三类滇产茶的红外光谱解析及三级鉴定

徐留仙，伍贤学，李亮星，陈章菊，艾华林

（玉溪师范学院资源环境学院，云南玉溪653100）

三类滇产茶的红外光谱解析及三级鉴定

徐留仙，伍贤学，李亮星，陈章菊，艾华林

（玉溪师范学院资源环境学院，云南玉溪653100）

为了建立一种滇产绿茶、红茶及普洱熟茶的红外光谱鉴定方法，通过采集三类茶的红外光谱及二维相关红外光谱并进行三级红外光谱（傅里叶变换红外光谱结合二阶导数红外光谱及二维相关红外光谱）解析.红外光谱对比分析表明：1 644、1 517、1 451、1 237及1 040 cm-1是三类茶的共有特征峰，它们的吸收强度从绿茶、红茶到普洱熟茶依次减弱；二阶导数谱中，三类茶间的吸收峰位置、强度差异更加明显；与草酸钙的二阶导数谱对比分析发现，三类茶的草酸钙相对含量为：绿茶＜红茶＜普洱熟茶.二维相关红外光谱显示了三类茶的最强自动峰分别为1 635、1 563及1 639 cm-1，通过三级红外光谱分析可实现三类滇产茶的鉴定.

滇产茶；傅里叶变换红外光谱；二维相关红外光谱；鉴定

近年来，孙素琴等［1-4］以红外光谱为主要分析手段对中药等复杂体系进行系统研究并取得一系列重要成果，奠定了混合物红外光谱分析的理论基础.周湘萍等［5-7］报道了利用红外光谱对各类普洱茶样本的分析研究，但对各类茶样的特征红外光谱信息挖掘不够深入.把现代红外光谱技术的用于茶叶品质评价及快速鉴别研究过程中，课题组发现不同类别、不同品牌、甚至不同等级、不同批次茶产品的红外光谱之间均存在或多或少的差异.

本文对三类滇产绿茶、红茶及普洱熟茶进行红外光谱三级鉴定（傅里叶变换红外光谱、二阶导数红外光谱及二维相关红外光谱），为建立一种基于红外光谱技术的茶叶品质评价客观方法提供研究基础.

1 实验部分

1.1 样品来源与预处理

本研究共采集茶样23个，包括8个绿茶样、5个红茶样及10个普洱熟茶样.所有样品均采购于当地超市，均为云南大叶种茶制品.

茶叶样品各50 g于50℃烘24 h，粉碎过0.077mm筛得茶叶粉末供红外测试用.

1.2 仪器参数及实验方法

Frontier型傅立叶变换红外光谱仪（Perkin-Elmer，USA）；DTGS检测器；扫描范围：400～4 000 cm-1；二维红外光谱变温附件（北京朝阳自动化仪器厂）：分辨率为4 cm-1，累计扫描32次，扫描时自动扣除H2O和CO2的干扰.原始红光谱由Spectrum 10.0红外光谱软件（Perkin-Elmer，USA）处理，二阶导数红外光谱经Savitzky-Golay拟合得到（13点平滑），二维相关红外光谱由2DCOS IR软件处理（清华大学化学系研制）.

红外光谱（FTIR）采用溴化钾（天津天光）压片法测定.分别取茶样粉末约2mg与约100mg溴化钾混合研磨均匀后放入压片模具，8 t压力下保持2min，然后进行红外测试得室温下的红外光谱.将上述溴化钾压片法所得的样品片装入变温附件，程序控温下每升温10℃采集一次红外光谱得茶样在50～120℃间的系列红外光谱，经2DCOS IR软件处理即得相应二维相关红外光谱.

2 结果与讨论

2.1 三类滇产茶的红外光谱分析

本文涉及的23个茶样红外光谱重叠图见图1，代表性滇产绿茶、红茶及普洱熟茶代表的红外光谱分层布置图见图2.从图1可以看出，同类茶样间的红外光谱相似度远远高于不同类茶样间的相似度.结合图2可以看出，三类茶在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，总体红外光谱吸收特征较为相似.但仔细比较不难发现共有峰的峰强度及部分峰位置存在明显差异.按绿茶、红茶及普洱熟茶（下文均以此顺序比较）的顺序，3 350 cm-1附近的强吸收带呈现出向高波数端移动的趋势，主要归属于纤维素、茶多酚、茶多糖的O—H及蛋白质、氨基酸的N—H伸缩振动吸收峰；三类茶在1 600～1 000 cm-1区间的共有峰吸收强度递减，普洱熟茶的最弱，1 157 cm-1附近峰是普洱熟茶独有的特征峰.

上述结果表明，根据各自的红外光谱吸收特征及彼此之间的光谱差异可以初步地将三类滇产茶区别开来.二阶导数红外光谱可以提高红外光谱的表观分辨率，故对三类茶进行了二阶导数红外光谱处理及分析.

2.2 三类滇产茶的二阶导数红外光谱分析

23个茶样的二阶导数红外光谱重叠图（1 360～950 cm-1）见图3.从图3可以进一步看出同类茶样间的光谱一致性远远高于不同类茶样间的光谱一致性，同时可以更清楚的发现三类茶在1 344、1 240、1 148、1 071、1 035、1 015、968 cm～1等处的吸收峰位置、强度差异.

三类滇产茶和草酸钙的二阶导数红外光谱图见图4.首先，三类茶的红外光谱在1 200～1 000 cm-1范围的光谱差异变得更加明晰，绿茶和红茶都具有1 145 cm-1和1 103（1 105）cm-12个相对强度不同的共有峰，而普洱熟茶中的相应峰则分别位移至1 159 cm-1和1 114 cm-1附近，且两峰强度相近，该两峰为普洱熟茶中独有的特征峰.其次，通过与草酸钙二阶导数红外光谱的1 318 cm-1及782 cm-1的2个特征峰对比分析，发现2种发酵茶的对应峰均比绿茶的强，普洱熟茶更甚.这样的光谱吸收差异说明茶叶发酵发酵过程中可能产生较多的草酸钙代谢物.通过1 750～1 600 cm-1区间的光谱差异分析也可对三类茶进行鉴别.

2.3 三类滇产茶的二维相关红外光谱分析

三类茶在1 427～1 675 cm-1区间的同步二维相关红外光谱等高线图（见图5）和自动峰图（见图6）.等高线图直观的反映了三类茶对热微扰的差异，自动峰图则反映了三者自动峰的位置及相对强度差异.从等高线图可以看出，三类茶的主要自动峰峰位存在明显差异；从自动峰图则发现绿茶相对于红茶或黑茶的峰形更尖锐.表1统计了三类茶自动峰（相对强度50%以上）峰位置和相对强度数据.绿茶、红茶及普洱熟茶的最强自动峰分别为：1 635、1 563、1 639 cm-1.根据二维红外光谱的直观差异、自动峰位置及相对强度差异，可以更直观、准确的将三类茶区别开来.

表1 三类滇产茶的二维同步相关红外光谱的主要自动峰比较

3 结语

通过对滇产绿茶、红茶及普洱熟茶共计23个样本进行红外光谱及变温微扰二维红外光谱的测定和分析，发现三类茶的红外光谱特征吸收峰位置具有较高的相似性，但共有峰的吸收强度则呈现出递减趋势，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独有的特征峰.三类茶中均含草酸钙，相对含量高低顺序为：绿茶＜红茶＜普洱熟茶.三类茶热微扰下的二维相关红外光谱自动峰位置及相对强度均存在明显差异，最强自动峰分别为：1 635、1 563 cm-1及1 639 cm-1.研究结果表明，滇产绿茶、红茶及普洱熟茶具有各自的光谱特征，利用红外光谱、二阶导数红外光谱及二维相关红外光谱的特征差异可以实现三类滇产茶的快速鉴定.本研究结果对于滇产茶的品质评价具有一定的参考价值.

［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］孙素琴，周群，陈建波.中药红外光谱分析与鉴定［M］.北京：化学工业出版社，2010.

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

［4］孙素琴，周群，陈建波.ATC 009红外光谱分析技术［M］.北京：中国质检出版社，2013.

［5］周湘萍，刘刚，时有明，等.普洱茶的傅里叶变换红外光谱鉴别研究［J］.光谱学与光谱分析，2008，28（3）：594-596.

［6］王怡林，杨群.普洱熟茶和普洱生茶的FTIR研究［J］.光散射学报，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.

（责任编辑 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，Fourier 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.

玉溪师范学院大学生创新实验项目（2013B03）.

徐留仙（1990-），女，本科.主要研究方向：分子光谱.

伍贤学（1974-），男，硕士，副教授.主要研究方向：天然产物化学与分子光谱.