水中離子對茶湯風味影響的研究進展

張銘銘　尹軍峰

摘要：水中離子對沖泡過程中茶湯風味的形成具有重要影響。采用系統分析法研究了水中的離子總量、離子類型對茶湯香氣及滋味品質的影響，并進一步分析總結了水中離子影響茶湯風味的潛在機制，以期為茶湯品質的調控及泡茶用水的選擇提供理論依據。

關鍵詞：水中離子；茶湯風味；影響機制

中圖分類號：TS272? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1000－3150（2023）08-01-9

Research Progress on the Influence of Ions inWater on the Flavor of Tea Infusion

ZHANG Mingming， YING Junfeng*

Tea Research Institute， Chinese Academy of Agricultural Sciences， Hangzhou 310008， China

Abstract： Ions in water have an important influence on the formation of tea flavor during the brewing process. In this paper， the effects of total amount and type of ions in water on aroma and taste of tea infusion were studied by systematic analysis， and the potential mechanisms of ions in water on the tea flavor quality were further analyzed and summarized， in order to provide a theoretical basis for the control of tea infusion quality and the selection of water for tea.

Keywords： ions in water， tea infusion flavor， effect mechanism

鮮葉原料、加工工藝決定了茶產品的初始品質，泡茶用水、沖泡工藝則決定了茶產品的最終品質。為使茶葉品質在沖泡過程中達到最佳水平，人們已從沖泡溫度[1-4]、沖泡時間[5]、沖泡次數[6-7]、茶水比[8]，甚至是茶葉粒徑[9]等方面進行了大量研究。

關于泡茶用水，自古以來人們就意識到其重要性，并留下“水為茶之母”“茶性必發于水，八分之茶，遇十分之水，茶亦十分矣；八分之水，試十分之茶，茶只八分耳”“精茗蘊香，借水而發，無水不可論茶也”等諸多茶與水的論述?，F代大量科學研究也表明，水質對沖泡茶湯的感官品質有重要影響，且影響效果不盡相同[10-15]。楊延群[16]分析了不同水質對安溪烏龍茶茶湯品質的影響，認為自來水沖泡的茶湯帶消毒水味；蒸餾水沖泡的茶湯色澤好但滋味苦澀；純凈水沖泡的茶湯沉淀少但不夠甘醇；以礦泉水沖泡的茶湯感官品質最佳，表現為色澤金黃透亮，香氣高，滋味甘醇。劉巧靈等[17]比較了純凈水、飲用天然水、礦物質水、礦泉水4種不同水質對碣灘綠茶茶湯品質的影響，認為礦泉水沖泡的茶湯湯色較暗、香氣帶有悶味，而純凈水沖泡的茶湯湯色淺黃綠亮、滋味“鮮醇”，具有更好的感官特征。尹軍峰等[18]研究了19種典型水樣對西湖龍井茶風味品質的影響，發現自來水沖泡的茶湯滋味品質不高，香氣品質較差；純凈水沖泡的茶湯可以基本體現茶的原有滋味，香氣品質較好；部分天然水沖泡的茶湯滋味清純，香氣清香或嫩香，得分較高；多種礦泉水沖泡的茶湯滋味變熟，有些還出現澀感，香氣欠純，純正度明顯較低。

為探明水質影響茶湯品質的內在原因，科研人員深入研究了水的理化特性對茶湯品質的影響效果，發現酸堿度、礦化度、硬度等為主要水質因子[19-20]，并且它們都與水中離子狀況密切相關[21]。因此認為水中離子能直接影響水的理化特性，也能影響茶湯風味的呈現[22]，并推測飲用水影響茶湯品質的根本原因在于溶解離子的差異[23]。

本文通過中國知網、Web of Science等檢索途徑鍵入“泡茶用水”“水質”“沖泡品質”等關鍵詞，梳理了數十篇相關文獻報道，并重點考察水中離子對沖泡茶湯香氣和滋味品質的影響效果及潛在機制。研究結果將有助于豐富“茶與水”的關系理論體系，為泡茶用水的選擇及水中離子指標的確定提供科學依據。

1? 水中離子對香氣品質的影響

香氣占茶葉品質評分權重的25%～35%，目前已分離鑒定的香氣組分達700余種，包括10余類化合物[24]，種類繁多且復雜[25-27]。香氣組分的含量、相互作用會影響茶湯的香氣特征[28-29]，水中的離子總量、離子類型則對沖泡過程中香氣品質的呈現有重要影響。

1.1? 離子總量對香氣品質的影響

水中離子總量稱為礦化度，礦化度是衡量水中礦質元素總量的指標。眾多研究表明，礦化度高的水沖泡的茶湯香氣品質較差。尹軍峰等[18]比較了不同礦質含量的水對綠茶香氣品質的影響，發現低礦化度的天然泉水、純凈水、蒸餾水沖泡的茶湯香氣得分要高于高礦化度的天然泉水、自來水沖泡茶湯，且礦化度與香氣品質呈現一定負相關關系（R2 = 0.605）。古明亮等[30]在加權評分法的基礎上采用模糊數學方法，研究比較了3 種品牌包裝飲用水沖泡雅安藏茶的感官品質，也發現礦物質含量越高，香氣品質越差。

1.2? 陽離子對香氣品質的影響

近年來，關于沖泡用水中陽離子對香氣品質的影響研究較多，主要集中于K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+等幾種離子。綜合研究結果來看，水中這些陽離子對香氣都有明顯影響，并存在一定的互作效應。

研究表明，陽離子總量與香氣品質呈顯著負相關（r = －0.881）[31]，其中Ca2+、Mg2+、K+、Na+是天然水中含量較高且差異較大的4種陽離子，水中這些陽離子質量濃度高時均會對香氣產生不利影響，但影響閾值因離子種類不同有所差異（圖1）。Ca2+、Mg2+對香氣的影響閾值較K+、Na+低，當Ca2+和Mg2+質量濃度在10 mg/L以下時，兩者對香氣影響較小，隨著質量濃度的增加，香氣品質均呈下降趨勢：Ca2+質量濃度超過 20 mg/L時，會出現水悶味或熟味；Mg2+質量濃度超過12 mg/L時香氣純正度下降，超過20 mg/L時香氣變悶[32]，達到40 mg/L會有明顯熟悶味[31]。Na+對香氣也有一定影響，低含量的Na+可以提高香氣濃郁度，但當超過20 mg/L，尤其是超過40 mg/L時，香氣純正度下降，出現熟悶味。K+、Fe2+、Fe3+則對茶湯香氣影響較小，大多數水中K+含量為0～20 mg/L，當K+超過20 mg/L時茶葉香氣才開始變悶、整體協調性下降，故認為K+對香氣品質影響較小[31]。Fe2+、Fe3+主要影響茶湯色澤，但對茶湯香氣也有影響。水中Fe2+會加速茶湯清香的損失，導致綠茶茶湯香氣不協調、產生沉悶的異味[33]，而添加一定量的Fe3+則會改變香氣含量和種類[34]。

研究還發現，陽離子間存在含量及種類上的相互影響，這種互作效應也會影響香氣呈現效果。隨著水中Ca2+含量增加，茶湯中Al3+、Cu2+、Na+、Zn2+含量呈下降趨勢，而K+、Mg2+、Mn2+含量呈增加趨勢[35]。鐘小玉等[36]研究了Ca2+、Mg2+、Al3+ 3種離子復配對綠茶風味的影響，發現復配處理的影響顯著大于單一金屬離子處理，且當茶湯中的離子種類增多時，香氣趨于平和。

1.3? ?陰離子對香氣品質的影響

近年來，沖泡用水中陰離子對茶湯香氣品質的影響研究相對較少，僅開展了Cl－、HCO3－、C2O4－、SO42－等幾種離子的研究。綜合研究結果來看，水中這些陰離子對香氣品質都有一定的影響。

研究表明，Cl－、NO3－、SO42－、F－等是天然水中含量較高且差異較大的4種陰離子，它們的離子總量與香氣品質呈顯著負相關（r = －0.644）[31]，并且水中陰離子對香氣品質的影響效果也因離子種類、搭配不同而有所差異。Cl－對香氣愉悅度的影響不大[37]，但可以明顯降低香氣的純正度。相同Ca2+、Mg2+濃度下，Cl－會顯著降低香氣品質；相同Ca2+、Na+濃度下，HCO3－會使香氣變悶，純正度下降 ；相同Ca2+濃度下，SO42－可以顯著降低綠茶香氣的純正度，且出現悶味，而C2O4－的影響相對較小[31]。

2? 水中離子對滋味品質的影響

滋味占茶葉品質評分權重的30%～35%，多酚類、生物堿類、氨基酸類和糖類等是茶葉中的主要呈味物質[38]，因閾值不同對茶湯滋味的貢獻度不同[39]。同一滋味物質的多味性與不同滋味單體間的互作效應均影響茶湯的滋味特征[40-42]，水中的離子總量、離子類型則對沖泡過程中滋味品質的呈現有重要影響。

2.1? ?離子總量對滋味品質的影響

離子總量（礦化度）對茶湯滋味品質有重要影響。研究表明，低礦化度水沖泡的茶湯滋味得分要高于高礦化度的水，且礦化度與滋味品質呈負相關（R2 = 0.566）[18]。研究還發現，發酵程度輕的茶更易受到高礦化度沖泡水的影響[12]，故為使茶湯滋味品質最佳，宜用礦化度低的純凈水、山泉水沖泡綠茶，礦化度適中的山泉水沖泡紅茶[10]。

2.2? 陽離子對滋味品質的影響

近年來，關于沖泡用水中陽離子對茶湯滋味品質的影響研究較多，主要集中于K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Zn2+、Al3+等幾種離子。綜合研究結果來看，水中這些陽離子對茶湯滋味都有明顯影響，并存在一定的互作效應。

研究表明，陽離子總量與滋味品質呈顯著負相關（r =－0.814）[31]，其中Ca2+、Mg2+、K+、Na+是天然水中含量較高且差異較大的4種陽離子，水中這些陽離子含量高時均會對茶湯滋味產生不利影響，但影響閾值因離子種類、茶類特點不同而有所差異（圖2）。Ca2+、Mg2+對滋味的影響較大，兩者含量較高會使茶湯“鹽味”明顯[43]，并且它們對滋味的影響閾值較K+低。Ca2+質量濃度較低時，茶湯滋味醇厚，湯感倍增[44]；當質量濃度達到4～5 mg/L時，茶湯滋味開始變得苦澀[35-36]；當質量濃度＞10 mg/L時，澀感明顯增加，鮮爽度、醇度下降[31]；當質量濃度≥ 40 mg/L時，茶湯濁度上升[45]。Mg2+的影響閾值因茶類不同而有所差異。對綠茶而言，質量濃度＜8 mg/L時，影響較??；質量濃度＞10 mg/L時，茶湯醇熟，鮮味明顯下降，苦澀味略有增加；質量濃度＞40 mg/L時則主要表現為熟悶味[31]；當質量濃度＞50 mg/L時能使冷泡綠茶的滋味逐漸變淡，一定程度上降低綠茶的苦澀味[21]。對紅茶而言，Mg2+質量濃度為4 mg/L時，滋味品質最好；隨著Mg2+質量濃度的增加，茶湯的鮮味、甜味、苦味下降，澀味明顯增強[46]。而Na+的影響閾值及效果會因茶葉等級不同而有所差異，高品質茶湯更易受離子影響導致品質下降。對普通綠茶而言，Na+質量濃度較低時能有效降低茶湯苦澀味，提高醇味[47]；但超過20 mg/L時就會產生咸味。但對高檔綠茶而言，當Na+質量濃度為5 mg/L時就能顯著影響茶湯的苦味和鮮爽度，導致滋味品質下降；質量濃度達到40 mg/L時則表現為略熟帶咸[31]。因大多數水質中K+含量為0～20 mg/L，但K+超過40 mg/L時才表現為茶味減弱，整體協調性下降，故認為K+對滋味品質影響不大[31]。

Fe2+、Zn2+及Al3+對滋味也有一定影響，且影響閾值較低。Fe2+過量是導致茶湯變褐發暗的主要原因[48]，也能影響茶湯滋味，當Fe2+質量濃度超過0.2 mg/L 時，速溶綠茶的滋味開始變苦[21]。Zn2+賦予水強烈的澀味和輕微的鮮味[49]，但鮮味的感知需要咸味做基礎，當Zn2+質量濃度≥ 1 mg/L，茶湯滋味逐漸變苦，舌頭會有麻感[21]。同樣，高濃度Al3+不利于滋味品質：隨著Al3+質量濃度的增加（≥ 2 mg/L），茶湯滋味逐漸變苦、變酸[21，50]。

此外，陽離子間還存在種類上的相互影響，這種互作效應也會影響滋味的呈現效果。研究表明，陽離子復配處理對綠茶風味的影響顯著大于單一金屬離子處理，且當茶湯中的離子種類增多時，滋味呈現苦澀[36]。

2.3? 陰離子對滋味品質的影響

近年來，關于沖泡用水中陰離子對茶湯滋味品質的影響研究相對較少，僅開展了Cl－、HCO3－和SO42－等幾種離子的研究。綜合研究結果來看，水中這些陰離子對茶湯滋味都有一定的影響。

研究表明，Cl－、NO3－、SO42－、F－等是天然水中含量較高且差異較大的4種陰離子，它們的離子總量與滋味品質呈顯著負相關（r =－0.842）[31]，并且水中陰離子對茶湯滋味的影響效果也因離子種類不同而有所差異。一般自來水中Cl－含量較高，會使茶湯表面產生“銹油”，滋味變得苦澀。HCO3－在水中含量較高，具有較強的酸度緩沖能力，使茶湯處于穩定的弱堿性環境中從而影響兒茶素含量，降低滋味品質[51-52]。SO42－質量濃度在1～4 mg/L范圍內易使茶湯滋味變得淡薄，超過6 mg/L時出現明顯澀味[50]。

研究還發現，陰離子在不同陽離子存在的條件下對茶湯滋味的影響效果也不盡相同?？傮w而言，各種陰離子鈉鹽能顯著提高綠茶茶湯的咸味與醇味、降低苦味強度，其中Cl－、SO42－可以顯著提高綠茶茶湯的整體滋味品質[47]；各種陰離子鈣鹽、鎂鹽普遍會降低茶湯的滋味品質。Na+存在時，Cl－由于水鹽相互作用產生甜味劑的神經信號而有甜味感[53]；SO42-也能顯著降低綠茶茶湯的澀味強度；Cl－、HCO3－則對綠茶茶湯的澀味強度沒有明顯影響[31]。Ca2+存在時，Cl－、HCO3－、SO42－會降低綠茶茶湯的鮮味、苦味，增強澀感、醇和度，滋味較差；Mg2+存在時，Cl－、HCO3－則會增加茶湯苦味[31]。比較而言，HCO3-與Ca2+、Mg2+搭配的水沖泡茶湯滋味較差，醇度下降，尤其與Ca2+結合的水沖泡茶湯滋味最差[54]。

3? 水中離子對茶湯風味的影響機制

現有研究表明，水中離子能直接或間接影響沖泡過程中的風味物質從而改變茶湯品質，但具體反應途徑尚不清晰，作用機制也有待進一步研究。

3.1? 水中離子對香氣品質的影響機制

多數研究認為離子可以改變某些香氣成分的 含量及呈香特性，從而影響香氣品質。然而在沖泡過程中，香氣的釋放實際包括茶葉溶于水中釋放香氣和香氣從茶湯逸散到空氣中兩個階段，離子在其中的物質反應、作用途徑并不明晰，僅能推測個別離子影響的主要香氣物質及潛在影響途徑。

研究表明，高離子含量的水沖泡會顯著降低香氣組分的含量[34]，不同離子類型對香氣成分及呈香特性的影響各不相同。Ca2+的添加能降低二甲硫、苯甲醛、β-環檸檬醛、順-3-己烯乙酸酯和β-紫羅酮等香氣組分的含量，使清香型綠茶香氣變鈍、變悶；而對芳樟醇、檸檬烯、橙花叔醇等香氣成分有促進作用，能使花香型綠茶向栗香型轉變[21，32]。Mg2+的添加能使苯甲醛、β-環檸檬醛的含量明顯下降；使芳樟醇和順-3-己烯乙酸酯的含量有所增加。Na+的添加可以增加壬醛、癸醛、β-紫羅酮的含量；降低β-環檸檬醛、檸檬烯的含量[31]。Fe2+的存在使醛類、酮類、酯類物質及清香類物質的含量降低，但卻促進了具有多樣香氣特征的新揮發物的形成[33]。其中，關于上述Ca2+、Mg2+促進芳樟醇含量增加的結論存在爭議，龔芝萍等[55]的研究結果與該結論相反，卻與葡萄酒中添加Ca2+、Mg2+會抑制醇類香氣水平的結論一致[56]。

基于香氣含量、成分及呈香特性的表觀變化，推測可能存在3種影響途徑（圖3）。一是水中離子可能改變香氣物質的釋放性能從而影響香氣品質的呈現。研究表明，鈣鎂離子含量低的水會導致更高的揮發強度[57]。高濃度Ca2+可能通過與細胞壁膠質結合影響風味化學成分浸出[35]，或與香氣物質絡合從而降低其揮發性等途徑，表現出對二甲硫等清香物質有明顯抑制作用[37]；但也可能直接增強酯類香氣的釋放進而導致果香物質的形成[58]。研究還發現，適當非碳酸氫鹽離子的加入能提升茶湯pH，增強水中離子與疏水性香氣化合物的結合能力從而有助于香氣的釋放[31，59]。二是水中離子可能直接影響相關香氣物質反應從而影響香氣品質。Ca2+可能通過促進芳樟醇糖苷水解從而提高芳樟醇等呈花香、果香的物質含量[60]，使綠茶香氣由花香型向栗香型轉變[37]。但高濃度Ca2+可能導致香氣物質發生氧化分解等反應，從而提高正戊醇等香氣物質的含量，導致茶湯熟湯味增加[35，61]。三是水中離子可能通過滋味物質間接影響香氣反應進而影響香氣品質。研究表明，當茶湯pH≥7時，多酚的含量會顯著影響香氣品質[62]，并且表沒食子兒茶素沒食子酸酯（EGCG）會改變離子對香氣物質的影響效果。添加Fe2+、Cu2+可以使芳樟醇濃度顯著升高，但加入EGCG后，Fe2+與EGCG結合顯著降低了芳樟醇的濃度，Cu2+與EGCG結合顯著增加芳樟醇的濃度[63]。研究還發現，水中離子能與兒茶素、氨基酸等滋味物質反應從而影響香氣表現。Fe2+的存在可能會促進兒茶素的降解，并與生成的H2O2反應產生高活性自由基氧化揮發性化合物，導致綠茶香氣劣變[33]。Fe3+也可能與氨基酸絡合，絡合物進一步誘導氧化脫羧并促進strecker醛的形成，使香氣種類增加[64]。

3.2? 水中離子對滋味品質的影響機制

多數研究認為，離子可以改變滋味物質的含量及呈味特性，從而影響茶湯滋味品質。然而在沖泡過程中，茶葉吸水后，水中離子才能從茶葉中擴散到茶湯中，水中離子在茶葉中的吸附與溶出是一個動態平衡的過程[65]。與此同時，不同類型的離子在水中、茶中的原始濃度不同，離子溶出率也不同[34]，對滋味成分的影響效果也不同。在這種復雜變化的體系中，離子在其中的物質反應及作用途徑并不明晰，僅能推測個別離子影響的主要滋味物質及潛在的影響途徑。

研究表明，高離子含量的水會普遍降低茶湯中大多數滋味成分的含量，個別離子類型對茶湯滋味成分的影響趨勢略有差異?？傮w而言，隨著離子總量及各離子濃度的增加，茶多酚總量、EGCG等兒茶素和草酸等有機酸的含量均呈下降趨勢[18，55-66]。其他滋味物質的變化趨勢則因離子狀況不同而表現各異：離子總量增加時，氨基酸含量下降，黃酮類物質略有增加，總糖和咖啡堿含量差異較??；Ca2+濃度增加時，氨基酸含量略有增加[35]，黃酮類物質和咖啡堿變化不顯著[36]；Na+濃度增加時，黃酮苷含量顯著下降[31]；Al3+濃度增加時，咖啡堿表現為不同程度的下降[36]。

基于離子對滋味感官的影響及風味物質的關聯性分析，推測可能存在2種影響途徑（圖4）。一是水中離子通過影響茶湯滋味成分的含量來改變茶湯味感。離子總量高的水會促進兒茶素發生顏色反應、沉淀反應等，使口感更加苦澀而降低茶湯的滋味品質[34，67]；離子總量低的水則能提取到更多有利的滋味物質[68]，因而總體品質較佳。筆者認為，第一種途徑下又存在2種可能性：（1）離子影響了滋味物質的浸出速率從而改變最終呈味物質的含量，該種可能性暫無文獻報道；（2）離子與已浸出的滋味物質反應從而影響了最終呈味物質的含量。如Ca2+能與茶多酚、咖啡堿、果膠、水溶性蛋白質等滋味成分發生絡合反應[69]，在高濃度下則容易促進咖啡堿與多酚類、茶黃素等成分間的絡合[70]，顯著降低咖啡堿、兒茶素、茶黃素、有機酸等有效成分的浸出率[71-72]，從而影響浸出滋味物質含量，降低滋味品質。二是水中離子通過影響滋味單體的呈味特性來改變茶湯味感。研究表明，高濃度Ca2+能通過削弱EGCG、咖啡堿的苦味，茶氨酸的鮮味和蔗糖的甜味，并加強EGCG、咖啡堿的澀味來降低綠茶茶湯口感，使鮮爽度下降、鈍感增加[40，65，73]。而Mg2+則能通過增強EGCG、咖啡堿和谷氨酸鈉的澀味，削弱EGCG和咖啡堿的苦味、谷氨酸鈉的鮮味和蔗糖的甜味來綜合影響茶湯的滋味[46]。

此外，離子也可能通過影響滋味感官受體來決定最終滋味品質。有研究認為，Ca2+可能是通過顯著促進兒茶素與口腔蛋白的結合來增強澀感[40]；Na+能與某些苦味物質混合引發周邊神經效應從而抑制苦味強度[74]。

4? 總結與展望

水對茶性的發揮至關重要，飲用水中離子狀況的差異是影響沖泡茶湯風味的根本原因。香氣與滋味是茶湯風味呈現的主要形式，也是衡量茶葉品質的重要指標[75]。綜上所述，可得出以下結論。

一是水中離子總量對茶葉風味品質有重要影響，離子總量與風味品質呈現負相關關系，離子總量較高的水沖泡的茶湯較苦澀、香氣變悶變鈍。二是水中離子類型及其互作效應對風味品質有重要影響，高濃度陽離子、陰離子會對香氣、滋味品質產生不利影響，影響閾值因離子種類不同有所差異；離子間還存在種類、含量上的相互影響，這種互作效應也會影響茶湯風味的呈現效果。三是水中離子對茶湯風味的影響機制研究較少且不深入，大多停留于某個離子對風味物質影響的猜測階段，缺乏對具體作用途徑的探究與驗證，離子對風味品質的影響機制并不明晰。

因此，筆者認為還有以下方面值得進一步研究：一是關鍵陰、陽離子間互作效應不清晰，需借助模擬化學水質體系進行同陽異陰、同陰異陽離子的比較研究，以便為泡茶用水的選擇提供理論依據。二是離子－香氣－滋味的相互影響關系不清晰，需借助分子感官科學試驗、單體添加驗證試驗來明確三者間關系，為探明離子影響茶湯風味的機制奠定基礎。三是水中離子對茶湯風味的影響研究不夠全面系統，多集中于綠茶、紅茶等品類的研究，然而不同茶類甚至不同品質等級茶葉中離子的含量及溶解度存在差異，對離子的敏感程度也不同，后續還可針對不同茶葉成分及風味特點進行研究，并設計相應品類的泡茶專用水。

已有學者根據離子含量對水感官品質的影響提出了美味水指標[76]。然而，由于目前離子對沖泡茶湯的風味影響研究較少且不夠深入，尚無法準確制定泡茶用水的離子指標。但相信通過以上層層遞進的研究，將能明確水中離子對茶湯風味的影響機制，實現水中離子對各類茶湯風味品質的精準調控。

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基金項目：國家自然科學基金（3227180845）

作者簡介：張銘銘，女，博士研究生，主要從事茶葉風味品質化學研究。*通信作者，E-mail：yinjf@tricaas.com