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1、砷元素在茶树植株空间分布及其在红茶加工、冲泡过程中的代谢研究可行性报告广东鸿雁茶业有限公司2016 年 8 月 10 日目 录一、立项依据.1 二、研究开发内容、方法、技术路线.5三、工作基础和条件.8四、本项目各参加单位工作分工及经费投入、支出情况.11五、工作进度安排.11六、项目组主要成员及分工.12七、以往承担项目完成情况及主要成果.12一、立项依据1、研究目的与意义“中国红茶之乡”英德是广东省重要的产茶区域。英德红茶是广东红茶的典型代表，在国内外享有盛名，并获得一致认可。英德红茶的品牌价值位列全国红茶类第三名，紧跟祁门红茶、正山小种。随着科技的不断进步和消费者健康、食品安全意识不断增
2、加，人们对茶叶质量安全的要求也越来越高。研究表明，茶园环境是茶叶生长的物质基础，良好的茶园环境是保证茶叶产品质量安全的前提条件。因此，要解决茶叶污染问题、提高茶叶产品质量必须从源头有效控制茶园环境质量，使茶树在适宜的生态条件下生长。茶树是一种喜酸性土壤植物，在其生长过程中会富集大量的有害金属元素，如铅、砷等，其毒性主要作用于人的神经、血液、造血、消化、心血管和泌尿系统中。有研究表明，茶叶中的铅、砷等重金属主要来源于土壤中的有效铅、砷的含量，直接影响到茶叶产品质量安全而危害人类健康，进而危害到生物安全和茶产业的可持续发展。重金属铅含量已经列入国标的限量，而砷却未有相应的限量标准，然而砷的污染问题
3、也应该受到重视。砷（As）是一种剧毒元素，它的化合物多数对人、畜、禽有很强的毒性，被归为第一类致癌物。砷可经污水灌溉、大气污染物的沉降、农药和肥料的施用等途径进人土壤，且易于累积，难以去除。土壤中的砷经过土壤茶树茶叶人体这一系统链条对人类的健康构成潜在威胁。近10年来茶叶中砷含量升高了近1倍。本单位对英德市辖区内12个村镇的80余份茶园土壤样品进行重金属安全性评价，发现10个地块的砷元素污染指数超标，土壤污染级别已经达到警戒级。研究表明，有些元素在土壤中含量很高，植物的需求量相对却低；而另一些元素在土壤中含量很低，但植物需求量较多，这种差异构成了土壤化学组成和植物营养之间关系的基础。然而，目前
4、英德茶园土壤砷元素超标对茶树植株及茶叶质量安全状况的影响仍不明确。因此，本研究以砷污染超标茶园为基础，考察该地块上砷元素在茶树植株不同空间部位的富集规律、红茶加工过程中砷元素的代谢动态以及不同浸泡条件下砷元素的浸出规律等内容。项目实施后将明确土壤砷污染超标是否对植株和茶叶的质量安全造成影响，确定红茶加工过程中砷污染的关键控制点、同时进一步明晰茶汤中砷元素的浸出规律，为茶叶科学加工、饮用和浸泡提供指导。2、国内外研究进展概况农产品质量安全是我国及世界农业面临的重大课题，不但直接关系到国民生活与健康，也涉及我国农产品国际竞争力的战略问题。农产品质量安全问题涉及生产、加工到销售的整个食物供给链。茶叶
5、是我国优势特色农业产业，茶叶质量安全水平的提升对于增强我国茶叶产品的国际竞争力具有十分重要的战略意义。茶叶质量安全涉及农药残留、重金属残留、有害微生物、非茶异物等污染因素，涉及到茶叶栽培、加工、运输和贮藏的每一个环节与过程，并与茶树生长环境有着密切的关系。整合国内外大量现有研究，影响茶叶食品质量安全的主要因素可归纳为以下几方面:(1)水、土壤和空气等农业环境资源的污染；(2)种植业和养殖业生产过程中使用化肥、农药、生长激素致使有害化学物质在茶叶中残留；(3)加工和贮藏过程中违规使用非茶食品添加剂(香精、色素等)；(4)微生物引起的食源性疾病；(5)市场和政府失灵，如假冒伪劣、食品标识滥用、违法
6、生产经营等。其中，种植环境的污染是各种茶叶质量安全问题的源头。近年来，茶叶中重金属的污染问题一直受到广泛关注，茶园大气和土壤环境是影响铅污染的重要因素。研究表明，土壤是茶树生长的基质，土壤环境质量不仅关系到茶树的正常生长发育，也影响到茶叶的产量和品质1。据数据显示，珠江三角洲地区的农田土壤已经受到重金属等有毒物质的不同程度的污染，已经有40%的农田菜地受到污染，其中10%属于严重污染。通过对农产品如稻谷、甘蔗、水果、大米等的分析，发现重金属砷、镉等超标现象严重，这与农田土壤的污染有很大关系。项目单位于2014-2015年对英德市茶区的茶叶生产、加工及销售等情况进行调研，并采集了12个村镇的八十
7、余份土壤样品，对其质量和重金属的安全性进行全面评价。结果表明，12%的茶园土壤砷元素含量已经超出GB 15618-1995土壤环境质量标准中对土壤砷含量的限定，砷最高含量已经达到170 mg/kg以上，单项污染指数严重超出该标准，不符合茶园土壤质量要求；茶园土壤综合污染级别已经达到警戒级。然而，人们对砷、镉等元素所引起的污染问题却未重视，而且茶叶质量国家标准中也未对砷含量进行限制。研究表明，砷及其化合物的过量摄入会引起如慢性咳嗽、肺损伤、糖尿病、高血压、虚弱等疾病2。无机砷占总砷的95%，被美国环境保护署（EPA）列为A组致癌物质3。无机砷已被证实与多种癌症的发生有关，如皮肤癌、膀胱癌和肺癌、
8、肾、肝癌症等；慢性摄入砷的最显著影响是皮肤疾病如角质化过度、高/低色素沉着、皮炎。其他的健康危害包括血管疾病、呼吸系统疾病，如周围神经病变、神经行为改变神经系统、认知功能障碍、妊娠期不良反应、贫血等等。研究表明，摄入的80-100%的砷是通过胃肠道和肺部吸收，通过在肾脏的甲基化和尿液可以代谢掉50-70%的砷。当摄入的砷比排出体外的多时，它往往在头发、指甲等组织中积累4,5。国外很多国家报道了砷所带来的人体健康危害，如孟加拉共和国、巴基斯坦等6。国内学者九十年代末期检测了浙江、江苏、安徽和贵州等地328个茶叶样品，砷元素平均含量为0.3 ppm，84%的样品砷含量小于0.5 ppm；2004年
9、检测的2307个茶叶样品，砷元素平均含量为0.65 ppm，62.9%的样品砷含量小于0.5 ppm。这些数据表明，近10年来茶叶中的砷含量升高了近1倍7。砷含量升高的原因、茶叶中砷的增加是否会引起健康等问题一直未受到重视。本单位对英红九号红茶和国内外名优红茶进行了分析，发现英红九号红茶的总砷含量在0.27-0.56 mg/kg范围内；国内外其他红茶中总砷含量在0.31-0.83 mg/kg范围内。这种方法测定出的是总砷含量，而茶汤中的砷才是人体真正摄入的，茶汤中砷的存在形态及其渗透率都是值得深入研究的。有研究表明，茶汤中的主要砷形态是无机砷（亚砷酸砷酸III和V），而有机砷则留在叶片里，叶片
10、里的无机砷含量非常之少，甚至低于检出限8。因此，有毒的无机态砷是人体直接摄入的砷形态。此外，砷在茶汤中的浸出量强烈受到提取时间和温度的影响8。由于热水中砷的浸出能力较低，大部分有机砷在浸泡后留下的茶叶残留，即使在一些含有高浓度砷的原叶样品时，茶汤中有机砷浓度也很低。进而验证了无机形态砷在茶汤中的高含量。有学者采用室内水培法，将不同浓度的As3+添加至三个茶树品种中，研究砷胁迫下的毒害症状和砷胁迫对春梢生长的影响，以及茶树体内各器官对砷的吸收与积累特性9。结果表明，当砷胁迫浓度1 mg/L时，茶树已出现明显的受害症状，砷胁迫对新梢萌发和生长均有显著的负面影响。不同品种耐砷能力有一定差异，福鼎大白
11、茶名山213名山131。3个品种对砷的吸收吸附率的大小顺序为：福鼎大白荼名山213名山131。各器官中的砷含量随砷处理浓度的增加总体呈大幅升高趋势，并且各器官的砷含量与营养液中的砷胁迫浓度呈显著正相关。石元值等7研究认为，茶树受砷、镉污染时，吸收根对阻止土壤砷、镉向新梢转移起到明显的缓冲及屏障作用。上述研究是采用室内水培法模拟砷元素含量超标，研究不同植株部位的砷耐受能力。然而，在高砷含量的茶园土壤中茶树植株的表现状态如何尚未有相关研究。目前，英德茶园土壤已经出现了砷含量超标的现象，然而有关英德地区茶树在高砷胁迫下的植株耐受响应、吸收积累规律、红茶加工过程中砷元素的代谢、茶汤中砷含量状况等方面的
12、研究尚未见报道。英德现有高香型投产茶园面积约3万亩，每年新种植5000多亩高香型茶园，全市茶叶产量每年4000吨左右，茶叶产值接近6亿元人民币。近五年，英德红茶价格平均每年递增25%。2005年，英德市荣获“中国红茶之乡”称号：2006年，“英德红茶”获国家地理标志产品保护；同年广东省质量技术监督管理局颁布地方标准英德红茶（DB/T 300-2006）。2007年，“英德红茶”荣获“广东人民最喜爱的土特产”称号；2010年度上海、广州、深圳茶博会上，“英德红茶”获得金奖；2010年10月，中国茶叶流通协会评选英德为“2010年全国重点产茶县”；2010年12月，“英德红茶”证明商标获国家工商总
13、局注册为地理标志证明商标。浙江大学CARD农业品牌研究中心和中国茶叶杂志共同组成课题组，2010年评估“英德红茶”品牌价值为6.62亿元，名列全国84个茶叶区域品牌第33位；2011年评估英德红茶品牌价值为8.28亿元人民币，比2010年增加1.66亿元，名列全国94个茶叶区域品牌第29位，同时荣获“最佳发展力品牌”荣誉。2015年评估英德红茶品牌价值,12.77亿元，名列全国红茶类第三名，紧跟祁门红茶、正山小种。英德市委、市政府根据茶产业发展的现状，针对不同阶段茶产业发展的重点，出台相对应的扶持奖励政策，以此引导茶产业朝健康成长。出台了英德市扶持奖励农业产业化发展办法，从2008至2011年
14、连续四年，每年财政拿出100多万元来扶持奖励茶产业。在英德红茶发展的带动下，潮州、湛江、韶关、梅州等乌龙茶、绿茶产区企业也纷纷开始生产红茶。起到了良好的示范和带动作用。众所周知，英德地区也是我省重要的工业基地，这种高度集约化工业的不断发展与农业发展产生矛盾，大量工业污水、粉尘、废气的不合理排放，已经导致茶园环境中污染物砷含量增加，直接或间接影响到农业产品的质量和安全性。参考文献：1 马菁，马荣朝，吴维雄. 茶园土壤污染的影响与控制研究. 农机化研究，2009，3：74-79.2 Arain, M.B., Kazi, T.G., Baig, J.A., et al. Determination
15、of arsenic levels in lake water, sedi ment, and foodstuff from selected area of Sindh, Pakistan: estimation of daily dietary intake. Food Chem. Toxicol., 2009, l47: 242-248.3 Milton, A.H., Hasan, Z., Rahman, Z., et al. Chronic arsenic poisoning and respiratory effects in Bangladesh. Toxicol. Appl. Pharmacol., 2004, 198: 243252.4 Kazi, T.G., Baig, J.A., Shah, A.Q.
