茶葉溯源技術研究進展

錢 和 寧 煒 顧林平 黃爭鳴 馬惠民 蔣鐵鋒

摘要為對茶葉質量安全進行有效跟蹤與追溯,對產地進行快速、準確、簡捷地鑒別,探討利用RFID技術、鉛同位素指紋溯源技術、近紅外光譜分析技術、X射線熒光技術以及熱分析技術,建立茶葉質量安全跟蹤與追溯體系,一旦發現茶葉存在質量安全問題,可結合茶葉產品信息數據庫對茶葉質量進行跟蹤與追溯,以查出問題的環節并對茶葉的產地進行鑒定。

關鍵詞茶葉;溯源技術;鑒定

中圖分類號S571.1文獻標識碼A文章編號 1007-5739(2009)14-0023-03

近年來,隨著貿易的發展和市場競爭的加劇,茶葉的生產和銷售面臨越來越多的問題,茶葉質量安全危機頻繁發生,使茶葉市場魚目混珠,秩序混亂,品牌被平庸化。因此,對茶葉質量安全進行有效跟蹤與追溯,對產地進行快速、準確、簡捷地鑒別,已成為一個亟待解決的課題。

1茶葉的質量跟蹤與追溯

跟蹤(Tracking)與追溯(Tracing)是2個在實施方向上完全相反的概念。跟蹤是指通過標識項目,從供應鏈的上游至下游直至 POS銷售點,跟隨一個特定單元或一批產品運行路徑的能力。對于茶葉來說,跟蹤就是茶農或供應鏈上的節點企業跟蹤某一批茶葉去向的能力。追溯是指通過記錄標識項目或一組項目的源頭,從供應鏈下游至上游識別一個特定單元或一批產品來源的能力,即消費者在POS銷售點通過記錄標識回溯某個實體運輸、銷售、加工和種植能力。對于茶葉單獨來說,就是消費者在銷售點通過茶葉上的標識查詢茶葉的運輸加工和種植等信息。

茶葉質量跟蹤與追溯體系實質是茶葉信息的記錄與傳遞體系,它通過對茶葉信息的正確識別、如實記錄與有效傳遞來發揮作用,解決茶葉質量安全問題;跟蹤與追溯系統建立的目的在于識別、跟蹤和追溯有關茶葉種植、加工、運輸、倉儲和銷售過程中的相關活動信息。若發現茶葉存在質量問題,就可以利用標識追蹤產品到特定的地區、鄉村或農戶,確定茶葉質量問題的來源,以便采取有效糾正措施。茶葉質量跟蹤與追溯體系的建立,為茶農、消費者和社會提供潛在益處,對穩定茶葉銷售市場、保證和穩定茶葉質量具有重要意義。

2RFID技術

2.1 特點

無線射頻識別技術(Radio Frequency Identification)[1]近年來成為國際上的一個熱點 。利用無線射頻傳輸技術來檢索和存儲數據并自動識別目標對象,是非接觸式 自動識別技術的一種。一個RFID系統一般由應答器(信號發射機)、讀寫器(信號接受機)和發射接收天線(Antenna)幾部分組成。應答器是信息的載體,每個應答器具有唯一的電子編碼,安置于標識目標對象物體上。常用的應答器形式是電子標簽。讀寫器是用來讀寫標簽信息的設備,其形式可設計為便攜式或固定式。天線是在標簽和讀取器間傳遞射頻信號的接收與發射裝置。在系統工作過程中,閱讀器通過天線發送出一定頻率的射頻信號可無接觸地讀取附著在待識別物體之上的標簽,并識別標簽中所保存的具有約定格式電子數據,然后將讀取的數據發送到電腦系統進行處理,從而達到自動識別標識物體的目的。

2.2跟蹤與追溯茶葉質量的4個環節

建立茶葉質量跟蹤與追溯體系,就是把所有的茶葉種植、生產加工、運輸倉儲、銷售等過程信息,一項不漏地收集和保存起來,以便及時發現茶葉質量在哪一個環節出現問題。而要做到上述要求,至少需要做好茶葉種植、生產加工、倉儲、銷售等環節的信息處理。

2.2.1茶葉種植環節。茶葉種植環節是茶葉質量追溯的最后環節、跟蹤的第1個環節。該環節利用RFID技術給每一個種植戶分配1個編號,這樣一旦發現茶葉存在質量問題,就可以利用編號及茶葉標識追溯有關茶葉種植環節的各項信息。如茶園的面積、產量、茶樹品種、管理責任人等茶園基本信息;茶園的栽培、耕作、施肥、除草、農藥使用等茶園農事活動信息。

2.2.2茶葉加工環節。茶葉加工環節是茶葉跟蹤與追溯的重要環節。此環節利用上一環節提供的各項信息及本環節的具體狀況對茶葉物流單元進行唯一和有效標識,以便問題發生時可以追溯和跟蹤茶葉加工環節的信息,如鮮葉采收日期、產地、采收人員、采收形式、采收時的天氣狀況、采收鮮葉數量與質量、鮮葉批號、調運日期;茶葉加工單位、加工廠區、車間詳細信息、加工相關人員信息、成品半成品批次等可跟蹤與追溯的有效信息。

2.2.3茶葉倉儲、運輸環節。倉儲運輸環節也是事關茶葉質量的重要環節,利用射頻技術可以實現對茶葉運輸過程的全程跟蹤,防止茶葉被人為調換。利用RFID也可以確定茶葉所在位置,了解倉庫設施的具體狀況。如倉庫所在地、倉庫設施、茶葉存儲批號、出入庫日期等信息。

2.2.4茶葉銷售環節。銷售環節是質量追溯的第1環節、跟蹤的最后環節。本過程應建立完整的資料信息,如生產廠家、生產批次、銷售批次和數量等信息,確保出現問題時可以及時處理。

3鉛同位素指紋溯源技術

3.1鉛同位素指紋技術特點

鉛有4種穩定同位素208Pb、207Pb、206Pb、204Pb。由于鉛同位素分子的質量數大,不同同位素分子之間相對質量差小,幾乎不產生同位素分餾。因此,在次生作用過程中,即使所在系統的物理化學條件發生改變,它們的同位素組成一般也不會發生變化。其同位素比值主要受源區初始鉛含量的影響,基本不受形成后所處地球化學環境的影響。因此,在環境污染研究方面,常常利用鉛同位素這種特殊的“指紋”特征來示蹤鉛污染的來源。

鉛的4種天然的同位素中,204Pb的半衰期為1.4×1017年,半衰期很長,一般都把它當成穩定的參考同位素處理,而206Pb、207Pb和208Pb則是U和Th的衰變產物,其豐度在不斷變化。由于鉛的同位素比值變化可以用質譜精確地測量出來,因此這種變化通常被用于環境污染的標識物。由于各地區在地質結構、地質年齡和礦物質含量上存在差異以及各地區降水分布的不同,造成不同地區鉛的同位素組成不同。因此,鉛同位素組成具有地區特征。

鉛污染的普遍存在已引起國內外環境科學工作者的廣泛關注。早在1960年,Chow等就研究了北美汽油和煤的鉛同位素組成并用以示蹤環境鉛的來源。1990年以來,鉛同位素示蹤技術被廣泛用于環境研究,以監測和研究鉛的來源變化,并取得了一些重要進展和認識,結果表明,鉛同位素組成可以有效地指示鉛污染的來源。

根據各種污染來源物質的鉛同位素組成以及鉛同位素的地區特征,鉛同位素技術可用于跟蹤鉛的來源和去向,識別并推測各種污染源以及計算其污染程度的貢獻率,同時還可進行產地溯源,達到產品保真與防偽目的。

目前,“溯源技術”研究集中以穩定同位素質譜技術為基礎,其具有以下優點:①靈敏度高。目前精確的化學分析方法較難測定10-29g的水平,但是用同位素測量方法可檢測10-19~10-14g水平的劑量。②實驗手續簡便。應用同位素技術可不必經過提取或純化手段即可進行測量,從而減少許多繁雜的分離、分析工作,加速了實驗進程。③用同位素的方法可以分被追蹤物質是實驗系統固有的,還是試驗過程中新加入的[2]。

3.2 應用

康海寧等[3]應用微波消解處理樣品,電感耦合等離子體質譜法測定,考察了不同產地、不同種類的29種茶葉中的Pb元素的含量。原始數據經過標準化處理后,結合聚類分析和主成分分析,對來自江西、云南、廣東和福建4個地區的茶葉進行了產地判別。對不同種類的茶葉(紅茶、綠茶、烏龍茶、黑茶)也進行了區分,結果令人滿意。茶葉中礦質元素的含量可作為茶葉產地判別的測量指標之一。

4近紅外光譜指紋分析技術

4.1特點

近紅外光(NIR)是指介于可見光和中紅外光之間的電磁波,波長范圍是7 80~2 526nm,波數范圍為4 000~12 820cm-1。一般有機物在該區的近紅外光譜吸收主要是含氫團(-OH、-CH、-NH、-SH、-PH)的伸縮、振動、彎曲等引起的倍頻和合頻的吸收。不同基團或同一基團在不同環境中產生的光譜在吸收峰位置和強度上有所不同。根據朗伯-比爾吸收定律(Lambert -Beer Law),隨著樣品成分組成或者結構的變化,其光譜特征也將發生變化。近紅外光譜具有豐富的結構和組成信息,適用于碳氫有機物的性質分析與組分測定。

近紅外分析具有速度快、成本低以及重現性好等優點,國內外學者先后利用近紅外光譜方法定性和定量地分析了茶葉中的蛋白質、咖啡堿、氨基酸、多酚類以及水分含量,現在也可應用在對茶葉的鑒別上。

4.2應用

趙杰文、陳全勝等[4]選擇龍井、碧螺春、毛峰和鐵觀音4種名茶,對其分別粉碎過篩,按照樣本抽取的規則選取樣本后進行近紅外光譜的掃描,得到平均原始光譜后,采用主要成分分析結合馬氏距離的模式識別方法進行分析,最后選用6 500~5 300cm-1范圍內的光譜數據,進行多元散射校正(MSC)預處理,選用8個主成分數據建立預測模型最佳,說明近紅外光譜在茶葉鑒別上的可行性。占茉莉等[5]從浙江杭州等4大龍井產茶區采集28個龍井綠茶樣品,用GPS標記種植具體地理位置,烘干后粉碎過篩,四分法隨機稱取后置于光譜儀積分球上的旋轉樣品杯種掃描,每個樣品重復10次,取平均值,預處理后,用Tensor37 FT—IR 自帶的OPUS/IDENT光譜定性分析軟件對原始光譜進行預處理、光譜距離計算(因子算法)、主成分分析(R型:譜圖數據進行了中心化和標準化處理)、聚類分析(系統聚類法聚類,距離采用歐式距離,聚類方法采用離差平方和法)。對原始光譜進行1階求導,并進行矢量歸一化處理,不同地區茶葉的近紅外光譜存在差異并且更加顯著,光譜的重疊峰明顯分開,更細致地反映樣品的光譜特征。對近紅外光譜進行導數處理可提高光譜分辨率,找到各官能 團所對應 的吸收峰位置。結果表明,在7 432.3 ~6 155.7cm-1和5 484.6~4 192.5 cm-1 波段附近,富陽、縉云、新昌3個產地龍井茶的光譜差異較大,該區域為茶多酚和糖類的主要吸收區。在4 500cm-1和5 200 cm-1波數處吸光度值波動較大,該區間主要表征為水的特征吸收峰,說明不同產地茶葉的水分含量差異較大。為減少水分對產地溯源的影響,建議在建立產地溯源模型時去掉表征水分的光譜信息。不同產區龍井茶近紅外光譜存在差異,對茶葉的近紅外光譜進行相關處理后,各地域龍井茶光譜的特征明顯。不同地域龍井茶的近紅外光譜的主成分空間分布有明顯的不同。因此,合適的光譜預處理方法和光譜區間的選取是進行主成分分析的必要條件。根據光譜距離對光譜進行聚類分析,整體聚類結果較好,利用茶葉的近紅外光譜,結合主成分分析和聚類分析可以快速、準確、低廉地對茶葉原產地進行鑒別。

5X射線熒光技術

X射線熒光技術已應用于金屬含量的檢測,根據不同產地茶葉中金屬含量的差異,利用X射線熒光技術進行茶葉產地的鑒別試驗研究。繞秀勤[6]等提出利用X射線熒光技術,結合模式識別技術進行產地鑒別的方法,將不同產地的樣品分組,分別采集其本分組、其X射線熒光光譜,提取其主成分,分別計算各個樣本組的主成分均值作為樣本中心點,計算待測樣本到各樣本組中心的馬氏距離,將其歸類到馬氏距離值最小的類中,實現樣本分類。采用Niton792便攜式X射線熒光儀對安吉、金華、杭州和臺州等4個不同地區120個茶葉樣本進行鑒別試驗,發現3~13 keV波段是X射線熒光光譜分析技術進行茶葉產地鑒別的有效波段,前4個主成分可用于茶葉的產地鑒別,試驗的誤差率為4.2%。

6熱分析技術

聶光華[7]用差示掃描量熱法(DSC)和熱重法(TG/DTG)對同期采摘的不同原產地的茶葉進行熱分析研究。

差示掃描量熱法(DSC)是在程控溫度下測量輸入到物質和參比物之間功率差與溫度關系的技術。由于試樣的熱量變化隨時可得到補償,試樣與參比物的溫度始終相等,避免了參比物與試樣之間的熱傳遞,故儀器反應靈敏,分辨率高,重現性好。實驗中使用的CDR-4P型差動熱分析儀采用計算機自動采集數據系統,測量誤差小于1%。用國際熱分析協會(ICTA)規定的光譜純校準物質In和Sn對儀器校準,實驗條件為:試樣質量3~5mg,加熱速率10℃/min,參考物質為光譜純Al2O3,靜態空氣氣氛,鉑金坩堝。在上述實驗條件下,對鶴峰茶葉和恩施茶葉從室溫到600℃進行DSC掃描。熱重法是在程序控制溫度下借助熱天平以獲得物質的質量與溫度關系的一種技術。儀器用光譜純的Ni校準。使用WRT-2P熱重分析儀在程序溫度控制(等速升溫)下,用10℃/min的升溫速率測量茶葉樣品從室溫到600℃的熱重曲線。結果發現,不同產地的茶葉,因鞣質含量、半纖維素和纖維素的含量不同,其熱化學性質必然存在差異。因此,熱分析方法是一種鑒別不同原產地茶葉的有效方法。通過熱分析法建立不同原產地茶葉的標準熱譜曲線,從加熱失重、焓變和峰的位置可快速簡便地鑒別不同產地的茶葉,提高對偽劣茶葉進行監管的科學性。

通過上述技術可以對茶葉產品進行唯一標識,以建立茶葉質量跟蹤與追溯體系,保證茶農對茶葉的跟蹤和消費者對茶葉產品信息的追溯,提高茶葉企業應對突發事件的能力,有利于打破貿易壁壘,提高產品競爭力,減少處理突發事件的費用,增強消費者的購買欲,建立可追溯體系是我國茶葉市場發展的必然選擇。

7參考文獻

[1] 王法中.RFID技術在茶葉質量安全跟蹤與追溯中的應用[J].蠶桑茶葉通訊,2008(1):34-35.

[2] 彭根元.同位素技術[M].北京:北京農業大學出版社,1994.

[3] 康海寧,楊妙峰,陳波,等.利用礦質元素的測定數據判別茶葉的產地和品種[J].巖礦測試,2006,25(1):22-26.

[4] 趙杰文,陳全勝,張海東,等.近紅外光譜分析技術在茶葉鑒別中的應用研究[J].光譜學與光譜分析,2006,26(9):1601-1604.

[5] 占茉莉,李勇,魏益名,等.應用FI-IR光譜指紋分析和模式識別技術溯源茶葉產地的研究[J].核農學報,2008,22(6):829-850.

[6] 繞秀勤,應義斌,黃海波,等.基于X射線熒光技術的茶葉產地鑒別方法研究[J].光譜學與光譜分析,2009,29(3):837-839.

[7] 聶光華.不同產地茶葉的熱分析鑒別[J].湖南農業科學,2004(5):77-78.