普洱茶鑒別技術的研究進展

郭文娟,劉 旭,王 娜,胡笑顏,薛 蕊

(1.天津工業大學環境與化學工程學院,天津 300387;2. 天津工業大學材料科學與工程學院,天津 300387)

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普洱茶鑒別技術的研究進展

郭文娟1,劉 旭2,王 娜1,胡笑顏1,薛 蕊2

(1.天津工業大學環境與化學工程學院,天津 300387;2. 天津工業大學材料科學與工程學院,天津 300387)

本文列舉傅里葉紅外光譜(FTIR)、近紅外光譜技術(NIRS)、核磁譜(NMR)、反向高效液相色譜(RP-HPLC)、拉曼光譜(Raman)、表面解吸常壓化學電離-質譜法(SDAPCI-MS)、原子吸收光譜法(AAS)、同時蒸餾萃取法(SDE)和氣質聯用(GC/MS)、電子舌(ET)等鑒定手段在普洱茶鑒定方面的應用,綜述不同年代、產地普洱茶有效物質的含量變化,以及普洱茶與其他茶類中有效物質的含量關系,為將來普洱茶的鑒別工作奠定基礎。

普洱茶,鑒別方法,傅里葉紅外光譜法,高效液相色譜

普洱茶是云南地區的歷史名茶,原是以云南大葉種茶制成的曬青毛茶為原料,經加工整理而成?，F代的普洱茶則是專指曬青毛茶為原料做成的普洱生茶,以曬青毛茶為原料渥堆發酵而成的普洱熟茶及普洱陳茶[1]。近年來發現普洱茶具有減肥、降血糖、降低膽固醇[2]、增強免疫力[3]以及抗癌等[4]功能。隨著普洱茶的價格不斷上漲,市場上出現了以次充好、以假亂真的現象。因此本文對普洱茶的鑒別方法進行綜述,以期對普洱茶的鑒定方法提供參考。

1 普洱茶鑒別方法綜述

1.1 傅里葉紅外光譜技術(FTIR)

眾所周知,傅里葉紅外光譜法(FTIR)操作簡單、重復性好、快速準確,可以有效鑒定物質的官能團結構,因此在食品衛生檢測領域有廣泛的應用。該方法的特點是不需要對樣品本身進行復雜的處理就能進行檢測。謝直虎等人[5]采集了同一茶廠生產的2005年和2007年同屬曬青綠普洱茶進行傅里葉變換紅外光譜檢測,結果發現兩個樣品的紅外吸收光譜的峰位相同,但峰形和相對強度存在差別。在1518.0cm-1差別最為明顯,該峰位是由“R-CO-NHR”酰胺結構的 DNH和MC-N酰胺II帶引起的,游離態在1550～1510cm-1,締合態在1570～1515cm-1處。其次,在1146.3cm-1處的差別較為明顯,該峰位是MC-O引起的,茶葉中含有大量的酚、醇、酯、酸類物質,這些物質在1000～1300cm-1范圍內有MC-O吸收。在825cm-1處也存在較為明顯的差別,該峰位是由芳環質子的面外彎曲震動DC-H和伯胺的DNH引起。因此,兩個年代的普洱茶在1518.0、1147.0、825.8cm-1處存在差別,存儲時間短的樣品吸收峰比存儲時間長的樣品吸收峰的峰形尖銳,這就為普洱綠茶年代鑒別提供了依據。也有學者[6]用傅里葉紅外光譜對不同儲存時間的普洱生茶和熟茶進行了研究,結果表明生茶和熟茶的紅外光譜峰形相近,主要差異是1120～1569cm-1之間,普洱生茶的峰形更尖銳,波峰分離更明顯,而熟茶吸收峰較弱,分離度較差。原因是渥堆發酵過程中,微生物消耗了茶葉中的有效物質如多酚、氨基酸、糖類等使紅外光譜的吸收峰變得越來越弱。普洱生茶隨陳化時間延長,光譜變化較為明顯。波數相同時,普洱生茶陳化時間越短,峰形就越尖銳。熟茶隨陳化年代變化較為緩慢,紅外光譜上的差異比生茶的差異小,但仍有隨陳化時間的延長峰形變弱的趨勢。2012年張婭玲[7]等人借助紅外光譜檢測普洱茶不同時期發酵的堆樣,從而檢測出普洱茶的發酵程度。通過檢測可知1240cm-1處的酚(C-O震動峰和1150cm-1處的叔醇的υC-O峰的強度,隨著發酵程度的加深而減小,呈現規律性變化。

1.2 近紅外光譜技術(NIRS)

近紅外光譜技術(NIRS)有分析速度快、重現性好等優點,在鑒定中藥、石油[8]、煙草等[9]方面有廣泛的應用。此外結合相應的數學分析方法,逐漸成為了定性定量分析茶葉中有效物質的重要工具。近紅外光譜(NIRS)可以有效反映有機物中C-H、N-H、O-H等含有氫原子基團的倍頻與合頻吸收,這些含氫基團吸收頻率特征性強,受分子內外環境影響小,可有效地反映樣品的化學組成。周健等[10]利用近紅外指紋圖分析了滇青、青餅和普洱茶(熟茶)的特征,通過主成分分析法和聚類分析法將滇青、青餅與普洱茶(熟茶)的原始光譜的歐氏距離進行比較,發現普洱熟茶與其余二者的歐氏距離比較遠;而滇青與青餅之間歐氏距離小(歐氏距離越小,相似度越高),普洱熟茶與滇青、青餅在近紅外光譜的各個方面差異顯著。因此可以利用近紅外光譜技術區別熟茶、青餅和滇青。

1.3 核磁譜(NMR)

方萍等人[11]運用核磁光譜(1H-NMR)對普洱茶、滇紅茶、烏龍茶、鐵觀音、滇綠茶等5種茶葉的內含成分進行了分析。將化學位移0～2.0ppm劃分為氨基酸區域、2.1～5.5ppm劃分為糖類區域、5.6～9.0ppm劃分為酚醛區域。其中6.36～5.70ppm是EC,EGC,EGCG,ECG區域。烏龍茶、鐵觀音、滇綠茶在該區間有峰,普洱茶和滇紅茶是深度發酵的茶葉,發酵過程中兒茶素基本被氧化,因此在6.36～5.70ppm均無峰。普洱茶的特殊發酵工藝使咖啡因、蔗糖、茶氨酸的量有較大的變化,在3.86～3.10ppm間有特強峰,可與滇紅茶進行區別,進而將普洱茶和其他四種茶葉進行快速準確的鑒別。

1.4 高效液相色譜(HPLC)

云南農業大學的邵宛芳與英國薩雷大學的M.N Clifford等人[12]早在1995年運用反相高壓液相色譜法(RP-HPLC)將普洱茶與紅茶及各自原料茶蒸青葉和青毛茶進行了鑒別。茶葉中的黃酮糖苷(FG)在380nm處有最大吸收,通常情況下,FG在發酵過程中的變化含量不大,所以紅茶中的FG與“未發酵”茶相比含量差異不大。然而普洱茶中黃酮苷(FG)由于在“后發酵”過程中內含物含量發生變化,所以普洱茶中的FG含量低于其他茶,普洱茶的峰與紅茶、蒸青葉、青毛茶差異明顯。普洱茶在450nm處沒有茶黃酸(TFA)和茶黃素(TF)的特征峰,紅茶均有這兩種物質的峰。普洱茶中含有較多的茶紅素(TR),而青毛茶、蒸青茶中不含TR,可以用于普洱茶的鑒別。陳小強等人[13]通過高效液相色譜技術對綠茶、紅茶和黑茶中的氨基酸、茶多酚和咖啡堿的含量、組成進行研究,結果發現三類茶葉氨基酸的含量為:綠茶>紅茶>普洱茶,咖啡堿與茶氨酸的含量的比值的順序依次為普洱茶>紅茶>綠茶,茶葉中的茶多酚類順序為綠茶>紅茶。普洱茶由于渥堆發酵使得多酚含量最低,然而普洱茶中沒食子酸(GA)的含量卻明顯高于紅茶和綠茶。這些特征物質的含量及比例也為茶葉質量和鑒定奠定了方向。國外的相關學者[14]通過Hypersil ODS柱梯度洗脫分離,通過氨基酸的含量區別不同茶類。運用反向高效液相色譜(RE-HPLC)、主成分分析(PCA)、最鄰近分類法(k-Nearest Neighbor Classifiers)和線性判別解析法(Linear discriminant analysis method)等分析了茶葉中的丙氨酸、精氨酸等氨基酸的含量,可以區分不同品種的茶類。國內學者[15]運用高效液相色譜(HPLC)和氨基酸自動分析儀(AAA)相互比較分析得出普洱熟茶中的γ-氨基丁酸(GABA)的含量遠低于綠茶、紅茶、烏龍茶、白茶及GABA茶。隨著普洱茶渥堆次數的增加,普洱茶中GABA的含量先小幅度增加再大幅度下降趨勢,最終GABA含量低于其他茶類。

1.5 拉曼光譜(Raman spectrum)

拉曼光譜是一種研究分子震動技術的光譜,具有快速、準確、對樣品無損壞的優點,并且某處的特征峰的強度與代表產生這個拉曼特征峰的內含物質的含量正相關。因此拉曼光譜廣泛地應用于質檢、生物醫藥[16]、食品[17]、考古等各個領域。由于普洱茶本身Raman譜信號較弱,峰位很寬,峰的分離度不夠明顯,需要通過加入銀膠納米粒子表面增強拉曼光譜(SERS)的方法使得激光表面拉曼光譜分析的信噪比大大提高。鄭玲等[18]采集勐海、思茅、臨滄三大普洱茶茶區的3個標準樣品和勐海地區陳化1、3、5、7年的4個普洱熟茶樣品。首先對三大茶區的普洱熟茶進行分析,主要的特征峰為735、837、992、1250、1320、1465、1610、1660cm-1。其中735cm-1對應的是兒茶素中苯環面內彎曲,1610cm-1處對應的是兒茶素中的苯環振動,1325cm-1處對應的是兒茶素里的(-OH)和苯環振動,1465cm-1是由于兒茶素的苯環和羥基振動產生的拉曼特征峰。而這幾處峰相對強度是:勐海>臨滄>思茅,因此可以得到三大茶區兒茶素的相對含量的順序為:勐海>臨滄>思茅。837、1660cm-1處對應的是CO-NH,C-O-C和氨基化合物的振動,可以得到蛋白質含量的相應順序為:思茅>勐海>臨滄。992cm-1對應的是茶多酚中(C-H)和苯環振動產生的拉曼特征峰,茶多酚含量為:勐海>臨滄>思茅。1252cm-1是不飽和脂肪酸等有機酸(C-H)振動產生的特征峰,有機酸的相對含量為:思茅>臨滄>勐海。通過上述比較可以區分三大茶區的普洱熟茶。其次,不同年代普洱熟茶的拉曼光譜也有顯著的差異,特別是陳化3年的普洱茶的SERS譜最為尖銳,分離度最好。在655、732cm-1兩處陳化3年的普洱熟茶的峰強度明顯高于陳化1、5、7年的強度,而這兩處對應的是兒茶素等多酚類物質的苯環和羥基振動,因此可以得到陳化3年的普洱熟茶的多酚類物質的相對含量最高。陳化3年的普洱熟茶在956cm-1處有一明顯區別于其他三個年代的尖銳特征峰,1701cm-1處的峰強度也高于其他三個年代,而這兩處對應的是茶葉中蛋白質的(CO-NH)和氨基酸類物質的振動,說明陳化三年的普洱熟茶中蛋白質的含量高于其他三個年代。根據1254cm-1處是不飽和脂肪酸類有機酸產生的振動,可以得知隨著陳化時間的延長,茶葉中有機酸類物質的含量越高。從而可以區分不同年代的普洱熟茶。

1.6 表面解析常壓化學電離質譜法(SDAPCI-MS)

梁華正等人[19]運用自制的表面解析常壓化學電離源(SDAPCI)與質譜(MS)結合的表面解吸常壓化學電離質譜法(SDAPCI-MS),該方法兼顧了電噴霧解吸電離質譜(DESI-MS)的無需對樣品預處理以及常壓化學電離質譜(APCI-MS)的準確度高等優點。操作簡單、連續、準確、無需進行提取分離,單個樣品測定時間小于一秒。他們對廬山云霧(不發酵)、鐵觀音(半發酵)、祁門紅茶(全發酵)和普洱茶(后發酵)四種茶葉進行了研究。屬于后發酵的普洱茶在m/z為212、172、144處有明顯信號,而屬于半發酵的鐵觀音在此處信號較弱。普洱茶在m/z 為195、149、135處信號較弱,而全發酵的祁門紅茶在此位置信號較強。將茶葉放置90d后再次進行檢測,普洱茶在m/z為116、92處信號減弱,但是m/z 112信號相對增強。原因是揮發性小分子長時間放置后揮發,而非揮發性的成分表現穩定。既可以區別普洱茶及其他茶類,也可以區別不同存放時間的普洱茶。

1.7 原子吸收光譜法(AAS)

CARMEN CABRERA等[20]運用現代雙光束原子吸收光譜儀、高效液相色譜等設備對存在于茶葉中的鉻、錳、硒、鋅等元素進行了檢測,結果發現普洱茶中鉻的含量為371.4ng/g,阿薩姆邦茶中的鉻含量為371.3ng/g,遠高于日本綠茶中的鉻含量。錳、硒、鋅等元素的含量差別不明顯,因此可以考慮將鉻元素當做普洱茶區別于日本綠茶的特征元素,為未來的鑒定方法研究的提供了思路。

1.8 同時蒸餾萃取法(SDE)和氣質聯用(GC/MS)

揮發性物質是茶葉中具有代表性的物質,也是決定茶葉品質的重要物質,正是所謂“茶香”的來源。不同茶種所散發的不同的茶香也是由于所含醛類、酮類、內酯類和萜類化合物揮發性物質的不同造成的。任洪濤等人[21]運用同時蒸餾萃取法(SDE)和氣質聯用(GC/MS)等方法對普洱茶進行了研究,發現不同級別的普洱茶的香氣成分組成存在著差異性。醛類和萜類化合物隨著普洱茶級別的下降而降低,而酮類和內酯類化合物卻隨著普洱茶級別的下降而增加。這可以為不同級別的普洱茶提供鑒定的依據。

1.9 電子舌(Electronic tongue,ET)鑒別新技術在茶葉上的應用

隨著科技的發展,電子舌技術(electronic tongue,ET)[22]已經運用到了果蔬[23]、飲料[24]等食品質檢方面。賀瑋等人[25]運用電子舌和主成分分析法(principal components analysis,PCA)對三種不同等級的云南普洱散茶進行了相關性分析。運用類似生物系統的材料做傳感器的敏感脂膜,當膜一側與不同味覺物質接觸時,膜電勢發生變化引起響應,檢測出各類味覺物質的量化關系,結合主成分分析系統可有效地區別三個等級的樣品,該方法簡潔、快速、具有良好的敏感度。

2 總結與展望

本文綜述了傅里葉紅外光譜(FTIR)、近紅外光譜技術(NIRS)、核磁譜(NMR)、反向高效液相色譜(RP-HPLC)、拉曼光譜(Raman)、表面解吸常壓化學電離-質譜法(SDAPCI-MS)、原子吸收光譜法(AAS)、同時蒸餾萃取法(SDE)和氣質聯用(GC/MS)、電子舌(ET)等鑒定分析的技術對茶葉中有效成分的鑒定,可以直接或者間接將普洱茶與其他茶葉區分開,將不同年代、不同產地的普洱茶區分開。但是這些鑒定方法耗時長,數據處理復雜,有些測試儀器價格昂貴。如何尋找一種更加快速、準確、簡單的方法鑒定普洱茶仍是未來研究的重點方向。

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Research progress in identification method of Pu-erh tea

GUO Wen-juan1,LIU Xu2,WANG Na1,HU Xiao-yan1,XUE Rui2

(1.School of Environmental and Chemical Engineering,Tianjin Polytechnic University,Tianjin 300387,China;2.School of Material Science and Engineering,Tianjin Polytechnic University,Tianjin 300387,China)

Fourier transform infrared spectroscopy(FTIR),Near infrared spectroscopy(NIRS),Nuclear magnetic resonance spectroscopy(NMR),Reverse phase-high pressure liquid chromatograph(RP-HPLC),Raman spectroscopy(Raman)Surface desorption atmospheric pressure chemical ionization source-mass spectrometry(SDAPCI-MS),Atomic absorption spectrometry(AAS),Simultaneous distillation extraction(SDE),Gas chromatograph-mass spectrometry(GC-MS),Electronic tongue(ET)and other identification methods of tea were cited in this text. The changes in the active substance content of different years and different regions of tea were demonstrated in this paper. The different effective substances between pu-erh tea and other tea were also expounded to readers,which would lay the foundation for identifications of Pu-erh tea.

Pu-erh tea;identification method;FTIR;HPLC

2014-05-19

郭文娟(1980-)，女，博士，副教授，研究方向：天然產物化學。

公益性行業(農業)科研專項(201203046)。

TS201.1

A

1002-0306(2015)05-0374-04

10.13386/j.issn1002-0306.2015.05.071