近红外光谱分析技术在茶叶成分检测中的研究.pdf

近红外光谱分析技术在茶叶成分检测中的研究* 吕进1，2刘辉军2林敏2陈华才2庄松林 (1．上海理工大学光电子信息工程学院，上海200093； 2．中国计量学院计量技术工程学院，杭州310018) 摘要本文综述了近红外光谱(NmS)分析技术在茶叶成分检测中的国内外应用情况．研 究建立茶叶中水分、茶多酚、咖啡碱和氨基醺等四种主要成分的近红外分析模型，并对这些成 分的ns模型和神经网络模型预测结果进行了比较分析。实验表明，建立基于非线性的神经网 络模型是解决茶叶整叶的光谱与各组分浓度问关系的有效方法，模型具有很好的稳健性。 关键词N1RS；茶叶；成分检测 传统的茶叶品质分析目前多是通过评定者的感官评定与理化分析实现的，此方法的不足 显而易见，如评定者的感官的灵敏度易受外界及主观因素的影响，理化分析方法过程繁琐， 分析周期氐，仪器设备与分析费用高。传统的感官评定和理化分析方法制约了我国茶叶质量 档次及其制品深加工技术的提高，研究新型快捷的检测方法和智能化仪器，用科学的品质指 标来目前评价茶叶品质是很有必要的。MRs分析技术作为一种快速、无损的分析技术在茶 叶品质分析领域中的应用是很有意义的研究，本文将介绍国内外进展及我们在这方面所做的 初步工作。 1 N】璐分析技术在茶叶品质检测中的应用现状 NIR5分析技术应用于茶叶品质的可行性研究，日本与欧洲的学者都做了有意义的工作。 1989年日本冈本存喜等对福建乌龙茶和日本玉露、煎茶等蒸青绿茶进行了水分的测定，求 得了各自的回归方程。结果表明，红外法与常规干燥法比较，相关系数分别为乌龙茶 O．998，绿茶O．996。同时表明不同种类的茶叶只能使用各自的数学模型，否则将造成较大的 误差?。1997年吉川聪一郎等用NIRS测量茶叶中的全氮量、氨基酸、咖啡碱和茶多酚，计 算出的近红外分析法和化学分析法的相关系数都在o．91以上注1；守屋友贵等对绿茶成分进 行了不粉碎测定，分析成分包括茶多酚、游离氨基酸和茶氨酸。测定结果与化学分析法比 较，相关系数都大于0．85【3J，显示了近红外分析法的可靠性。德国Sehulz等采用PLS测定绿 茶中的生物碱和酚类物质的含量，但没有应用独立的检验集进行检验[4】。比利时Luyaert等 用P15建立数学模型测定绿茶整叶的咖啡碱和茶多酚(EGCG和EC)含量及总抗氧化能 力[5，“。 在国内，夏贤明、丁宁较早利用NIRS分析法测定了绿茶中总氮量、游离氨基酸、咖啡 碱和茶多酚的含量，对磨碎茶叶进行近红外光扫描和多元回归处理，确认Nlt《S法可用于绿 *本研究得到浙江省自然科学基金(202081)、浙江省科技计划(2006Q144)及浙江省教育厅科研项目资助。 作者简介：昌进。上海理工大学光电子信息工程学院博士研究生．中国计量学院计量技术工程学院教授。E—ud： jlueim@yall呻．corn．叩。 435 茶的品质检验[”。梁月荣等用光谱分析测12种浙江名茶的茶汤，他们得到用光谱分析名茶 茶汤的部分测定指标可以反映茶汤的优劣【8J。龚加顺等海峡两岸科研人员以140个茶饮料样 品为试材，探讨了NIRS技术快速测定茶饮料品质相关成分的可行性【9 J。 在茶制品成分及含量的近红外检测仪器方面，日本、韩国、英国等国家已进行过一定的 研究，日本农林水产省把近红外茶叶成分分析仪器的研制列为“日本1993—2003年茶叶研究 课题框架”的重点之一，已有相关产品[101；韩国全罗南道农业技术院也于2004年研制出检 测茶叶的“近红外光谱仪”口”。由此可见，Nms技术应用于茶叶检测是可行和必要的。 鉴于NIRS技术应用中对分析对象的特性有很强的依赖性，茶叶的成分复杂．并且不同 种植地域成分与性能的差异大，所以建分析模型的适应性很差。因而我们拟自行研发茶叶的 成分NIRS检测仪器。我们与中国农业科学院茶叶研究所合作，近年来依据国家标准对茶叶 的五种成分的近红外检测方法进行了研究。 2茶叶品质常规检测的NIRS分析 茶叶中的化学成分很多，经分离鉴定的已知化合物有500多种，其中有机化舍物有450 种以上，构成这些化合物的基本元素主要有碳、氢、氧、氨、磷、钾、硫、钙、镁、铁等 等。茶多酚、生物碱、氨基酸、芳香物质、茶色素和维生素是茶叶中最重要的几种化合物。 我国国家标准检测评价茶叶品质的成分是氨基酸、咖啡碱、茶多酚、水分和水浸出物，即常 规五项检测口”。目前我们主要研究茶叶的这四种成分的NIPS检测方法，水浸出物指标还有 待再研究。 目前我们共收集了344种样品，主要有绿茶、乌龙茶以及花茶，还有少量其他类型茶 叶。产地分布在浙江、安徽、云南、福建等几大产茶区。主要根据产地分布情况，分成不同 的几个样品集，针对不同的样品集建立不同的定标模型，以提高分析模型的适应性。其中