基于計算機技術下氟鋁交互化學處理對茶葉化學成分的影響分析

于靜怡,王 軍,于曉峰

(1.北京理工大學,北京 100081；2.鄭州市科技工業學校,河南鄭州 450052)

根據資料到2017年6月,我國干毛茶產量達到268萬噸,茶園面積約4500萬畝。隨著茶葉產量不斷增加,茶葉的質量與品質,決定著茶產業結構的走向,影響著茶葉經濟效益的提升。特別是近年來,全國各地的茶園出現土壤酸化嚴重、茶葉農殘、重金屬富集嚴重等問題,嚴重阻礙了我國茶葉產業高效發展。因此,加大茶葉化學成分分析、剖析茶園土壤特性、深化茶葉生長機理等,成為當下提升茶葉品質的重要舉措。其中,探討氟、鋁等茶樹高富集元素對茶葉品質的影響,是優化茶樹栽培技術與產業結構的主要方式。

1 茶葉生長機理與化學品質研究現狀

茶葉的生長依賴于茶園的各種介質,例如,土壤、大氣、雨水、農肥等。這些介質因素,往往決定了茶葉的色、香、味、型等品質的高低,特別是影響了茶葉中富含的化學成分。

1.1 茶葉品質研究進展

據調查發現,茶葉在浸泡過程中散發出的香氣與濃厚的口感,主要來源于茶葉中不同化學成分含量。比如,在茶葉中富含了澀味的茶多酚；香味的氨基酸；苦味的咖啡堿；以及甜味的可溶性糖。當茶葉中富含的咖啡堿含量,超過固定的閾值時,茶葉的品質會逐漸降低,茶湯出現明顯的苦味。為了改善茶葉中各種化學成分組成結構,目前主要是通過施肥的方法進行干預調控,可以少量施加一些鉀肥、磷肥、氮肥等,不僅能夠促進茶樹的生長,還能保障茶葉營養的均衡。

1.2 氟、鋁對茶葉品質的影響

氟、鋁是茶樹中含量比較高的兩種元素,尤其是我國南方地區的茶園,多為富鋁酸性土壤,導致茶葉中的鋁元素含量比較高。研究表明,茶葉中的氟、鋁元素不是茶樹生長的必需元素,但是卻對茶樹的生長與茶葉的品質有著十分重要的影響。例如,氟處理后的茶葉中葉綠素含量會降低,葉片結構變得松散,而含氟量高的茶葉,沒食子兒茶素含量降低；適量的鋁元素可以提高兒茶素的含量,尤其是在紅茶中適當添加一些鋁鹽能夠提升茶葉的品質,無論是色、香、味上都具有明顯的提升。所以,合理的控制茶葉中氟、鋁含量,能夠促進茶葉品質的提升。

2 氟鋁交互化學處理對茶葉化學成分的影響分析

由于氟、鋁兩種元素對于茶葉中化學成分有突出的影響效果,所以越來越多的研究人員參與到這方面的研究中。但是大多數人主要是關注氟或鋁,單一元素對于茶葉品質的影響,而對于氟鋁交互研究相對較少。

2.1 氟鋁單一化學處理對茶葉的影響

2.1.1 茶葉化學成分含量的影響

通過根部施肥或者葉噴肥的方式,能夠改變茶樹所吸收F或者Al元素的含量。例如,通過施加鋁肥可以提高茶葉中氨基酸、咖啡堿、可溶性糖以及茶多酚的含量。其中,茶葉面施肥的方式比根部施肥的方式,能夠更快、更高的促進化學元素的吸收。但是如果鋁肥添加過量,也很容易使得茶葉的品質有所下降。例如,當鋁肥用量超過2g/m2的時候,茶葉中咖啡堿與茶多酚的含量會增多,茶葉所浸泡出來的茶湯發苦發澀；而茶樹種植過程中氟元素的增加,會使茶葉顏色發黃,光合作用明顯減弱,茶葉中葉綠素、兒茶素含量降低,極大的影響了茶葉的品質。

2.1.2 茶樹中氟、鋁元素濃度的影響

茶樹中所吸收的F、Al元素,主要來源于自然界與人為施肥,特別是近些年部分茶園為了提高茶葉的品質,會在茶園的土壤中會適當的添加一些鋁肥。人為的施肥,一方面有利于茶葉品質的提升；另一方面也影響了茶樹的生長。據報道,隨著人為施肥過程中鋁元素濃度的增加,茶樹根、莖與葉對于鋁的吸收含量不斷增加。合理的鋁元素濃度,可以促進鋁元素的吸收,提高茶葉的品質；而在高濃度鋁元素環境中,會直接的阻礙茶葉對于鋁元素的吸收,同時抑制了茶樹根部對鉀、鈣、鎂等元素吸收效果。所以,在進行人工施肥的過程中,對于氟、鋁元素濃度的選擇是十分重要的。

2.2 氟鋁交互化學處理對茶葉的影響

2.2.1 氟鋁交互化學處理對茶葉化學成分的影響

單一化的施肥結構體系,已經無法滿足現代茶葉產業的發展。主要是因為我國現有的茶葉產業園區中土壤成分不同,所構成的茶葉生產環境,具有明顯的差異性。因此,研究者通過進行氟、鋁交互處理茶葉的研究,探討其對于茶葉品質的影響,為茶樹的種植提供合理的規劃。研究表明,在高鋁濃度下(80mg/L),氟含量添加到8mg/L時,所處理的茶葉中氨基酸的含量為最佳,即該濃度下的氟元素,能夠緩解高鋁濃度對于茶葉的毒害。而在高氟濃度下(12mg/L),鋁元素含量越高,越有利于茶多酚含量降低,降低茶葉中所存在的苦澀味道。通過氟鋁交互化學處理,能夠清晰的掌握合理的施肥工藝,為茶樹的種植與茶葉的品質提供穩定而合理的保障。

2.2.2 氟鋁交互化學處理對茶葉研究的局限性

然而,在氟鋁交互化學處理的研究過程中,往往需要耗費大量的人力、資源、時間等要素,這給研究的成果轉化并運用到實際的種植中,帶來了嚴重的阻礙。尤其是,在考察氟鋁兩種元素在不同濃度下,對于茶葉中各個化學成分含量影響中,單是進行施肥種植茶葉就要耗費數以萬計的培養周期。與此同時,在進行試驗結果處理的過程中,還需要合理的數據處理與統計方法。

3 計算機技術對氟鋁交互化學處理對茶葉化學成分的影響

所以,為了便于試驗成果的快速轉化,往往會與計算機技術相互結合,無論是在數據統計處理,還是建立構效模型中都有明顯優勢。

3.1 加快交互數據的統計處理能力

在氟鋁交互化學處理茶葉的實驗中,為了分析不同濃度氟、鋁濃度,對不同種類茶葉以及土壤環境等的影響,需要建立合理的實驗規劃,正交實驗室日常我們使用最多的實驗方法,但是其得出來的結果,卻很難進行顯著性分析。利用現代計算機技術,例如,DPS分析軟件、SPSS分析軟件、Origin畫圖軟件等,能夠進行氟鋁元素在各個處理濃度下,顯著性分析與相關性分析,為實驗結果的準確性提供了穩定的保障。與此同時,利用這些軟件可以將實驗結果從數據轉換成圖片,或者視頻的方式展示到人們的面前,提高實驗成果的可讀性,在處理交互數據的統計問題中起到了攻堅作用。

3.2 提高實驗結果的可預測性

現代計算機技術正朝著大數據處理的方向發展,通過計算機技術能夠在最短的時間內完成大數據處理,并提供科學的實驗成果。例如,在氟鋁交互化學處理實驗中,往往需要對茶葉中多種化學成分進行分析,通過計算機技術可以利用少量的實驗數據,構建數學回歸方程模型；還可以結合主效因子分析或者交互效應分析等方法,得出具有科學依據的實驗結果。這不但縮短了試驗的過程,簡化了整個實驗的步驟,同時還提供了具有良好性能的數學模型,為后續的研究工作提供重要的參考依據。

3.3 提升實驗結果的分享性

計算機技術在處理數據的過程中,不僅是提高了運算的功能,還增加了對于實驗數據的存儲能力。特別是通過氟鋁交互實驗數據庫的建立,可以收集統計具有參考價值的實驗成果數據,并通過互聯網與其他同行進行分享交流,為后續的研究工作方向與重點提供合理的建議。例如,通過收集不同類型茶,包括烏龍茶、紅茶、花茶等的實驗數據,可以建立不同屬性茶葉的實驗結果數據庫；而收集不同茶園中所分析的數據,結合數據庫的統計資料,可以為種植不同茶葉所需氟、鋁施肥用量提供指導。這在很大程度上,解決了現有的實驗結果無法實現分享的問題。

4 結論

利用施肥的方式能夠有效調控茶葉品質,無論是在色、香、味還是茶葉內部所蘊含的各種化學成分。所以,越來越學者們在關注茶葉的種植以及茶葉品質問題,合理的調控施肥中氟、鋁的含量,能夠有效的改善茶葉的品質。通過現有的計算機技術,從實驗設計到數據處理與分享上能夠很好解決實驗問題,降低實驗過程中帶來的風險與能耗,這對完善茶園的種茶環境與土壤質量,有十分重要的參考依據。

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