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【原创】傅里叶变换近红外光谱分析技术在茶叶中的应用2

cloudy1985

2007/01/21

近红外光谱（NIR）

二、傅里叶变换近红外光谱分析技术在茶叶中的应用前景
笔者在傅里叶变换近红外光谱仪上，分别采用变温池、液体光纤、积分球漫反射、固体光纤等作图谱扫描，对乌龙茶、红茶、绿茶、茶浸出液、速溶茶、超微绿茶粉、茶饮料、浓缩茶等茶制品以及茶树活体进行扫描分析，都得到了清晰的光谱图(见图1)。可见，只要把茶叶领域应用数学模型一一建立起来，近红外光谱在该领域的应用是大有作为的。
1.茶叶化学成分的多组分快速测定
由于傅里叶变换近红外光谱具有无需前处理、快速、无损、多组分同时测定等诸多优点，所以它最适合对干茶作多组分快速测定，在茶叶水分、茶多酚、咖啡碱、粗纤维、全氮量等方面的测定中得到应用。就目前笔者利用Bruker公司的IFS 28/N型FT—NIR光谱仪在炒青绿茶漫反射光谱中已作的初步研究来看，茶叶的含水率、茶多酚含量、全氮量都可以利用傅里叶变换近红外光谱仪来测定，数学模型中的化学测定真实值和近红外光谱预测值的相关系数r≥0.90。通过傅里叶变换近红外光谱在其他行业中的广泛应用，可以预见傅里叶变换近红外光谱在茶叶蛋白质、氨基酸总量、氨基酸组分、总糖、还原糖、儿茶素总量等诸多项目的测定中的应用将得到进一步地拓展。
2.建立茶叶智能化初审模型
人工对茶叶的感官审评主要通过人的视觉、嗅觉、触觉和味觉分别对茶叶外形、汤色、香气、滋味和叶底进行评审，从而判断茶叶品质的优劣。评茶人员要经过多年的培训和长时间的经验积累才能拥有高超的评茶技艺，而且还常常受到情绪、喜好、健康状况的影响，所以说茶叶人工感官审评有很多偶然因素，另外优秀的评茶人员也十分难得。因为茶叶品质的优劣与其内质直接相关，如茶多酚、咖啡碱的含量及比例，氨基酸及各组分含量，叶绿素、纤维素的含量等等。而这些信息在傅里叶变换近红外光谱上都有一定程度的反映，这样只要建立茶叶近红外光谱与感官审评各因子得分之间的数学模型，就可以得到茶叶智能化计算机审评模型。当然茶叶品质的优劣还和制茶技术相关，同样的鲜叶经不同的人制作，茶叶品质相差悬殊。所以该模型只能作为茶叶的初审，而不可能完全代替人工感官审评。尽管如此，由于傅里叶变换近红外光谱仪在快速、无损等方面的优势，它仍可在茶叶等级的快速评定和茶叶的一般性审评中有所应用。
3.茶树育种
傅里叶变换近红外光谱仪在诸多领域的应用中，育种应是应用的优势方面，在茶叶上也是如此。例如在选育低咖啡碱、高咖啡碱及高茶多酚等特殊茶株时，建立的茶树活体(鲜叶)傅里叶变换近红外光谱和化学成分之间的数学模型，通过固体光纤可以做到无损检测，得到欲知成分的含量，防止以往测定中对植株的损伤和破坏。特别是在茶树品种选育时，解决了既可得知种子的品性又不对种子进行破坏性检测的问题。
另外，OPUS IDENT定性分析软件中还带有聚类分析软件，可在茶树育种中的亲缘关系鉴别上发挥作用。它利用不同茶树活体傅里叶变换近红外光谱的相似性比例对样品进行逐步归类，并给出谱系图，由此来判别样品亲缘关系的远近，这可用于茶树品种的识别和鉴定。
4.茶树栽培
在茶树栽培中，经常要检验不同的施肥方式、比例对茶树的施肥效果，或者是通过茶树缺某种肥料时的表征来决定施什么肥等。这些方面也可以利用傅里叶变换近红外光谱仪做些工作。因为傅里叶变换近红外光谱仪不但可以建立茶树活体和化学成分之间的数学模型，还可以建立土壤近红外光谱和化学成分之间的数学模型，通过模型对茶树活体和土壤所含有效成分(如氮、磷、钾等)进行快速检测，特别是对同一活体组织(叶片)的跟踪连续检测，从而可以对施肥效果进行评价，也可以通过对茶树活体所含成分(如全氮量)多少的检测，确定在土壤中的施肥方式和比例。
5.茶制品大生产中的在线分析与控制
目前，茶制品大生产中主要通过化学检测实现品质控制，费时长、步骤繁，难以适应工厂化生产的需要。而应用傅里叶变换近红外光谱仪，只要建立茶制品近红外光谱与化学成分之间的数学模型，通过仪器中的固体光纤和液体光纤就可以实现对生产的在线检测和远程监控。如茶饮料生产中茶汤浓度的调配可以通过近红外光谱来控制茶饮料中茶多酚的含量，速溶茶或浓缩茶的生产中也可以通过近红外光谱控制茶多酚总量来实现对茶浓缩终点的远程监控。
6.茶叶真假、伪劣识别
通过傅里叶变换近红外光谱仪和定量、聚类分析，软件还可对茶叶进行真假、伪劣的快速识别。茶叶中茶多酚和咖啡碱的高含量及比例关系是茶叶所特有的，以此为根据，通过茶叶茶多酚和咖啡碱的近红外光谱数学模型就可以快速识别茶叶真假。通过对不同类别、级别茶叶样品傅里叶变换近红外光谱的扫描，再扫描预测样品的光谱，通过聚类分析软件得出谱系图，就可以快速得出预测样品的级别和优劣。
傅里叶变换近红外光谱仪在茶叶中的应用极为广泛，目前某些方面已经得到应用，特别是样品的成分测定方面，但仍限于单组分的测定，多组分同时测定模型和许多其他方面的应用模型还亟待建立。虽然傅里叶变换近红外光谱的模型建立需要以大量的化学测定为基础，是一项费时、费力的工作，但由于它具有许多化学及其他仪器测定无法替代的优点，所以随着茶叶及茶制品领域应用数学模型的不断开发，傅里叶变换近红外光谱仪在茶叶及茶制品领域中的诸多应用必将得到实现和拓展。

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