Изотопный анализ и географическая идентификация чая

В наше время, когда похожие в общих чертах по своему внешнему виду, вкусу и аромату чаи производятся в самых разных регионах Китая, проблема определения происхождения чая стоит как никогда остро. Квалифицированный профессиональный титестер в большинстве случаев без труда отличит высококлассный чай из традиционного района его производства от дешёвой реплики из другого региона. Но хотелось бы избавиться от элемента субъективности, а в идеале – дать потребителям простой и надёжный метод, которым они могли бы пользоваться самостоятельно. Поэтому учёные постоянно рассматривают различные инструментальные методы географической идентификации чая.

Прогностическая эффективность изотопной, микроэлементной и комбинированной моделей.

Мы уже писали о том, как можно применить для решения этой задачи БИК-спектроскопию (https://vk.com/club47905050?w=wall-47905050_18838 ); большие надежды возлагаются на так называемые «электронные носы» (см. https://vk.com/club47905050?w=wall-47905050_18665 ). Но оказывается, что высокую чувствительность и надёжность демонстрирует и такой неожиданный (в данном контексте) метод, как изотопный анализ.

Соотношение обычного водорода и водорода-2, то есть дейтерия в растениях зависит от широты и высоты над уровнем моря места их произрастания. Содержание тяжёлой воды в облаках выше всего в момент их образования над морем. По мере продвижения вглубь суши и набора высоты содержание дейтерия в них снижается – тяжёлая вода быстрее обычной выпадает в виде дождя или снега. В результате в грунтовых водах, а следовательно, и в тканях растений возникает градиент дейтерия с уменьшением от побережья вглубь материка. Такую же закономерность можно найти и в распределении кислорода-18. Содержание в растениях углерода-13 сильно зависит от климатических условий – во влажной среде оно оказывается ниже, а в засушливых условиях – выше. А на содержание азота-15 влияют методы ведения сельского хозяйства: при применении органических удобрений этого изотопа в растениях накапливается больше, а при использовании химических удобрений – меньше. Таким образом, комбинация этих показателей может много рассказать о происхождении продукта. Анализ соотношения стабильных изотопов был успешно использован для определения происхождения апельсинового сока, фруктов, вина и молока.

Ещё один химический маркер географии продукта – микроэлементы. Их содержание зависит от состава почвы, климата, удобрений и др. Цезий и рубидий легко извлекаются растениями из почвы и служат хорошими индикаторами географической идентичности; на содержание меди, цинка и кадмия влияет сельскохозяйственная деятельность. Показана эффективность профилирования микроэлементов при определении происхождения мёда, лука и вина.

В 2017 г. в Журнале аналитических методов в химии (Journal of Analytical Methods in Chemistry) была опубликована работа группы учёных из Ключевой лаборатории биометрологии, инспекции и карантина провинции Чжэцзян, посвящённая применению анализа изотопных отношений и содержания микроэлементов для различения уишаньских улунов и их реплик из других регионов (https://www.hindawi.com/journals/jamc/2017/5454231/ ). Полный текст публикации я прикрепляю к посту в формате pdf, а ниже вкратце расскажу о сути и результатах исследования.

Замечу, что объект исследования выбран с большим знанием дела, работа Лоу и соавторов – пример подлинно актуального труда. Спрос на улуны в уишаньском стиле настолько высок, что Уишань не в состоянии его удовлетворить. Значительная часть чая, продающегося как У И Янь Ча, не имеет отношения не только к уезду Уишань, но и к округу Наньпин в целом; часть его делается вообще не в Фуцзяни. Особенно велика доля такого чая в бюджетном сегменте. Поэтому многие российские любители чая, начинающие своё знакомство с чаем такого типа с крайне дешёвых образцов – около 1000 руб/100г в российской рознице, а иногда даже дешевле – и ограничивающиеся ими, возможно, вообще никогда уишаньских улунов не пробовали, а пробовали на самом деле только цзяньянские, чжанчжоуские, а то и гуансийские. Вкус утёсного чая им вовсе не знаком, но они этого, как правило, не понимают. В их сознании есть образ «Да Хун Пао», но это не более чем ложный вкусовой стереотип – этот «Да Хун Пао» к горам У И никакого отношения не имеет.

Китайские учёные исследовали 132 образца чая. 99 образцов были взяты из 11 районов уезда Уишань (ровно по 9 из каждого района): кварталы У И (武夷街道办), Чунъань (崇安街道办) и Синьфэн (新丰街道办), посёлки Синцунь (星村镇), Синтянь (兴田镇) и Уфу (五夫镇), сёла Шанмэй (上梅乡), Утунь (吴屯乡), Ланьгу (岚谷乡) и Янчжуан (洋庄乡), а также Сямэй (下梅村), который относится к территории Шанмэя и единицей административно-территориального деления Уишаня не является, но это важный район производства улунов, поэтому в рамках данной работы он приравнен к десяти другим районам. 33 образца представляли 11 неуишаньских локаций (ровно по 3 из каждой): уезды Цзяньян, Цзяньоу, Сунси и Чжэнхэ фузяньского округа Наньпин; два района в округе Чжанчжоу и один район в округе Цюаньчжоу на юге Фуцзяни; округ Ганьчжоу и уезд Уюань округа Шанжао провинции Цзянси; провинция Гуйчжоу; Гуанси-Чжуанский автономный район. Обратите на это внимание. Вот такова география чая, который может продаваться как «У И Янь Ча» — другие уезды, другие округа и даже ряд других провинций.

Для определения отклонений в содержании водорода-2, кислорода-18, углерода-13 и азота-15 использовали масс-спектрометрию изотопного отношения (IRMS), для определения содержания титана, хрома, кобальта, никеля, меди, цинка, рубидия, кадмия, цезия, бария и стронция – масс-спектрометрию с индуктивно-связанной плазмой (ICP-MS), кальция, магния и марганца – пламенную атомно-абсорбционную спектрометрию (FAAS). Затем полученные данные обрабатывались методом опорных векторов (SVM).

Оказалось, что из изотопов макроэлементов наиболее информативны водород-2 и кислород-18, а из микроэлементов – цезий, медь, кальций и рубидий.

132 образца были разделены на два набора – обучающий (66 уишаньских образцов и 22 не уишаньских, итого 88) и тестовый (33 уишаньских образца и 11 не уишаньских, итого 44). Были построены три математических модели – изотопная, микроэлементная и комбинированная. Чтобы было понятнее: 88 образцов условно принимаются за эталон, и путём математического анализа находятся статистически достоверные различия между уишаньскими и не уишаньскими образцами из этого набора. А потом учёные берут 44 других образца и смотрят, можно ли с помощью построенной модели правильно определить, откуда каждый из этих тестовых образцов.

Оказалось, что чувствительность изотопной модели – 94% (из 33 уишаньских образцов верно был определён 31), специфичность – 91% (из 11 не уишаньских образцов верно были определены 10), суммарная точность – 93% (41 из 44). У микроэлементной модели показатели хуже: чувствительность – 88% (из 33 уишаньских образцов верно были определены 29), специфичность – 45% (из 11 не уишаньских образцов верно были определены только 5), суммарная точность – 77% (34 из 44). Зато их объединение дало прекрасный результат: чувствительность комбинированной изотопно-микроэлементной модели – 97% (из 33 уишаньских образцов правильно были определены 32), специфичность – 100% (все 11 не уишаньских образцов были «угаданы» верно), суммарная точность – почти 98% (43 из 44). Только одна ошибка!

Конечно, для экспресс-анализа происхождения чая в домашних условиях масс-спектрометрию вряд ли когда-нибудь удастся использовать. Это дорогой и сложный метод. Но эта публикация – повод восхититься изобретательностью учёных, а также ещё одно доказательство, что внешне похожие чаи с разным происхождением имеют вполне достоверные различия в составе.

География чая – это не теория, а то, что реально влияет на свойства чая.


Происхождение исследованных образцов, A – уишаньских, N – не уишаньских (оцените широту их географии).

02 февраля 2021 г.
Источник: Самая домашняя чайная «Сова и Панда» https://vk.com/club47905050
Антон Дмитращук https://vk.com/id183549038


Понравилась статья? Поделись с друзьями!


Обсуждение закрыто.