基于紅外光譜雙指標(biāo)序列法判斷綠茶采收的時(shí)間順序

張燕飛，金慧君，徐蕓蕓，鹿建偉

（黃山學(xué)院 信息工程學(xué)院，安徽 黃山 245041）

現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究證明綠茶含有茶多酚、氨基酸、咖啡堿等成分，具有提神醒腦、去膩降火、清熱解毒、醒酒等功效[1].然而市場(chǎng)上綠茶的質(zhì)量參差不齊，所以如何快速鑒別綠茶質(zhì)量是否合格就顯得至關(guān)重要[2].綠茶的市場(chǎng)價(jià)格隨著采摘時(shí)間而變化：采摘越早的綠茶，其市場(chǎng)價(jià)格越高.部分不法商人經(jīng)常利用這一點(diǎn)，以晚充早，導(dǎo)致綠茶的市場(chǎng)價(jià)格混亂.因此對(duì)綠茶采摘時(shí)間的判斷有重要的意義.紅外光譜檢測(cè)可以反映物質(zhì)的結(jié)構(gòu)成分信息，如物質(zhì)的化學(xué)鍵或官能團(tuán)，具有很強(qiáng)的重復(fù)性和快速性[3]，在許多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，比如藥品的分類(lèi)及質(zhì)量檢測(cè)、果蔬農(nóng)藥殘留檢測(cè)、食品安全檢測(cè)等[4-5].

本實(shí)驗(yàn)采用傅里葉變換紅外光譜儀，以2018年清明前后采集的4批次的黃山市屯溪區(qū)平頂山綠茶茶葉為樣品，測(cè)試其紅外光譜圖，建立多維共有峰率和變異峰率的雙指標(biāo)序列分析法[6-7]，從共性和異性?xún)蓚€(gè)方面對(duì)綠茶進(jìn)行全面分析，以判斷綠茶的采摘時(shí)間順序.

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

儀器：FTIR-850紅外光譜儀、DF-4壓片機(jī)、HW-3A溫控紅外烘箱、GZX-9030MBE電熱鼓風(fēng)干燥箱.

溴化鉀（光譜純），純凈水（實(shí)驗(yàn)用水），黃山綠茶樣品.

1.2 樣本制作

2018年清明前后在黃山市屯溪區(qū)平頂山4次采集綠茶茶葉（Camellia sinensis（L.）o.Kuntze），其標(biāo)記如表1所示.

表1 綠茶樣品信息表

1.3 紅外光譜測(cè)試

待測(cè)茶葉樣品在真空干燥箱50°C下烘干至恒重，再放入瑪瑙研磨缽，在紅外燈照射條件下研磨4～5min，過(guò)100目篩收集，收集后的粉末再次放入真空干燥箱40°C烘干至恒重，密封保存.

4種樣品各取5 mg分別與900 mg干燥后的溴化鉀粉末一起放入瑪瑙研缽里，在紅外燈照射條件下混合研磨5 min，稱(chēng)取150 mg混合粉末均勻放入壓片模具內(nèi)，將模具放在壓片機(jī)上，正確固定后加壓10 t，保持1 min，制成圓片狀透明樣本，將樣品片置于紅外光譜儀中掃描32次以獲得樣品的紅外光譜.

2 結(jié)果與討論

2.1 4種不同采收期綠茶的紅外光譜數(shù)據(jù)

從如圖1可以看出：4種綠茶樣品的紅外光譜非常相似.這是因?yàn)?個(gè)樣品來(lái)源于同一植物，只是采摘的時(shí)間稍微有所不同.由圖1可知：3500～3400 cm-1主要是纖維素、茶多酚和茶多糖的O—H及蛋白質(zhì)和氨基酸的N—H伸縮振動(dòng)吸收峰；3000～2800 cm-1主要為亞甲基的飽和碳?xì)渖炜s振動(dòng)；1700 cm-1主要為CO的伸縮振動(dòng)；多糖的平面彎曲振動(dòng)出現(xiàn)在800 cm-1附近；糖類(lèi)的C—O伸縮振動(dòng)出現(xiàn)于1060 cm-1附近.具體譜圖數(shù)據(jù)見(jiàn)表2.

圖1 茶葉樣品的紅外光譜圖

表2 4個(gè)茶葉樣品的紅外吸收峰

2.2 紅外光譜圖的共有峰率、變異峰率、雙指標(biāo)序列

紅外光譜圖共有峰率和變異峰率[12]計(jì)算公式如下：

變異峰率：1個(gè)IR圖譜中變異峰數(shù)與共有峰數(shù)的比值.即a的變異峰率為的變異峰率為

計(jì)算不同樣品之間紅外光譜圖的共有峰率和變異峰率，具體見(jiàn)表3.在比較序列中，P為2個(gè)比較樣品的共有峰率，Pva為前者相對(duì)于后者的變異峰率；Pvb為后者相對(duì)于前者的變異峰率.列出綠茶樣品的n維雙指標(biāo)分析序列，從共同性和差異性?xún)煞矫娣治?當(dāng)它們的共有峰率越大時(shí)，表明這兩個(gè)圖譜的共性越大；共有峰率越小，共性就越小.同理，兩個(gè)圖譜的變異峰率越大，說(shuō)明兩種樣品差異越大；變異峰率越小，樣品之間的差異性也越小，即樣品的種類(lèi)或者某些性質(zhì)相近.

表3 綠茶雙指標(biāo)序列的比較

2.3 實(shí)驗(yàn)分析

2.3.1 橫向分析

樣品K1波峰多集中在500～2000cm-1范圍內(nèi)，在2000～4000cm-1內(nèi)有少數(shù)峰，無(wú)明顯的單峰.

樣品K3波峰多集中在500～2000cm-1范圍內(nèi)，并且在2250～2500cm-1范圍內(nèi)有一個(gè)小的單峰.

樣品K2和樣品K4波形走勢(shì)和波峰分布同綠茶K1無(wú)明顯差別.

2.3.2 縱向分析

4種綠茶在3000～4000 cm-1之間有一個(gè)寬峰，而K3在2000～2500 cm-1之間有一個(gè)小的單峰，可以分辨出與K1、K2、K4的不同.除此之外，K3的波形走勢(shì)和波峰分布與K1、K2、K4幾乎相同.

2.3.3 雙指標(biāo)分析

1）第1組：K1K2(88.2；0.0,13.3)、K1K3 (83.3；0.0,20.0)、K1K4 (82.4；7.1,14.3)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示K1與K2、K3、K4之間共有峰率都在82.4%以上，說(shuō)明K1與K2、K3、K4之間物質(zhì)成分性質(zhì)相似、關(guān)系相近.K1K2、K1K3和K1K4之間的共有峰率從88.2%降低到82.4%，表明K2、K3、K4與K1親疏關(guān)系上依次降低，可能說(shuō)明采摘時(shí)間上K2離K1最近，K4離K1最遠(yuǎn).這與4種樣品的實(shí)際采摘時(shí)間順序是吻合的.

從K1與K2的變異峰率上看，K1的變異峰率為0.0%，K2的變異峰率為13.3%；K1與K3相比，K1的變異峰率為0.0%，K3的變異峰率為20.0%；K1與K4比較，K1的變異峰率為7.1%，K4的變異峰率為14.3%.所以可以得出K1與K4的差異最大，K1與K3的差異稍大，K1與K2的差異最小.這表明K1和K4的采摘間隔最大，K1和K2的采摘間隔最小.這與4種樣品的實(shí)際采摘時(shí)間間隔是吻合的.

2）第2組：K2K3(94.4；0.0,5.9)、K2K4(94.4；6.3,0.0)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示K2與K3和K4的共有峰率為94.4%以上，樣品之間差異較小.K2與K3之間，K2的變異峰率為0.0%，K3的變異峰率為5.9%；K2與K4之間，K2的變異峰率為6.3%，K4的變異峰率為0.0%.由此可知K2和K3的變異峰率小于K2和K4.這表明K3與K4的采摘間隔比K2和K4的采摘間隔大，說(shuō)明三者的采摘順序可能為K2、K3、K4.這與實(shí)際的采摘時(shí)間順序吻合.

3）第3組：K3K4(94.1； 0.0,6.3)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示K3與K4之間共有峰率為94.1%，K3的變異峰率為0.0%，K4的變異峰率為6.3%.這說(shuō)明K3、K4結(jié)構(gòu)成分非常相似，差別極其微小，K3和K4的采收時(shí)間相差不大.

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析可得出：利用共有峰率、變異峰率的雙指標(biāo)序列法對(duì)綠茶的紅外光譜進(jìn)行分析，可以判斷出黃山平頂山所采摘的4種綠茶的采收時(shí)間順序.本論文的研究拓展了紅外光譜法和雙指標(biāo)序列分析法在茶葉采收順序判斷方面的應(yīng)用，也為其他植物樣本的采收時(shí)間判斷提供了有益的借鑒.