郭文娟,刘 旭,王 娜,胡笑颜,薛 蕊

(1.天津工业大学环境与化学工程学院,天津 300387;2. 天津工业大学材料科学与工程学院,天津 300387)



普洱茶鉴别技术的研究进展

郭文娟1,刘 旭2,王 娜1,胡笑颜1,薛 蕊2

(1.天津工业大学环境与化学工程学院,天津 300387;2. 天津工业大学材料科学与工程学院,天津 300387)

本文列举傅里叶红外光谱(FTIR)、近红外光谱技术(NIRS)、核磁谱(NMR)、反向高效液相色谱(RP-HPLC)、拉曼光谱(Raman)、表面解吸常压化学电离-质谱法(SDAPCI-MS)、原子吸收光谱法(AAS)、同时蒸馏萃取法(SDE)和气质联用(GC/MS)、电子舌(ET)等鉴定手段在普洱茶鉴定方面的应用,综述不同年代、产地普洱茶有效物质的含量变化,以及普洱茶与其他茶类中有效物质的含量关系,为将来普洱茶的鉴别工作奠定基础。

普洱茶,鉴别方法,傅里叶红外光谱法,高效液相色谱

普洱茶是云南地区的历史名茶,原是以云南大叶种茶制成的晒青毛茶为原料,经加工整理而成。现代的普洱茶则是专指晒青毛茶为原料做成的普洱生茶,以晒青毛茶为原料渥堆发酵而成的普洱熟茶及普洱陈茶[1]。近年来发现普洱茶具有减肥、降血糖、降低胆固醇[2]、增强免疫力[3]以及抗癌等[4]功能。随着普洱茶的价格不断上涨,市场上出现了以次充好、以假乱真的现象。因此本文对普洱茶的鉴别方法进行综述,以期对普洱茶的鉴定方法提供参考。

1 普洱茶鉴别方法综述

1.1 傅里叶红外光谱技术(FTIR)

众所周知,傅里叶红外光谱法(FTIR)操作简单、重复性好、快速准确,可以有效鉴定物质的官能团结构,因此在食品卫生检测领域有广泛的应用。该方法的特点是不需要对样品本身进行复杂的处理就能进行检测。谢直虎等人[5]采集了同一茶厂生产的2005年和2007年同属晒青绿普洱茶进行傅里叶变换红外光谱检测,结果发现两个样品的红外吸收光谱的峰位相同,但峰形和相对强度存在差别。在1518.0cm-1差别最为明显,该峰位是由“R-CO-NHR”酰胺结构的 DNH和MC-N酰胺II带引起的,游离态在1550～1510cm-1,缔合态在1570～1515cm-1处。其次,在1146.3cm-1处的差别较为明显,该峰位是MC-O引起的,茶叶中含有大量的酚、醇、酯、酸类物质,这些物质在1000～1300cm-1范围内有MC-O吸收。在825cm-1处也存在较为明显的差别,该峰位是由芳环质子的面外弯曲震动DC-H和伯胺的DNH引起。因此,两个年代的普洱茶在1518.0、1147.0、825.8cm-1处存在差别,存储时间短的样品吸收峰比存储时间长的样品吸收峰的峰形尖锐,这就为普洱绿茶年代鉴别提供了依据。也有学者[6]用傅里叶红外光谱对不同储存时间的普洱生茶和熟茶进行了研究,结果表明生茶和熟茶的红外光谱峰形相近,主要差异是1120～1569cm-1之间,普洱生茶的峰形更尖锐,波峰分离更明显,而熟茶吸收峰较弱,分离度较差。原因是渥堆发酵过程中,微生物消耗了茶叶中的有效物质如多酚、氨基酸、糖类等使红外光谱的吸收峰变得越来越弱。普洱生茶随陈化时间延长,光谱变化较为明显。波数相同时,普洱生茶陈化时间越短,峰形就越尖锐。熟茶随陈化年代变化较为缓慢,红外光谱上的差异比生茶的差异小,但仍有随陈化时间的延长峰形变弱的趋势。2012年张娅玲[7]等人借助红外光谱检测普洱茶不同时期发酵的堆样,从而检测出普洱茶的发酵程度。通过检测可知1240cm-1处的酚(C-O震动峰和1150cm-1处的叔醇的υC-O峰的强度,随着发酵程度的加深而减小,呈现规律性变化。

1.2 近红外光谱技术(NIRS)

近红外光谱技术(NIRS)有分析速度快、重现性好等优点,在鉴定中药、石油[8]、烟草等[9]方面有广泛的应用。此外结合相应的数学分析方法,逐渐成为了定性定量分析茶叶中有效物质的重要工具。近红外光谱(NIRS)可以有效反映有机物中C-H、N-H、O-H等含有氢原子基团的倍频与合频吸收,这些含氢基团吸收频率特征性强,受分子内外环境影响小,可有效地反映样品的化学组成。周健等[10]利用近红外指纹图分析了滇青、青饼和普洱茶(熟茶)的特征,通过主成分分析法和聚类分析法将滇青、青饼与普洱茶(熟茶)的原始光谱的欧氏距离进行比较,发现普洱熟茶与其余二者的欧氏距离比较远;而滇青与青饼之间欧氏距离小(欧氏距离越小,相似度越高),普洱熟茶与滇青、青饼在近红外光谱的各个方面差异显著。因此可以利用近红外光谱技术区别熟茶、青饼和滇青。

1.3 核磁谱(NMR)

方萍等人[11]运用核磁光谱(1H-NMR)对普洱茶、滇红茶、乌龙茶、铁观音、滇绿茶等5种茶叶的内含成分进行了分析。将化学位移0～2.0ppm划分为氨基酸区域、2.1～5.5ppm划分为糖类区域、5.6～9.0ppm划分为酚醛区域。其中6.36～5.70ppm是EC,EGC,EGCG,ECG区域。乌龙茶、铁观音、滇绿茶在该区间有峰,普洱茶和滇红茶是深度发酵的茶叶,发酵过程中儿茶素基本被氧化,因此在6.36～5.70ppm均无峰。普洱茶的特殊发酵工艺使咖啡因、蔗糖、茶氨酸的量有较大的变化,在3.86～3.10ppm间有特强峰,可与滇红茶进行区别,进而将普洱茶和其他四种茶叶进行快速准确的鉴别。

1.4 高效液相色谱(HPLC)

云南农业大学的邵宛芳与英国萨雷大学的M.N Clifford等人[12]早在1995年运用反相高压液相色谱法(RP-HPLC)将普洱茶与红茶及各自原料茶蒸青叶和青毛茶进行了鉴别。茶叶中的黄酮糖苷(FG)在380nm处有最大吸收,通常情况下,FG在发酵过程中的变化含量不大,所以红茶中的FG与“未发酵”茶相比含量差异不大。然而普洱茶中黄酮苷(FG)由于在“后发酵”过程中内含物含量发生变化,所以普洱茶中的FG含量低于其他茶,普洱茶的峰与红茶、蒸青叶、青毛茶差异明显。普洱茶在450nm处没有茶黄酸(TFA)和茶黄素(TF)的特征峰,红茶均有这两种物质的峰。普洱茶中含有较多的茶红素(TR),而青毛茶、蒸青茶中不含TR,可以用于普洱茶的鉴别。陈小强等人[13]通过高效液相色谱技术对绿茶、红茶和黑茶中的氨基酸、茶多酚和咖啡碱的含量、组成进行研究,结果发现三类茶叶氨基酸的含量为:绿茶>红茶>普洱茶,咖啡碱与茶氨酸的含量的比值的顺序依次为普洱茶>红茶>绿茶,茶叶中的茶多酚类顺序为绿茶>红茶。普洱茶由于渥堆发酵使得多酚含量最低,然而普洱茶中没食子酸(GA)的含量却明显高于红茶和绿茶。这些特征物质的含量及比例也为茶叶质量和鉴定奠定了方向。国外的相关学者[14]通过Hypersil ODS柱梯度洗脱分离,通过氨基酸的含量区别不同茶类。运用反向高效液相色谱(RE-HPLC)、主成分分析(PCA)、最邻近分类法(k-Nearest Neighbor Classifiers)和线性判别解析法(Linear discriminant analysis method)等分析了茶叶中的丙氨酸、精氨酸等氨基酸的含量,可以区分不同品种的茶类。国内学者[15]运用高效液相色谱(HPLC)和氨基酸自动分析仪(AAA)相互比较分析得出普洱熟茶中的γ-氨基丁酸(GABA)的含量远低于绿茶、红茶、乌龙茶、白茶及GABA茶。随着普洱茶渥堆次数的增加,普洱茶中GABA的含量先小幅度增加再大幅度下降趋势,最终GABA含量低于其他茶类。

1.5 拉曼光谱(Raman spectrum)

拉曼光谱是一种研究分子震动技术的光谱,具有快速、准确、对样品无损坏的优点,并且某处的特征峰的强度与代表产生这个拉曼特征峰的内含物质的含量正相关。因此拉曼光谱广泛地应用于质检、生物医药[16]、食品[17]、考古等各个领域。由于普洱茶本身Raman谱信号较弱,峰位很宽,峰的分离度不够明显,需要通过加入银胶纳米粒子表面增强拉曼光谱(SERS)的方法使得激光表面拉曼光谱分析的信噪比大大提高。郑玲等[18]采集勐海、思茅、临沧三大普洱茶茶区的3个标准样品和勐海地区陈化1、3、5、7年的4个普洱熟茶样品。首先对三大茶区的普洱熟茶进行分析,主要的特征峰为735、837、992、1250、1320、1465、1610、1660cm-1。其中735cm-1对应的是儿茶素中苯环面内弯曲,1610cm-1处对应的是儿茶素中的苯环振动,1325cm-1处对应的是儿茶素里的(-OH)和苯环振动,1465cm-1是由于儿茶素的苯环和羟基振动产生的拉曼特征峰。而这几处峰相对强度是:勐海>临沧>思茅,因此可以得到三大茶区儿茶素的相对含量的顺序为:勐海>临沧>思茅。837、1660cm-1处对应的是CO-NH,C-O-C和氨基化合物的振动,可以得到蛋白质含量的相应顺序为:思茅>勐海>临沧。992cm-1对应的是茶多酚中(C-H)和苯环振动产生的拉曼特征峰,茶多酚含量为:勐海>临沧>思茅。1252cm-1是不饱和脂肪酸等有机酸(C-H)振动产生的特征峰,有机酸的相对含量为:思茅>临沧>勐海。通过上述比较可以区分三大茶区的普洱熟茶。其次,不同年代普洱熟茶的拉曼光谱也有显著的差异,特别是陈化3年的普洱茶的SERS谱最为尖锐,分离度最好。在655、732cm-1两处陈化3年的普洱熟茶的峰强度明显高于陈化1、5、7年的强度,而这两处对应的是儿茶素等多酚类物质的苯环和羟基振动,因此可以得到陈化3年的普洱熟茶的多酚类物质的相对含量最高。陈化3年的普洱熟茶在956cm-1处有一明显区别于其他三个年代的尖锐特征峰,1701cm-1处的峰强度也高于其他三个年代,而这两处对应的是茶叶中蛋白质的(CO-NH)和氨基酸类物质的振动,说明陈化三年的普洱熟茶中蛋白质的含量高于其他三个年代。根据1254cm-1处是不饱和脂肪酸类有机酸产生的振动,可以得知随着陈化时间的延长,茶叶中有机酸类物质的含量越高。从而可以区分不同年代的普洱熟茶。

1.6 表面解析常压化学电离质谱法(SDAPCI-MS)

梁华正等人[19]运用自制的表面解析常压化学电离源(SDAPCI)与质谱(MS)结合的表面解吸常压化学电离质谱法(SDAPCI-MS),该方法兼顾了电喷雾解吸电离质谱(DESI-MS)的无需对样品预处理以及常压化学电离质谱(APCI-MS)的准确度高等优点。操作简单、连续、准确、无需进行提取分离,单个样品测定时间小于一秒。他们对庐山云雾(不发酵)、铁观音(半发酵)、祁门红茶(全发酵)和普洱茶(后发酵)四种茶叶进行了研究。属于后发酵的普洱茶在m/z为212、172、144处有明显信号,而属于半发酵的铁观音在此处信号较弱。普洱茶在m/z 为195、149、135处信号较弱,而全发酵的祁门红茶在此位置信号较强。将茶叶放置90d后再次进行检测,普洱茶在m/z为116、92处信号减弱,但是m/z 112信号相对增强。原因是挥发性小分子长时间放置后挥发,而非挥发性的成分表现稳定。既可以区别普洱茶及其他茶类,也可以区别不同存放时间的普洱茶。

1.7 原子吸收光谱法(AAS)

CARMEN CABRERA等[20]运用现代双光束原子吸收光谱仪、高效液相色谱等设备对存在于茶叶中的铬、锰、硒、锌等元素进行了检测,结果发现普洱茶中铬的含量为371.4ng/g,阿萨姆邦茶中的铬含量为371.3ng/g,远高于日本绿茶中的铬含量。锰、硒、锌等元素的含量差别不明显,因此可以考虑将铬元素当做普洱茶区别于日本绿茶的特征元素,为未来的鉴定方法研究的提供了思路。

1.8 同时蒸馏萃取法(SDE)和气质联用(GC/MS)

挥发性物质是茶叶中具有代表性的物质,也是决定茶叶品质的重要物质,正是所谓“茶香”的来源。不同茶种所散发的不同的茶香也是由于所含醛类、酮类、内酯类和萜类化合物挥发性物质的不同造成的。任洪涛等人[21]运用同时蒸馏萃取法(SDE)和气质联用(GC/MS)等方法对普洱茶进行了研究,发现不同级别的普洱茶的香气成分组成存在着差异性。醛类和萜类化合物随着普洱茶级别的下降而降低,而酮类和内酯类化合物却随着普洱茶级别的下降而增加。这可以为不同级别的普洱茶提供鉴定的依据。

1.9 电子舌(Electronic tongue,ET)鉴别新技术在茶叶上的应用

随着科技的发展,电子舌技术(electronic tongue,ET)[22]已经运用到了果蔬[23]、饮料[24]等食品质检方面。贺玮等人[25]运用电子舌和主成分分析法(principal components analysis,PCA)对三种不同等级的云南普洱散茶进行了相关性分析。运用类似生物系统的材料做传感器的敏感脂膜,当膜一侧与不同味觉物质接触时,膜电势发生变化引起响应,检测出各类味觉物质的量化关系,结合主成分分析系统可有效地区别三个等级的样品,该方法简洁、快速、具有良好的敏感度。

2 总结与展望

本文综述了傅里叶红外光谱(FTIR)、近红外光谱技术(NIRS)、核磁谱(NMR)、反向高效液相色谱(RP-HPLC)、拉曼光谱(Raman)、表面解吸常压化学电离-质谱法(SDAPCI-MS)、原子吸收光谱法(AAS)、同时蒸馏萃取法(SDE)和气质联用(GC/MS)、电子舌(ET)等鉴定分析的技术对茶叶中有效成分的鉴定,可以直接或者间接将普洱茶与其他茶叶区分开,将不同年代、不同产地的普洱茶区分开。但是这些鉴定方法耗时长,数据处理复杂,有些测试仪器价格昂贵。如何寻找一种更加快速、准确、简单的方法鉴定普洱茶仍是未来研究的重点方向。

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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：天然产物化学。

公益性行业(农业)科研专项(201203046)。

TS201.1

A

1002-0306(2015)05-0374-04

10.13386/j.issn1002-0306.2015.05.071