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近红外光谱法检测绿茶品质成分的研究

2018.7.05

绿茶是我国人民的主要饮料茶之一,也是我国大宗的出口产品。绿茶的品质检验,迄今还沿用实物标准样为依据,以感观审评为主的检验方法。此方法有一定的局限性,迫切需要一种简易、准确、快速的分析方法,把绿茶品质特征用理化分析的数据表达出来,以适应绿茶质量控制和评定品质等级的需要。据研究报导:(1}绿茶品质是品质成分的综合反映,又是绿茶滋味品质成分的协调结果。各种品质成分对绿茶品质都有一定相关性。与绿茶关系密切的品质成分有:游离氨基酸 (r=0.337)、茶多酚(r。0.562)、咖啡碱(r=0.859)、总氮(r=0.837)、粗纤维 (r=0.900);此外,绿茶水分含量对其耐贮性产生影响,也是一项重要理化指标。由于近红外光谱分析不需要样品的预处理,并具有快速、准确、稳定和多种成分同时凉量分析等优点,符合用于绿茶理化检验的要求。1983年日本茶业界开始研究用近红外光谱法检验绿茶中的主要成分,并取得某些进展[2)(3)(4)。而我们研究并建立的绿茶5种品质成分近红外光谱法,其计算模式已贮入仪器的计算机中,每种茶样只需gO秒钟时间就可狄得5种成分的测定结果,且可连续进行测试,比常规化学法分析效率提高了几十倍,已成功地应用于绿茶的理化检验。一、实验部分 (一)茶样收集与处理本试验所采用的绿茶样品,以炒青为主要茶样,共计收集80余种,由三部分组成;1.商业部批准的初制炒青绿茶标准中杭、平、遂、温4套(每套6个等级)共24个标准茶样;2.高档优质名茄浙江龙井、江苏碧螺春、安徽黄山毛峰等;3.市场经销的绿茶。绿茶样品经过粉碎处理,并经过0.5毫米的筛孔收集在棕色120毫升样品瓶中,密封保存。用于测定水分的茶样,逃狩了一些经过增湿或干燥处理的,使茶样水分含量范围扩大为0.5一10％之间。 (二)仪状与设备 ·;18.1.定氮仪(瑞典TECATOR公U),川刑消化邢、1厂3型歼地比;I.紫外汁光光 k门(卜1本岛淬公司)uv一3 0H型;3.分光光度汁(上海分析仪状厂)7 21收;4,匕于分析天平(日本岛津公司)AEL—16O型;5.小型粉碎机(瑞典TECATOR公司、带标 Irij们;6.近红外分析仪(荧园PACIFIC—SCIFNTIFIC公司)625()Rg;7 实37f{常规一实验仪器。 (三)测定方法 1.按照国家茶叶的标准化学分析方法。分别测定8一余种绿茶样品中S种化学成分(总氮、游离氨某酸、茶多酚、咖啡碱及水_+)’…h灵。选择其小,11种茶样作为定标茶样,余下的用于方法验证。 2.采用近红外分析仪测定(反射测量法)。将经过粉冲处理的茶样,按照一定顺序均匀填装在直径％毫米带有石英玻璃盖的测试皿中,置于近红外分析仪中,用波长1VQ一25加 urn近红外光照射,反复扫描20次,每隔 2 urn波长o动记录一个吸光度,绘制出绿茶近红外光谱图及二次微分光谱图,如图i图2所示。同时输入定标茶样的5种成分化于,法的测定伙, 纤计算机进行多元回归分析处理,求得绿茶5种成分的炖征吸收波长和建)了定量问归方程式。上述操作过程均由仪能中电脑来完成。为了提高分析的精哈,一般采用近灯外微分光。川,在实际计算式中采用二次微分吸光度进行计算。二、结果与讨论 (一)近红外特征吸收波长的确定近红外分析原理是利用绿茶的主要成分相关联的化学基团,在近红外光波段有它的特征吸收波长,在这些波长上,它的吸光度与其含量成正比。如绿茶近红外光谱图(二次微分光们)中,以H—OH表示水分的吸收,一CONH、一CONH。表jJ;氮化合物中蛋白质肽键和氦基酸类酚胺键的吸收。绿茶中某一成分的特征波长,是在参考文献和光谱图的基础上,通过多次_实验和回归分析筛选而确定的。基本上是按照下列二个个>则:I、”讹学成分相关联的基闲在光谱阉」二的位置(即波长)32、选抒勺成分含量相关系数最大的波长。最后还需要经方法验证来确定。通过外[c种定标茶样进行近红外光谱川伍,井纺合输入化学法测定值依’＃引、算机进行回归分析,求惕绿茶的5种化学成分特征吸收波长(》分别为:总氮二088色微状、游离氨基酸2170毫微米、咖啡碱172小8微米、茶多酚1494‘B微米、水分19969微米。 (二)定量回归方程式的建立选定这5种成分特征吸收波长为定量方程的第一波长进行回归分析。由于绿茶是多种成分构成的,分析所得近红外光谱是绿茶多种成分的综合反映,在定量分析时考虑到各个成分对某一被测成分分析结果的影响,一般采用3—4个变量(波长)进行多元Pi归分析,以提高分析的精密度和相关系数。回归方程式中第二、三、四波长由仪器中计算机白动选定。建立的绿茶5种成分多兀回归方程式如卜: 、,_。。。I、。。。_、_。、1,。,2088nr区、。。、。,。、。j Zo42nth、 l-总氮 C(％)=3.302+1、721d‘Ac兴义X:-)+0905d’A(H尖兴二) ’“”””””””—”——-”——”168 4 11 n”-”———”20 4 6n m” ·49.2·游离氨基酸 C(％)=(一)14820干(一)8·8648d’A(4…)+(一) 0 9240d’A(w) 3.咖啡碱 C(％)=2.868+41.498d‘A(1724urn)+(一)88.383d‘A(1602 urn)+j73808d‘人(Z192nm)+ i18.535d’A(2248urn) 4.茶多酚 C(％)=26.379+1339.478d’A(1494urn)+2620.433d‘A(1654urn) +(＊)1234.829d’A(1900urn) 十(一)1372.1064’A(2340urn) 5.水分 C(n)=5.976+176.397d‘A(1946urn)+(一)321.47id‘A(2344urn) 十(一)698.9244’A(1824urn) +65.690d’A(1900urn) 注:式中;d’A为吸光度的t次微分 (三)用标准化学法验证近红外光谱法二.用标准化学法和近红外法分别测定31种未知茶样的5种化学成分的含量,并求出两种方法间的标准偏差和相关系数。结果如下表所示。近红外法和化学笨测定值标准偏差和相夫系戮顶日l 住钉I 燃惠氧其酸I 咖姚碱l 鉴多酚17k 朴相关系数no_993 0888 0.966 0.917.998 ＄t准偏差sl 00808 0 228]0.163-29.146 2.用t检验法比较近红外法与化学法测定值的差异程度,结果如下表所示。近红外法和化学法词定值的t值 iMll.580 1370 0.372 1053 0216 上述5种成分I值均小于I(0.1,30)-2.57O。说明两种方法测定值无显著差异,置认度达99％以上,具有很高的准确性。因此,用近红外法测定绿茶的5种成分能够保证分析的准确性和精密度,所以建立近红外光谱法得到确认。 (四)近红外吸光度与成分含量的相关性从绿茶近红外光谱解析,见图3图4所示,表明绿茶5种成分的舍量与相应近红外吸光度(及二次微分值)有良好的相关性,并成一定比例线性关系。因此,使用近红外法就能够快速、准确地取得绿茶5种成分的含量,可以用于绿茶生产过程中控制质量和评定等级的科学依据。 (五)近红外测定值的重现性用Dixon法和Pearson ShePhes法(sj检验,每种成分经检验均合格(下表)说明测定 ·50.值的重现性良好。近红外测定值直现性样品:杭炒青(3级) 项目D 总氮I 游离氨基酸8 咖啡碱5 茶多酚]水分、DIXOliAnll l M八MYI 0.250 0333 0500 0250 0167 MdeMr。]0250 0167 0333 0538.091 P—S法(R/S)11.1150.93330.882-1.5600.545 Dixon法临界值 r(8,0.05)=0.554 P—S法临界值 R/S(8,0.05)=3.399 (六)影响实验结果的几个因素: 1.建立近红外法的定标茶样应有足够数目并具有代表性。验样不少于30个以上,使数理统计有意义。 2.茶样粉碎时,应防止过热,以兔使茶样改变原来的性能。 3.茶样粉碎后要过筛,粒度要均匀一致。茶样填装于测试M时应定量并均匀密实,以减少近红外测定的误差。一4.近红外法是根据化学法测定值为基础,并经逐步回归分析建立起来的。因此,要求化学法测定值非常准确,最好几个实验室同时提供分析数据,从中筛选。 A 图1.绿茶近红外光谱”’个于二、后一下而一一布了一下F一下不一一了厂一而L ·51,dxh .l沉’:吧_.【口回【下邑bI习e口川wJ一pJ已oO 儿巩图2.绿茶近红外二次微分光谱人悦09tboallLto。回回回互口回回回回回竺回回回回回回回回回J。….、。、…。、、..、。、。+ N。且粤00if00lq@fY00lq082t。。23ioJ。tol。。。图3,不同等级绿茶近红外光谱 z沁gi..1。图4.不同等级绿茶近红外二次微分光谱(局部放大图)·52.近红外光谱法检测绿茶品质成分的研究@夏贤明$商业部食品检测科学研究所 @丁宁$商业部食品检测科学研究所近红外光谱法;;总氮量;;游离氨基酸;;咖啡碱;;茶多酚;;水分通过40个绿茶试样进行近红外光扫描和多元回归分析处理,求得绿茶的总氮量、游离氨基酸、咖啡碱、茶多酚和水分等5种品质成分的近红外特征吸收波长,并建立了计算多元回归方程式.选用31个未知茶样,用标准化学法来验证近红外法,其相关系数(r和)标准偏差(S),总氮量(r=0.993 S=0.0808)、游离氨基酸(r=0.888 S=0.228)、咖啡碱(r=0.966 S=0.163)、茶多酚(r=0.917 S=1.29)、水分(r=0.998 S=0.146).并经t检验,近红外法和化学法测定结果差异不显著.因此,确认近红外光谱法可用于绿茶的品质检验.

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周锦帆