三類滇產(chǎn)茶的紅外光譜解析及三級鑒定

徐留仙，伍賢學(xué)，李亮星，陳章菊，艾華林

（玉溪師范學(xué)院資源環(huán)境學(xué)院，云南玉溪653100）

三類滇產(chǎn)茶的紅外光譜解析及三級鑒定

徐留仙，伍賢學(xué)，李亮星，陳章菊，艾華林

（玉溪師范學(xué)院資源環(huán)境學(xué)院，云南玉溪653100）

為了建立一種滇產(chǎn)綠茶、紅茶及普洱熟茶的紅外光譜鑒定方法，通過采集三類茶的紅外光譜及二維相關(guān)紅外光譜并進行三級紅外光譜（傅里葉變換紅外光譜結(jié)合二階導(dǎo)數(shù)紅外光譜及二維相關(guān)紅外光譜）解析.紅外光譜對比分析表明：1 644、1 517、1 451、1 237及1 040 cm-1是三類茶的共有特征峰，它們的吸收強度從綠茶、紅茶到普洱熟茶依次減弱；二階導(dǎo)數(shù)譜中，三類茶間的吸收峰位置、強度差異更加明顯；與草酸鈣的二階導(dǎo)數(shù)譜對比分析發(fā)現(xiàn)，三類茶的草酸鈣相對含量為：綠茶＜紅茶＜普洱熟茶.二維相關(guān)紅外光譜顯示了三類茶的最強自動峰分別為1 635、1 563及1 639 cm-1，通過三級紅外光譜分析可實現(xiàn)三類滇產(chǎn)茶的鑒定.

滇產(chǎn)茶；傅里葉變換紅外光譜；二維相關(guān)紅外光譜；鑒定

近年來，孫素琴等［1-4］以紅外光譜為主要分析手段對中藥等復(fù)雜體系進行系統(tǒng)研究并取得一系列重要成果，奠定了混合物紅外光譜分析的理論基礎(chǔ).周湘萍等［5-7］報道了利用紅外光譜對各類普洱茶樣本的分析研究，但對各類茶樣的特征紅外光譜信息挖掘不夠深入.把現(xiàn)代紅外光譜技術(shù)的用于茶葉品質(zhì)評價及快速鑒別研究過程中，課題組發(fā)現(xiàn)不同類別、不同品牌、甚至不同等級、不同批次茶產(chǎn)品的紅外光譜之間均存在或多或少的差異.

本文對三類滇產(chǎn)綠茶、紅茶及普洱熟茶進行紅外光譜三級鑒定（傅里葉變換紅外光譜、二階導(dǎo)數(shù)紅外光譜及二維相關(guān)紅外光譜），為建立一種基于紅外光譜技術(shù)的茶葉品質(zhì)評價客觀方法提供研究基礎(chǔ).

1 實驗部分

1.1 樣品來源與預(yù)處理

本研究共采集茶樣23個，包括8個綠茶樣、5個紅茶樣及10個普洱熟茶樣.所有樣品均采購于當(dāng)?shù)爻校鶠樵颇洗笕~種茶制品.

茶葉樣品各50 g于50℃烘24 h，粉碎過0.077mm篩得茶葉粉末供紅外測試用.

1.2 儀器參數(shù)及實驗方法

Frontier型傅立葉變換紅外光譜儀（Perkin-Elmer，USA）；DTGS檢測器；掃描范圍：400～4 000 cm-1；二維紅外光譜變溫附件（北京朝陽自動化儀器廠）：分辨率為4 cm-1，累計掃描32次，掃描時自動扣除H2O和CO2的干擾.原始紅光譜由Spectrum 10.0紅外光譜軟件（Perkin-Elmer，USA）處理，二階導(dǎo)數(shù)紅外光譜經(jīng)Savitzky-Golay擬合得到（13點平滑），二維相關(guān)紅外光譜由2DCOS IR軟件處理（清華大學(xué)化學(xué)系研制）.

紅外光譜（FTIR）采用溴化鉀（天津天光）壓片法測定.分別取茶樣粉末約2mg與約100mg溴化鉀混合研磨均勻后放入壓片模具，8 t壓力下保持2min，然后進行紅外測試得室溫下的紅外光譜.將上述溴化鉀壓片法所得的樣品片裝入變溫附件，程序控溫下每升溫10℃采集一次紅外光譜得茶樣在50～120℃間的系列紅外光譜，經(jīng)2DCOS IR軟件處理即得相應(yīng)二維相關(guān)紅外光譜.

2 結(jié)果與討論

2.1 三類滇產(chǎn)茶的紅外光譜分析

本文涉及的23個茶樣紅外光譜重疊圖見圖1，代表性滇產(chǎn)綠茶、紅茶及普洱熟茶代表的紅外光譜分層布置圖見圖2.從圖1可以看出，同類茶樣間的紅外光譜相似度遠遠高于不同類茶樣間的相似度.結(jié)合圖2可以看出，三類茶在3 350、2 927、1 644、1 519、1 451、1 368、1 322、1 237、1 146、1 050 cm-1等位置附近具有共同吸收峰，總體紅外光譜吸收特征較為相似.但仔細比較不難發(fā)現(xiàn)共有峰的峰強度及部分峰位置存在明顯差異.按綠茶、紅茶及普洱熟茶（下文均以此順序比較）的順序，3 350 cm-1附近的強吸收帶呈現(xiàn)出向高波數(shù)端移動的趨勢，主要歸屬于纖維素、茶多酚、茶多糖的O—H及蛋白質(zhì)、氨基酸的N—H伸縮振動吸收峰；三類茶在1 600～1 000 cm-1區(qū)間的共有峰吸收強度遞減，普洱熟茶的最弱，1 157 cm-1附近峰是普洱熟茶獨有的特征峰.

上述結(jié)果表明，根據(jù)各自的紅外光譜吸收特征及彼此之間的光譜差異可以初步地將三類滇產(chǎn)茶區(qū)別開來.二階導(dǎo)數(shù)紅外光譜可以提高紅外光譜的表觀分辨率，故對三類茶進行了二階導(dǎo)數(shù)紅外光譜處理及分析.

2.2 三類滇產(chǎn)茶的二階導(dǎo)數(shù)紅外光譜分析

23個茶樣的二階導(dǎo)數(shù)紅外光譜重疊圖（1 360～950 cm-1）見圖3.從圖3可以進一步看出同類茶樣間的光譜一致性遠遠高于不同類茶樣間的光譜一致性，同時可以更清楚的發(fā)現(xiàn)三類茶在1 344、1 240、1 148、1 071、1 035、1 015、968 cm～1等處的吸收峰位置、強度差異.

三類滇產(chǎn)茶和草酸鈣的二階導(dǎo)數(shù)紅外光譜圖見圖4.首先，三類茶的紅外光譜在1 200～1 000 cm-1范圍的光譜差異變得更加明晰，綠茶和紅茶都具有1 145 cm-1和1 103（1 105）cm-12個相對強度不同的共有峰，而普洱熟茶中的相應(yīng)峰則分別位移至1 159 cm-1和1 114 cm-1附近，且兩峰強度相近，該兩峰為普洱熟茶中獨有的特征峰.其次，通過與草酸鈣二階導(dǎo)數(shù)紅外光譜的1 318 cm-1及782 cm-1的2個特征峰對比分析，發(fā)現(xiàn)2種發(fā)酵茶的對應(yīng)峰均比綠茶的強，普洱熟茶更甚.這樣的光譜吸收差異說明茶葉發(fā)酵發(fā)酵過程中可能產(chǎn)生較多的草酸鈣代謝物.通過1 750～1 600 cm-1區(qū)間的光譜差異分析也可對三類茶進行鑒別.

2.3 三類滇產(chǎn)茶的二維相關(guān)紅外光譜分析

三類茶在1 427～1 675 cm-1區(qū)間的同步二維相關(guān)紅外光譜等高線圖（見圖5）和自動峰圖（見圖6）.等高線圖直觀的反映了三類茶對熱微擾的差異，自動峰圖則反映了三者自動峰的位置及相對強度差異.從等高線圖可以看出，三類茶的主要自動峰峰位存在明顯差異；從自動峰圖則發(fā)現(xiàn)綠茶相對于紅茶或黑茶的峰形更尖銳.表1統(tǒng)計了三類茶自動峰（相對強度50%以上）峰位置和相對強度數(shù)據(jù).綠茶、紅茶及普洱熟茶的最強自動峰分別為：1 635、1 563、1 639 cm-1.根據(jù)二維紅外光譜的直觀差異、自動峰位置及相對強度差異，可以更直觀、準(zhǔn)確的將三類茶區(qū)別開來.

表1 三類滇產(chǎn)茶的二維同步相關(guān)紅外光譜的主要自動峰比較

3 結(jié)語

通過對滇產(chǎn)綠茶、紅茶及普洱熟茶共計23個樣本進行紅外光譜及變溫微擾二維紅外光譜的測定和分析，發(fā)現(xiàn)三類茶的紅外光譜特征吸收峰位置具有較高的相似性，但共有峰的吸收強度則呈現(xiàn)出遞減趨勢，普洱熟茶的最弱；1 159 cm-1及1 114 cm-1附近吸收峰是普洱熟茶獨有的特征峰.三類茶中均含草酸鈣，相對含量高低順序為：綠茶＜紅茶＜普洱熟茶.三類茶熱微擾下的二維相關(guān)紅外光譜自動峰位置及相對強度均存在明顯差異，最強自動峰分別為：1 635、1 563 cm-1及1 639 cm-1.研究結(jié)果表明，滇產(chǎn)綠茶、紅茶及普洱熟茶具有各自的光譜特征，利用紅外光譜、二階導(dǎo)數(shù)紅外光譜及二維相關(guān)紅外光譜的特征差異可以實現(xiàn)三類滇產(chǎn)茶的快速鑒定.本研究結(jié)果對于滇產(chǎn)茶的品質(zhì)評價具有一定的參考價值.

［1］SUN Su-qin，CHEN Jian-bo，ZHOU Qun，et al.Application of mid-infrared spectroscopy in the quality control of traditional Chinesemedicines［J］.Planta Medica，2010，76：1987-1996.

［2］孫素琴，周群，陳建波.中藥紅外光譜分析與鑒定［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

［3］SUN Su-qin，ZHOU Qun，CHEN Jian-bo.Infrared spectroscopy for complex mixtures［M］.Beijing：Chemical Industry Press，2011.

［4］孫素琴，周群，陳建波.ATC 009紅外光譜分析技術(shù)［M］.北京：中國質(zhì)檢出版社，2013.

［5］周湘萍，劉剛，時有明，等.普洱茶的傅里葉變換紅外光譜鑒別研究［J］.光譜學(xué)與光譜分析，2008，28（3）：594-596.

［6］王怡林，楊群.普洱熟茶和普洱生茶的FTIR研究［J］.光散射學(xué)報，2009，21（1）：77-81.

［7］XU Chang-hua，JIA Xiao-guang，XU Rong，et al.Rapid discrimination of Herba Cistanches by multi-step infrared macro-fingerprinting combined with soft independent modeling of class analogy（SIMCA）［J］.Spectrochimca Acta A，2013，114：421-431.

（責(zé)任編輯 王 琳）

Analysis and identification of three kinds of tea from Yunnan province by three-level infrared spectroscopy

XU Liu-xian，WU Xian-xue，LI Liang-xing，CHENG Zhang-ju，AI Hua-lin
（College of Resources and Environment，Yuxi Normal University，Yuxi653100，China）

For developing a method to identify green tea（GT），black tea（BT）and ripened Pu-erh tea（PET）fromYunnan province，F(xiàn)ourier transform infrared spectroscopy（FT-IR）and two-dimensional correlation infrared spectroscopy（2D-IR）were used plus a three-level infrared spectroscopy method（FT-IR combined with second derivative infrared spectroscopy（SD-IR）and 2D-IR）.The comparative analysis of FT-IR shows that1 644， 1 517，1 451，1 237 and 1 040 cm-1are common characteristic peaks of GT，BT and PET and the absorption intensity of them decreases in order.Accordingly，the three kinds of tea can be differentiated primarily.The differences of peak position and peak intensity among the three teas become more evident in SD-IR.By comparison with SD-IR of calcium oxalate，it can be found that the relative content of calcium oxalate in the three tea samples is as follows：GT＜BT＜PET.Subsequently，2D-IR spectra have displayed the differences among the three types tea in a visualized way.The strongest auto-peak in 2D-IR of GT，BT and PET is1 635，1 563 and 1 639 cm-1respectively.The analysis results have demonstrated that GT，BT and PET have their own infrared spectral characteristics and can be identified unambiguously by the three-level infrared spectrum analysis.

Yunnan tea；Fourier transform infrared spectroscopy（FT-IR）；two-dimentional correlation infrared spectroscopy（2D-IR）；identification

O657.33

A

1672-8513（2014）06-0424-05

2014-06-26.

玉溪師范學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新實驗項目（2013B03）.

徐留仙（1990-），女，本科.主要研究方向：分子光譜.

伍賢學(xué)（1974-），男，碩士，副教授.主要研究方向：天然產(chǎn)物化學(xué)與分子光譜.