明通过测定绿茶中的矿物质元素，并用绿茶 中矿质元素的含量进行绿茶产地溯源。
【背景技术】
[0002] 茶叶是我国重要的经济作物，但目前我国市场上茶叶商品质量混乱以假充真、以 次充好的现象普遍存在。茶叶产地的溯源对保护原产地域产品和消费者权益，市场的规范 运作，帮助我国茶叶走向国际市场都具有积极意义。茶中除含有茶多酚、咖啡碱、维生素等 有机成分外，还含有多种矿质元素，其中包括常量元素如K、Ca、Mg等，微量元素如Fe、Zn、Cu 等。这些矿质元素的含量对判定茶叶产地有着重要意义。植物的生长离不开其所在的生长 环境，如植物生长环境中的水、大气或土壤都会影响植物中矿质元素的含量。植物主要从土 壤中吸收矿质元素，来源于不同产地的茶叶在矿质元素的含量上存在差异，因此，矿质元素 的含量的研宄对于茶叶产地和质量的判别具有重要的意义。
[0003] 电感耦合等离子体质谱起初主要用于葡萄酒、蜂蜜、橄榄油、茶叶、咖啡、果汁等植 物源性食品的产地溯源，目前的研宄已扩展到葱、大蒜、番茄、苦荞、小麦等食品。Anderson 等报道了印度尼西亚、东非和美国中部和南部咖啡豆的矿物元素分布，提出矿物元素可用 于咖啡豆的产地溯源。Benincasa等使用电感親合等离子体质谱测定橄榄油中的矿物元素 含量，线性判别分析可成功区分橄榄油的原产地。马威等采用ICP-MS、原子荧光和原子吸 收光谱仪检测我国葱样本的矿物元素含量，发现不同地域来源样本的矿物元素含量差异明 显，利用Fisher判别模型能够判定葱的产地来源。利用矿物元素对食品产地溯源的研宄表 明，不同种类食品所选用的溯源指标有其各自的特点。对于葡萄酒，研宄认为Mn、K、Fe、Ca、 Cr、Mg、Zn和Cd元素是用于其产地溯源的有效元素；在果汁方面，Rb、Co、Na、Ca、B、K、Sr、 Cu、Fe、Mg、Mn和Zn元素是比较好的溯源指标；蜂蜜多利用Ca、Zn、Cu、Mn、Fe、Pb、Ni、Cr、 Cd、A1和Se元素进行原产地判别。这可能由于不同种类植物对矿物元素的累积效应不同 所致。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是填补现有技术的不足，提供一种利用电感耦合等离子 体质谱进行茶叶产地溯源的方法。
[0005] 本发明要解决的另一技术问题是提供该方法在茶叶产地溯源的广泛应用，为茶叶 质量控制具有重要的指导意义。
[0006] 本发明提供的技术方案为：
[0007] -种利用电感耦合等离子体质谱进行茶叶产地溯源的方法，包括：
[0008] 步骤一、分别测定来源于不同产地的多种已知品种的多个茶叶样品中的多种矿质 元素的含量，取该多种矿质元素含量的数值进行聚类分析，并做出聚类树状图，使相同品种 的茶叶样品聚为一个分支；以及，
[0009] 步骤二、测定待鉴定茶叶样品的多种矿质元素的含量，取其多种矿质元素含量的 数值和所述步骤一中的茶叶样品的矿质元素含量的数值共同进行所述聚类分析，并作出 又一个聚类树状图，若所述待鉴定茶叶样品的距离值落在某一已知品种的茶叶样品的分支 内，则判断出所述待鉴定茶叶品种的产地与其落入的所述某一已知品种的茶叶样品的产地 相同。
[0010] 优选的是，所述利用电感耦合等离子体质谱进行茶叶产地溯源的方法中，利用电 感耦合等离子体质谱方法测定所述步骤一和所述步骤二中的茶叶样品的多种矿质元素的 含量。
[0011] 优选的是，所述利用电感耦合等离子体质谱进行茶叶产地溯源的方法中，所述多 种矿质元素包括：Mg、Al、Ca、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ba、Se和Pb。
[0012] 优选的是，所述利用电感耦合等离子体质谱进行茶叶产地溯源的方法中，每种茶 叶样品包括5种来自于同一产地的不同种植区的茶叶。
[0013] 优选的是，所述利用电感耦合等离子体质谱进行茶叶产地溯源的方法中，所述步 骤一和步骤二中，将该多种矿质元素含量的数值进行聚类分析，并做出聚类树状图的具体 过程包括：(A)将各个茶叶样品的各个矿质元素进行标准化预处理；(B)使用SPSS软件采 用组间平均链锁法和欧式距离平方测量方法得到多种茶叶品种的聚类树状图。
[0014] 优选的是，所述利用电感耦合等离子体质谱进行茶叶产地溯源的方法中，在所述 步骤二中，若所述待鉴定茶叶的距离值未落在某一已知品种的茶叶样品的分支内，则进入 步骤三，所述步骤三包括：（3. 1)对已知品种的茶叶样品的多种矿质元素进行主成分分析， 得到每种品种的茶叶样品中的各矿质元素的特征向量和其各主成分的权重；(3. 2)对待鉴 定茶叶样品的多种矿质元素进行主成分分析，得到待鉴定茶叶样品中各矿质元素的特征向 量和其各主成分的权重；（3. 3) -一比较步骤（3.2)中的待鉴定茶叶样品中各矿质元素的 特征向量的数值和步骤（3.1)中的得到每种品种的茶叶样品中的各矿质元素的特征向量 的数值得到特征向量的数值差，并且一一比较步骤（3.2)中的待鉴定茶叶样品各主成分的 权重的数值和步骤（3. 1)中的得到每种品种的茶叶样品中各主成分的权重的数值得到主 成分的权重的数值差，若计算出某一已知品种的茶叶样品的该特征向量的数值差和该主成 分的权重的数值差的绝对值最小，则判断待鉴定茶叶样品与该某一品种的茶叶样品的产地 相同。
[0015] 优选的是，所述利用电感耦合等离子体质谱进行茶叶产地溯源的方法中，所述步 骤一和步骤二中，利用电感耦合等离子体质谱方法测定茶叶样品的多种矿质元素的含量的 具体过程包括：（1)微波消解处理样品：取粉碎均匀后的每个茶叶样品0. 5g置于微波消解 罐中，加入2mL水润湿该茶叶样品，再加5mL硝酸，静置反应2h，之后加入lmL过氧化氢，盖 好消解罐后放入微波消解仪中进行消解；（2)消解完成后，待冷却后将消解液稀释，同时做 试剂空白实验；（3)利用电感耦合等离子体质谱仪测定依次测定各个样品的多种矿质元素 含量。
[0016] 更优选的是，所述利用电感耦合等离子体质谱进行茶叶产地溯源的方法中，所述 步骤（1)中，微波消解分为三个阶段，所述三个阶段的具体条件为：（1. 1)消解功率1600W， 升温时间lOmin，至温度为120°C，保持15min; (1. 2)消解功率1600W，升温时间lOmin，至温 度为150°C，保持15min; (1. 3)消解功率1600W，升温时间lOmin，至温度为190°C，保持时间 40min〇
[0017] 优选的是，所述利用电感耦合等离子体质谱进行茶叶产地溯源的方法中，所述步 骤一和步骤二中，利用电感耦合等离子体质谱方法分别测定茶叶样品的多种矿质元素的含 量的具体过程包括：（1)微波马弗炉处理样品：将每个茶叶样品0. 5g置于坩埚中之后置于 微波马弗炉中进行灰化；(2)灰化完成待冷却后，向每个坩埚中加入10倍体积的体积份数 为30 %的盐酸，静置反应2h，同时做试剂空白实验；（3)利用电感耦合等离子体质谱仪测定 依次测定各个样品中的多种矿质元素含量；
[0018]其中，所述灰化包括第一阶段和第二阶段，所述第一阶段的具体条件为：升温时间lOmin，至温度为250°C，保持lOmin;所述第二阶段的具体条件为：升温时间20min，至温度 为 550°C，保持 50min;
[0019] 所述坩埚包括坩埚主体和盖体，所述坩埚主体包括底托和底部固定在所述底托上 的侧壁，所述侧壁构成一开口向上的容置空间，将茶叶样品放置于所述容置空间中，所述容 置空间的直径由上向下逐渐减小，且所述容置空间的下部呈圆弧形，所述侧壁的底部还设 置有一凹陷与所述容置空间相连通，所述坩埚的侧壁包括从外到内依次设置的内层壁和外 层壁，所外层壁上设置有多个直径3?5mm的孔。
[0020] 优选的是，所述利用电感耦合等离子体质谱进行茶叶产地溯源的方法中，所述多 个已知品种的茶叶样品包括：来源于浙江安吉县的安吉白茶、浙江杭州的西湖龙井绿茶、山 东日照的日照绿茶、安徽黄山的太平猴魁绿茶、安徽黄山的黄山毛峰绿茶和四川峨眉山的 竹叶青绿茶。
[0021] 本发明的有益效果为：
[0022] 本发明的方法，采用电感耦合等离子体质谱法测定茶叶（安吉白茶、西湖龙井、日 照绿茶、太平猴魁、黄山毛峰、竹叶青）中多种元素含量，该方法快速、简单，能高效、准确的 同时检测出各绿茶样品中的多元素含量；原始数据经过标准化处理后，结合聚类分析和主 成分分析，对来自浙江、山东、安徽和四川四个省份的茶叶进行了产地判别，并得到了有效 的区分，从而确定茶叶中矿质元素含量可做为绿茶产地判别的指标之一。同时本发明也提 供了一种快速、准确、高效地鉴定出待鉴定绿茶的产地的方法。并且，本发明采用的灰化茶 叶样品的效率高、时间短，且使用的坩埚中设置有圆弧形的底部和凹陷，便于待鉴定样品的 全部吸取出；并且，坩埚的外层壁上多个孔也利于灰化完毕后坩埚的快速散热。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 图1为本发明所述的30个绿茶样本聚类树状图；
[0024]图2为本发明所述的30个绿茶样品主成分分析散点图；
[0025] 图3为本发明所述的坩埚的结构示意图。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文 字能够据以实施。
[0027] 需要说明的是：
[0028] 聚类分析及主成分分析：由于茶叶中常量元素和微量元素含量差别较大，如直接 进行模式识别分析，则常量元素的影响将会比微量元素大，因此首先对数据进行标准化预 处理。方法是将数据矩阵中每个元素分别减去该列的平均值，然后除以该列的标准偏差。经 过标准化处理后得到一个30X13的数据矩阵。经标准化处理后的数据进行聚类分析及主 成分分析。主成分分析是通过适当的数学变换，最大限度地保留原样本集所含原始信息，使 新变量成为原变量的线性组合，并寻求主成分来研宄样本的一种方法。
[0029] 另外，不同类型的茶叶由于加工工艺不同，其中的元素含量也会发生一定的变化。 本发明选择同一加工工艺的绿茶作为研宄对象，以降低加工工艺不同而造成的矿质元素分 析对产地溯源的影响。
[0030] 不同地域来源的30个绿茶样品，分别是：安吉白茶、西湖龙井、日照绿茶、太平猴 魁、黄山毛峰、竹叶青（见表1)，通过对所含矿质元素的测量，结合统计分析进行绿茶产地 溯源。
[0031] 1、电感耦合等离子体质谱测定矿质元素含量
[0032] ①、微波消解处理样品：取粉碎均匀后的绿茶样品0. 5g左右（精确至0.OOOlg)于 微波消解罐中；加2mL水润湿样品，加5mL硝酸，静置反应2h左右，加lmL过氧化氢，盖好消 解罐放入微波消解仪中，根据仪器条件设定最优程序进行消解。冷却后转移定容至25mL，待 测。若样液元素质量浓度过高，可适当稀释或适当减少取样量。同时做试剂空白实验。其 中微波消解的条件包括依次进行的下列3个过程：
[0033] (1)、消解功率1600W，升温时间lOmin，温度至120°C，保持时间15min;
[0034](2)、消解功率1600W，升温时间lOmin，温度至150°C，保持时间15min;
[0035](3)、消解功率1600W，升温时间10min，温度至190°C，保持时间40min;
[0036] 表1茶叶样品
[0037]
【权利要求】
1. 一种利用电感耦合等离子体质谱进行茶叶产地溯源的方法，包括： 步骤一、分别测定来源于不同产地的多种已知品种的多个茶叶样品中的多种矿质元素 的含量，取该多种矿质元素含量的数值进行聚类分析，并做出聚类树状图，使相同品种的茶 叶样品聚为一个分支；以及， 步骤二、测定待鉴定茶叶样品的多种矿质元素的含量，取其多种矿质元素含量的数值 和所述步骤一中的茶叶样品的矿质元素含量的数值共同进行所述聚类分析，并作出又一个 聚类树状图，若所述待鉴定茶叶样品的距离值落在某一已知品种的茶叶样品的分支内，则 判断出所述待鉴定茶叶样品的产地与其落入的所述某一已知品种的茶叶样品的产地相同。
2. 如权利要求1所述的利用电感耦合等离子体质谱进行茶叶产地溯源的方法，其中利 用电感耦合等离子体质谱方法测定所述步骤一和所述步骤二中的茶叶样品的多种矿质元 素的含量。
3. 如权利要求1所述的利用电感耦合等离子体质谱进行茶叶产地溯源的方法，其中所 述多种矿质元素包括：Mg、Al、Ca、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ba、Se 和 Pb。
4. 如权利要求1所述的利用电感耦合等离子体质谱进行茶叶产地溯源的方法，其中每 种茶叶样品包括5种来自于同一产地的不同种植区的茶叶。
5. 如权利要求1所述的利用电感耦合等离子体质谱进行茶叶产地溯源的方法，其中所 述步骤一和步骤二中，将该多种矿质元素含量的数值进行聚类分析，并做出聚类树状图的 具体过程包括：(A)将各个茶叶样品的各个矿质元素进行标准化预处理；(B)使用SPSS软 件采用组间平均链锁法和欧式距离平方测量方法得到多种茶叶品种的聚类树状图。
6. 如权利要求1所述的利用电感耦合等离子体质谱进行茶叶产地溯源的方法，在所述 步骤二中，若所述待鉴定茶叶的距离值未落在某一已知品种的茶叶样品的分支内，则进入 步骤三，所述步骤三包括：（3. 1)对已知品种的茶叶样品的多种矿质元素进行主成分分析， 得到每种品种的茶叶样品中的各矿质元素的特征向量和其各主成分的权重；(3. 2)对待鉴 定茶叶样品的多种矿质元素进行主成分分析，得到待鉴定茶叶样品中各矿质元素的特征向 量和其各主成分的权重；（3. 3) -一比较步骤（3.2)中的待鉴定茶叶样品中各矿质元素的 特征向量的数值和步骤（3.1)中的得到每种品种的茶叶样品中的各矿质元素的特征向量 的数值得到特征向量的数值差，并且一一比较步骤（3.2)中的待鉴定茶叶样品各主成分的 权重的数值和步骤（3. 1)中的得到每种品种的茶叶样品中各主成分的权重的数值得到主 成分的权重的数值差，若计算出某一已知品种的茶叶样品的该特征向量的数值差和该主成 分的权重的数值差的绝对值最小，则判断待鉴定茶叶样品与该某一品种的茶叶样品的产地 相同。
7. 如权利要求2所述的利用电感耦合等离子体质谱进行茶叶产地溯源的方法，其中所 述步骤一和步骤二中，利用电感耦合等离子体质谱方法测定茶叶样品的多种矿质元素的含 量的具体过程包括：（1)微波消解处理样品：取粉碎均匀后的每个茶叶样品0. 5g置于微波 消解罐中，加入2mL水润湿该茶叶样品，再加5mL硝酸，静置反应2h，之后加入lmL过氧化 氢，盖好消解罐后放入微波消解仪中进行消解；（2)消解完成后，待冷却后将消解液稀释， 同时做试剂空白实验；（3)利用电感耦合等离子体质谱仪测定依次测定各个样品的多种矿 质元素含量。
8. 如权利要求7所述的利用电感耦合等离子体质谱进行茶叶产地溯源的方法，其 中所述步骤（1)中，微波消解分为三个阶段，所述三个阶段的具体条件为：（1.1)消解功 率1600W，升温时间lOmin，至温度为120°C，保持15min ; (1. 2)消解功率1600W，升温时 间lOmin，至温度为150°C，保持15min ;(1. 3)消解功率1600W，升温时间lOmin，至温度为 190°C，保持时间40min。
9. 如权利要求1所述的利用电感耦合等离子体质谱进行茶叶产地溯源的方法，其中所 述步骤一和步骤二中，利用电感耦合等离子体质谱方法分别测定茶叶样品的多种矿质元素 的含量的具体过程包括：（1)微波马弗炉处理样品：将每个茶叶样品〇. 5g置于坩埚中之后 置于微波马弗炉中进行灰化；（2)灰化完成待冷却后，向每个坩埚中加入10倍体积的体积 份数为30%的盐酸，静置反应2h，同时做试剂空白实验；（3)利用电感耦合等离子体质谱仪 测定依次测定各个样品中的多种矿质元素含量； 其中，所述灰化包括第一阶段和第二阶段，所述第一阶段的具体条件为：升温时间 lOmin，至温度为250°C，保持lOmin ;所述第二阶段的具体条件为：升温时间20min，至温度 为 550°C，保持 50min ; 所述坩埚包括坩埚主体和盖体，所述坩埚主体包括底托和底部固定在所述底托上的 侧壁，所述侧壁构成一开口向上的容置空间，将茶叶样品放置于所述容置空间中，所述容置 空间的直径由上向下逐渐减小，且所述容置空间的下部呈圆弧形，所述侧壁的底部还设置 有一凹陷与所述容置空间相连通，所述坩埚的侧壁包括从外到内依次设置的内层壁和外层 壁，所外层壁上设置有多个直径3?5mm的孔。
10. 如权利要求1所述的利用电感耦合等离子体质谱进行茶叶产地溯源的方法，其中 所述多个已知品种的茶叶样品包括：来源于浙江安吉县的安吉白茶、浙江杭州的西湖龙井 绿茶、山东日照的日照绿茶、安徽黄山的太平猴魁绿茶、安徽黄山的黄山毛峰绿茶和四川峨 眉山的竹叶青绿茶。
【文档编号】G01N27/62GK104458891SQ201410789759
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月19日 优先权日:2014年12月19日
【发明者】关丽华, 陈桥 申请人:北京中防昊通科技中心