CC BY
42
УДК 633.72(470.62)
ББК 42.8
О-75
Рындин Алексей Владимирович, доктор сельскохозяйственных наук, Академик РАН, директор ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт цветоводства и субтропических культур»; e-mail: [email protected];
Малюкова Людмила Степановна, доктор биологических наук, профессор РАН, главный научный сотрудник лаборатории агрохимии и почвоведения ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт цветоводства и субтропических культур»; e-mail: [email protected];
Цюпко Татьяна Григорьевна, доктор химических наук, профессор, профессор кафедры аналитической химии ФГБОУ ВО «Кубанский государственный университет»; e-mail: [email protected];
Козлова Наталья Васильевна, кандидат биологических наук, заведующая лабораторией агрохимии и почвоведения ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт цветоводства и субтропических культур»; e-mail: [email protected];
Воронова Ольга Борисовна, кандидат химических наук, доцент кафедры аналитической химии ФГБОУ ВО «Кубанский государственный университет»; e-mail: [email protected];
Гущаева Кристина Сергеевна, аспирант кафедры аналитической химии ФГБОУ ВО «Кубанский государственный университет»; e-mail: [email protected]
ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕМЕНТНОГО СОСТАВА КРАСНОДАРСКОГО ЧАЯ СОРТА КОЛХИДА
(рецензирована)
Установлен диапазон содержания ряда эссенциальных макро- и микроэлементов, а также неэссенциальных и токсичных элементов в 3-листной флеши чая сорта Колхида (исходное сырье), выращенного в условиях Черноморского побережья России. Содержание основных макроэлементов находилось в пределах (в % на абс. сух. в-во): N-3,80-5,44; P-0,38-0,56; K-1,55-1,78; Ca-0,14-0,24; Mg-0,19-0,22. Содержание микроэлементов составляло (в мг/кг): Mn - 423-856; Fe - 28,8-52,2; Zn 29,6-45,8; Co-0,11-0,27. Содержание неэссенциальных и токсичных элементов варьировало в следующих диапазонах (в мг/кг): Al -114-349; Si-25,4-98,2; Na-6,57-19,02; Ba-3,25-8,83; Ni-5,49-12,24; Pb-0,32-3,95; Ti-0,27-1,11; V-0,042-0,060; Li-0,04-0,08; Cr-0,13-0,30; Cd-0,01-0,03.
Ключевые слова: чай, элементный состав, маркеры географической принадлежности, Черноморское побережье Краснодарского края.
Ryndin Alexey Vladimirovich, Doctor of Agricultural Sciences, an academician of the RAS, director of FSBSI "All-Russian Research Institute of Floriculture and Subtropical Crops"; e-mail: [email protected];
Malyukova Lyudmila Stepanovna, Doctor of Biology, a professor of the RAS, a chief researcher of the Laboratory of Agrochemistry and Soil Science of FSBSI "All-Russian Research Institute of Floriculture and Subtropical Crops"; malukovalsamail. ru;
Tsypko Tatyana Grigorievna, Doctor of Chemistry, a professor, a professor of the Department of Analytical Chemistry of FSBEI HE "Kuban State University"; [email protected];
Kozlova Natalia Vasilievna, Candidate of Biology, head of the Laboratory of Agrochemistry and Soil Science of FSBSI "All-Russian Research Institute of Floriculture and Subtropical Crops"; [email protected];
Voronova Olga Borisovna, Candidate of Chemistry, an associate professor of the Department of Analytical Chemistry of FSBEI HE "Kuban State University"; [email protected];
Gushchaeva Kristina Sergeevna, a post graduate student of the Department of Analytical Chemistry of FSBEI HE "Kuban State Universit"; [email protected]
FEATURES OF THE ELEMENT COMPOSITION OF KRASNODAR TEA
OF COLCHIS VARIETY
(reviewed)
The range of content of a number of essential macro- and microelements, as well as nonessential and toxic elements in a 3-leaf flush of Colchis tea (raw material) grown in the conditions of the Black Sea coast of Russia has been established. The content of the main macronutrients was within (in% of abs. dry sub.): N-3.80-5.44; P-0.38-0.56; K-1.55-1.78; Ca-0.14-0.24; Mg-0.19-0.22.
The content of micro- elements was (in mg / kg): Mn - 423-856; Fe - 28.8-52.2; Zn 29.645.8; Co-0.11-0.27. The content of non-essential and toxic elements varied in the following ranges (in mg / kg): Al -114-349; Si-25.4-98.2; Na-6.57-19.02; Ba-3.25-8.83; Ni-5.49-12.24; Pb-0.32-3.95; Ti-0.27-1.11; V-0.042-0.060; Li-0.04-0.08; Cr-0.13-0.30; Cdis 0.01-0.03.
Keywords: tea, elemental composition, markers of geographical affiliation, the Black Sea coast of the Krasnodar Territory.
Всемирная популярность чая обусловлена его уникальным ароматом, а также наличием нескольких биологически активных соединений (фенольные соединения, алкалоиды, эфирные масла, незаменимые аминокислоты, углеводы, минеральные соли, витамины, ферменты) с важными питательными и терапевтическими свойствами. Поэтому каждая страна, физико-географические условия которой позволяют культивировать это уникальное растение, борется за его широкое внедрение. В мировой торговле чаем растет потребительский интерес к географическому происхождению, поскольку цена продукции может определяться репутацией страны-производителя или даже конкретной плантацией [1]. Методы анализа и проверки происхождения чая обеспечивают безопасность как покупателям, так и потребителям, а также предотвращают мошенническую маркировку. При определении разнообразия (производственный процесс) и географического происхождения перспективным является использование химического состава в качестве входных данных для дискриминации образцов чая [2]. Именно химический профиль листьев чая, по мнению многих исследователей, является наиболее специфическим маркером при решении этих задач и существенно не меняется в течение длительного периода времени [3]. В России также существует проблема идентификации
бренда «Краснодарский чай», однако целевые исследования в этой области отсутствуют. Имеются данные, в том числе и авторов, касающиеся влияния различных видов и доз удобрений на содержание и накопление основных макро- (N, P, K, Ca, Mg) и микроэлементов (Mn, Fe, Zn, Cu, B) в сырье и готовом продукте [4, 5, 6]. В этой связи была поставлена цель - определить содержание более широкого спектра эссенциальных макро- и микроэлементов, а также неэссенциальных и токсичных элементов в 3 -листной флеши чая сорта Колхида, выращенного в России.
Исследования проводили на чайной плантации сорта Колхида (влажно-субтропическая зона Черноморского побережья Краснодарского края) на базе полевых многолетних опытов с применением макро- (N, P, K, Ca, Mg) и микроудобрений (Zn, B), под влиянием которых с течением времени были сформи-рованы микроучастки (опытные делянки), различающиеся по химическому составу почв. Агрохимические свойства бурой лесной кислой почвы, на которой возделывался чай, варьировали в следующем диапазоне: рНКС1 - 2,54-3,50; содержание гумуса - 3,7-5,2 %; содержание легкогидролизуемого азота - 97-345 мг/кг; подвижного фосфора - 149-1014 мг/кг; обменного калия - 204-573 мг/кг. В сезонной и многолетней динамике (1993-2017 гг.) были отобраны растительные образцы (3-листная флешь), являющиеся исходным сырьем для производства готового чая. Содержание азота и фосфора в растительном материале определяли по стандартным методикам спектрофотометрическим методом с предварительной кислотной минерализацией образцов смесью кислот H2SO4 и НС1О4 в отношении 10:1. Для измерения оптических характеристик анализируемых растворов исполь-зовали спектрофотометр УСФ-01(ФГУП ВНИИОФИ, Россия). Мультиэлементный анализ растительных образцов проводили методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (АЭС-ИСП) с использованием прибора iCAP-6000 (Thermo Scientific, США). При испытании образцов учитывали факторы, влияющие на правильность определения методом АЭС-ИСП, в частности правильный выбор аналитических линий элементов, свободных от влияний компонентов матрицы пробы и спектральных наложений. В качестве «базовых» аналитических линий для определения большинства элементов в растительном материале использовали наиболее чувствительные линии этих элементов, для ряда элементов, например, Al, выбраны альтернативные аналитические линии, свободные от спектральных наложений со стороны компонентов проб в пределах их естественных содержаний в объекте анализа. Для переведения проб в форму необходимую для анализа методом АЭС-ИСП и устранения мешающего влияния органических веществ матрицы проводили СВЧ-кислотную минерализацию при соотношении реагентов (7,0 мл HNO3 + 2,0 мл H2O + 0,6000 г образца). Для этой цели использовали лабораторную микроволновую систему пробоподготовки Mars (CEM, США). Обработка экспериментального материала проведена методами описательной статистики с использованием программы Microsoft Excel (при Р = 0,95).
Содержание химических элементов в чае, выращенном в различных регионах мира, колеблется в широком диапазоне и зависит от многих факторов: химического состава почвообразующих пород и степени их выветривания, типа почвы и уровня содержания в ней подвижных форм элементов, агротехники возделывания, объёма и видов применяемых удобрений, способов их внесения, температурно-влажностного режима
почвы, физиологического состояния тканей, различной потребности в элементах питания в течение вегетации и др. Условия сбора, хранения и технология производства чая также могут оказывать существенное влияние на элементный состав различных коммерческих чаев.
На первом этапе установления химического профиля чая, выращенного в России, в качестве объекта исследования было выбрано исходное сырье - 3-листная флешь чая сорта Колхида. Полученные результаты (табл. 1, 2, 3) в целом демонстрировали специфику элементного состава листьев чая, выращенного в экологических условиях Черноморского побережья Краснодарского края России. Среди всех изученных элементов максимальная концентрация в растении была характерна для азота и калия, далее в порядке убывания следовал фосфор, магний и кальций. Наиболее стабильным содержанием (незначительная вариабельность, менее 10 %) чайный лист характеризовался по калию и магнию; содержание фосфора и кальция варьировало в более широких пределах, что соответствовало средней изменчивости (10-20 %).
Таблица 1 - Концентрация эссенциальных макроэлементов (% на абс. сух. в-во) в 3-листной флеши чая сорта Колхида (период 2010-2017 гг.)
Элемент Показатели
Диапазон Среднее Стандартное отклонение Коэффициент вариации
%
N 3,80-5,44 4,77 0,52 10,9
Р 0,38-0,56 0,47 0,069 14,7
К 1,55-1,78 1,66 0,07 4,4
Са 0,14-0,24 0,18 0,03 16,2
Мв 0,19-0,22 0,21 0,007 3,6
Таблица 2 - Концентрация эссенциальных микроэлементов (мг/кг на абс. сух. в-во) в 3_листной флеши чая сорта Колхида (1993 г., 2017 г.)_
Элемент Показатели
Диапазон Среднее Стандартное отклонение Коэффициент вариации
мг/кг %
Мп 423-856 651 154,2 23,7
Бе 28,8-52,2 39,9 8,7 21,9
2п 29,6-45,8 37,2 6,55 17,6
Со 0,11-0,27 0,20 0,05 26,9
Таблица 3 - Концентрация неэссенциальных и токсичных элементов (мг/кг на абс. сух. в-во) в 3-листной флеши чая сорта Колхида (2017 г.)
Элемент Показатели
Диапазон Среднее Стандартное отклонение Коэффициент вариации
мг/кг %
А1 114-349 211 91,1 43,3
25,4-98,2 63,7 32,46 51,0
№ 6,57-19,02 10,21 3,57 35,0
Ва 3,25-8,83 4,88 1,52 31,2
№ 5,49-12,24 8,19 2,07 25,2
РЬ 0,32-3,95 1,70 1,15 84,1
П 0,27-1,11 0,68 0,38 55,4
V 0,042-0,060 0,051 0,007 13,9
Li 0,04-0,08 0,06 0,01 23,1
Сг 0,13-0,30 0,20 0,06 30,9
Сё 0,01-0,03 0,016 0,006 41,7
В группе эссенциальных микроэлементов по высокому уровню концентрации в растении выделялся марганец, что является характерным для чая, который, как и все растения, содержащие танины, накапливает этот элемент. Концентрация других изученных элементов этой группы была соизмерима с другими растениями и в целом не превышала критические уровни. Вариабельность значений была средней.
В группе неэссенциальных элементов по высокому уровню концентрации в растении выделялся алюминий, что также является характерным для чая, который относится к ацидофильной культуре, произрастающей только на кислых почвах. Содержание тяжелых металлов, таких как свинец, кадмий, не превышало ПДК (10 и 1 мг/кг, соответственно) для чая. Вариабельность концентраций этой группы элементов находилась в градации средней (V, №, Li) и значительной (Л!, Si, №, Ba, Т^ Сг, Pb) изменчивости.
Сравнение химического профиля отечественного чая (3-листная флешь) с образцами, выращенными в других регионах мира представляло определенную сложность, поскольку публикаций по аналогичным объектам недостаточно. Тем не менее, в ряде иностранных статей приводятся данные химического состава как сырья, так и готовой продукции, которые позволили сделать сравнительный анализ. Так, концентрация ряда элементов ^ - 3,73-4,61 %, Р - 0,21-0,35%, К - 1,43-1,64%, Са - 0,26-0,31%, М§ -0,23-0,28%, Мп - 0,04-0,12%) в чае (исходное сырье), выращенном в Турции [7], соизмерима с российскими образцами. В работе Р.Н. Оопеа1уе8 Dias с соавторами [8] приводятся результаты определения элементного состава чая, выращенного в Аргентине (черный и зеленый чай) и Шри-Ланке (черный чай). В сравнении с их составом российские образцы характеризуются более высоким содержанием фосфора, соизмеримы по содержанию калия, магния, цинка, никеля. Значительно меньше в российском чае содержится кальция, алюминия, марганца, железа, хрома, свинца и на порядок меньше -кадмия.
Таким образом, установлен ориентировочный уровень содержания ряда эссенциальных макро- и микроэлементов, а также неэссенциальных и токсичных элементов в 3 -листной флеши чая сорта Колхида (исходное сырье), выращенного в условиях Черноморского побережья России, который может рассматриваться как основа его химического профиля. Однако, для разработки комплексного маркера географической принадлежности требуется более репрезентативная выборка, в связи с чем исследования необходимо расширить, охватив различные геоучастки (пос. Солох-аул, пос. Калиновое озеро, пос. Мацеста) Черноморского побережья России, а также предгорные районы Краснодарского края (Туапсинский район) и республики Адыгея, где выращивают чай.
Литература:
1. Ye N.S. A minireview of analytical methods for the geographical origin analysis of teas (Camellia sinensis) // Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 2012. №52. P. 775780.
2. Differentiation of tea varieties using UV-vis spectra and pattern recognition techniques / Palacios-Morillo A. [et al] // Spectro-chimica Acta A. 2013. №103. P. 79-83.
3. Szymczycha-Madeja A.S., Welna M., Pohl P. Elemental analysis of teas and their infusions by spectrometric methods // Trends in Analytical Chemistry. 2012. №35. P. 165-181.
4. Малюкова Л.С. Состояние микроэлементов (Mn, Cu, Zn) в бурых лесных почвах чайных плантаций Черноморского побережья Краснодарского края: дис. ... канд. биол. наук. Сочи, 1997. 173 с.
5. Добежина С.В. Влияние минеральных удобрений на агрохимические свойства почв и продуктивность культуры чая в условиях Краснодарского края: автореф. дис. ... канд. биол. наук. Москва, 1998. 17 с.
6. Притула З.В., Белоус О.Г. Влияние микроэлементов на химический состав и продуктивность растений чая // Бюллетень ВНИИИА им. Д.Н. Прянишникова. 2001. №115. С. 12-13.
7. Seasonal variation of total phenolic, antioxidant activity, plant nutritional elements, and fatty acids in tea leaves (Camellia sinensis var. Sinensis clone Derepazari 7) grown in Turkey / Ercisli S.[et al] // Pharmaceutical biology. 2008. Vol. 46, No. 10/11. P. 683-687.
8. Simplified tea classification based on a reduced chemical composit ion profile via successive projections algorithm linear discriminant analysis (SPA-LDA) / Goncalves Dias Diniz P.H. [et al] // Journal of Food Composition and Analysis. 2015. №39. Р. 103-110.
Literature:
1. Ye N.S. Analysis of the case study of teas (Camellia sinensis) // Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 2012. No. 52. P. 775-780.
2. Palacios-Morillo A. [et al] // Spectro-chimica Acta A. 2013. No. 103. P. 79-83.
3. Szymczycha-Madeja, A.S., Welna, M., Pohl, P.S. and their infusions by spectrometric methods // Trends in Analytical Chemistry. 2012. No. 35. P. 165-181.
4. Malyukova L.S. The state of microelements (Mn, Cu, Zn) in brown forest soils of tea plantations of the Black Sea coast of the Krasnodar Territory: dis. ... Cand. of Biology. Sochi, 199 7. 173 p.
5. Dobezhina S.V. The influence of mineral fertilizers on the agrochemical properties of the soil and the productivity of tea culture in the conditions of the Krasnodar Territory: abstr. dis. ... Cand. of Biology. Moscow, 1998. 17p.
6. Pritula Z.V., Belous O.G. The effect of micro- elements on the chemical composition and productivity of tea plants // Bulletin of VNIIA named after D.N. Pryanishnikov. 2001. No. 115. P. 12-13.
7. Seasonal variation of the phenolic, antioxidant activity of plants, leaves and leaflets (Camellia sinensis var. Sinensis clone Derepazari 7) // Pharmaceutical biology. 2008. Vol. 46, No. 10/11. P. 683-687.
8. Simplified tea classification based on a chemical decanter / Honcalas Dias P.H. [et al] // Journal of Food Composition and Analysis. 2015. No. 39. P. 103-110.
