茶叶成分（共5篇）
茶叶成分 篇1
1 茶叶化学成分概述
茶叶是我国丰富的天然植物资源,饮茶及茶文化也有数千年的历史。研究发现茶叶中具有许多活性成分,如茶多糖、茶多酚(由儿茶素类、黄酮苷类、花青苷类、酚酸等30多种化学物质组成)、茶皂素、可可碱、咖啡碱、叶绿素、氨基酸(茶叶中约有25种氨基酸,其中茶氨酸占60%～70%)、维生素、微量元素(K、Na、Ca、Mg、Cu、Zn、Fe、Mn、Sr、Se等)及芳香物质等[1]。
茶叶主要功能性成分—茶多酚,占总干物质的18%～36%,其中儿茶素类占总干物质的12%～24%。花色素约为干物的2%～3%,酚酸及缩酚酸类总量占茶鲜叶干物的5%左右[2,3]。
茶多酚中主要的4种儿茶素组分是表儿茶素(EC)、表没食子儿茶素(EGC)、表儿茶素没食子。
酸酯(ECG)、表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)。一般以表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)含量最高,占儿茶素总量的50%左右,ECG和EGC各占约20%,而EC含量较少[1]。
自20世纪80年代开始,我国的一些学者开始关注茶的加工工艺对茶品质的影响。例如,罗龙新等[4]在1998年对云南普洱茶渥堆过程中茶多酚、儿茶素、游离氨基酸等、可溶性糖含量等成分的变化进行了研究,结果表明,茶叶中的主要生化成分均随渥堆时间延长而剧烈变化。
由此可见,鲜叶茶及未经发酵的生茶与经过渥堆陈化的后发酵茶(俗称熟茶)中的化学成分及其含量有着明显的区别。事实上,茶叶的品种,生长环境,放置时间,加工过程等都会对茶多酚的含量有显著影响,所以,茶叶的品质也是由多方面因素决定的。
2 茶叶化学成分的提取方法
茶叶中主要活性成分的提取方法有:溶剂萃取、超声波辅助萃取、超临界流体萃取、沉淀法、树脂法等[5];孙志栋等[6]通过正交实验获得茶多酚最佳浸提条件;煤炭科学研究总院合肥研究所在这方面获得了国家专利他们系统研究了Ca2+、Mg2+、Ba2+、Fe3+、Zn2+、Al3+等6种可溶金属离子提取茶多酚的条件[7]
莫燕霞[8]等用不同提取方法测定新鲜茶叶中茶多酚含量的比较研究结果如下表:
树脂法、超临界流体萃取也得到了较好的分离效果。
总之,茶多酚的提取方法种类较多,各种方法有其不同的优缺点,在进行实际的生产实验中,要综合考虑操作步骤、设备、成本、提取效率及对茶多酚性质的影响等。
3 茶叶中茶多酚和咖啡因的分离分析方法
目前,对茶多酚的定性分析方法主要有:色谱法(包括高效液相色谱HPLC、薄层色谱TLC、气相色谱GC、纸层析PC)、毛细管电泳法CE(包括毛细管区带电泳CZE、胶束毛细管电动色谱MEKC、微乳电动色谱MEEKC)、高速逆流色谱法(HSCCC)、核磁共振NMR、比色法及联用技术等[9]。
茶多酚的定量分析方法主要有:气相色谱法(GC);高效液相色谱法(HPLC);原子吸收;分光光度法。近几年来,毛细管电泳(CE)成为一种强有力的分离技术,它具有分离效率高,分析速度快,样品和溶剂消耗量少等突出优点,越来越广泛地被用于茶多酚的分析[10],但同时也有检测灵敏度不足和再现性差等问题。
康海宁[11]等建立高效液相色谱/二极管阵列检测器(HPLC/DAD)同时测定茶叶中6种组分的分析方法,采用标准物质保留时间和电喷雾飞行时间质谱(ESITOF-MS)双重定性。
张国民[12]等建立内标标准曲线法对茶叶中4种儿茶素定量分析,并对不同品种、加工过程和不同产地的茶叶样品做聚类分析,发现其主要成分差异较大。
何昱[13]等建立茶多酚的数字化色谱指纹谱,结合主要单体成分的含量检测,作为茶多酚质量控制的依据。
而高效液相色谱法HPLC以其选择性好、鉴别能力强、分析速度快、灵敏度和准确度高等特点日益得到迅速的发展,HPLC法同时具有样品预处理简单、色谱柱选择范围宽、流动相种类及比例可任意变化、分析时间较短、检测方式多样等优点。因此,高效液相色谱法HPLC对于同时分离测定儿茶素和咖啡因有着很大的应用优势。
摘要：茶叶是我国丰富的天然植物资源,我国有数千年的饮茶历史,茶叶有提神解渴、消食健胃、减肥轻身的功效,富含保健功效的茶多酚。本文介绍茶叶中的活性成分以及活性成分的分离提取方法,为茶叶成分的进一步研究提供指导作用。
关键词：茶叶,茶多酚,提取,分析
茶叶成分 篇2
关键词：色谱法 茶叶 生化成分 农残
中图分类号：TS272 文献标识码：A 文章编号：1672-5336（2014）24-0000-00
茶叶的品质是茶叶色泽、香气、滋味、外形的综合体现，而茶叶的生化成分的组成与含量绝大程度决定了茶叶的品质，茶叶中主要的生化成分是多酚类、氨基酸、咖啡碱、香气物质等，具有抗衰老、抗癌症、降血脂等多方面的功效[1]。目前，茶叶的生化成分的组成与含量已经成为评判茶树栽培技术，茶树品种选育，茶叶加工技术好坏的重要指标之一。色谱法又称“色谱分析”、“色谱分析法”、“层析法”，是一种分离和分析方法，因其作为一种重要的分析的手段，已经越来越多地被应用在了茶叶生化成分的分离和测定方面。
1 色谱法检测茶叶生化成分的应用
1.1 色谱法检测茶叶多酚类的应用
色谱法常用来分离测定茶汤中的茶多酚，分离后的茶多酚能够与一定的显色剂作用，然后比色定量，色谱法可用于茶多酚的检测和含量测定。其中测定茶多酚色谱法有液相色谱法、气相色谱法等，其中，最常用的方法为液相色谱法。1974年，美国Hoefler等人提出了测定茶叶中多酚物质的HPLC法，配合使用反向键合填充剂，可将茶汤直接注入色谱柱，30min之内就达到了理想的分离，配以紫外检测器就能迅速、准确地测定出多酚物质的含量，大大缩短了分析时间，减化了分析手续，提高了分析的准确性[2]。；康海宁等人用带二极管阵列检测器的HPLC法测定茶叶水提液中五种儿茶素，该法重复性好，灵敏度高，回收率高[3]。
1.2 色谱法检测茶叶氨基酸的应用
目前，测茶叶氨基酸最常用的色谱法为柱前衍生高效液相色谱法。此法的基本原理是利用衍生试剂将氨基酸衍生为具有荧光性的衍生物，再通过检测器来测定氨基酸。该技术的关键是选择有效的衍生试剂，而每一次新型衍生试剂的诞生都推动了此方法的发展。杨志坚等采用OPA柱前衍生高效液相色谱法检测分析白茶中游离氨基酸的含量。用二极管阵列检测器，氨基酸分析时OPA自动衍生，是一种快速、简便检测白茶中游离氨基酸含量的方法[4]。TU Yunfei等柱前衍生高效液相色谱法测定茶叶中茶氨酸及γ- 氨基丁酸，对色谱分离条件进行了优化，此方法可用于茶叶中两种特征性氨基酸的测定[5]。
1.3 色谱法检测茶叶咖啡碱的应用
高效液相色谱法是目前测定茶叶咖啡碱含量最常用的方法。该方法样品处理简单，灵敏度高，选择性好，操作简便、快速，结果准确，广泛应用于咖啡因含量测定。武开业通过反相高效液相色谱法测定茶叶中咖啡因的含量，发现此方法可以同时进样且快速准确地测定茶叶中的咖啡碱[6]。余敏等用高效液相色谱仪测定茶叶中咖啡因的含量，得平行样测定RSD≤1.1%，加标回收率为97.5%一106%，能够满足产品中咖啡因含量分析的要求，值得推广和应用[7]。
1.4 色谱法检测茶叶香气物质的应用
目前，对茶叶香气物质的分离测定大都采用气相色谱质谱联用法。陈泉宾等蒸馏萃取法（SDE）提取茶叶香气，气相色谱-质谱联用（GC-MS）测定其香气成分，共检测出 47种香气给分，共有的香气组分有 35 种，碳氢化合物、醇类、醛类、酯类为主，香气组分和种类差异小，但各香气成分含量差异大[8]。
2 结语
色谱法已经较多地应用于茶叶生化成分检测中，目前，茶叶生化成分检测中最常用的色谱法为液相色谱法和气相色谱法，且这两种方法的分离效果较好。在未来茶叶分析检测中应用分离速度快，操作简便，结果准确的色谱法来进行茶叶生化成分的检测，以提高结果的准确性。
参考文献
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[7] 余敏，冯新长，张黎黎.高效液相色谱法测定六安茶叶中的咖啡因[J].北方环境，2012，24（1）：145-147.
[8] 陈泉宾，张应根，陈林等.不同类型乌龙茶香气差异分析[J].茶叶科学技术，2013（4）：25-30.
收稿日期：2014-11-20
作者简介：付雪莲（1990—），女，汉族，四川简阳人，硕士研究生，研究方向：茶学。
茶叶化学成分样品制备的优化方法 篇3
关键词：茶叶,化学成分,样品制备,优化方法
在生物学研究领域, 指纹技术发挥着不可替代的作用, 随着该技术的不断完善, 也逐渐得到了大家普遍关注。代谢组学在近年来的兴起为该技术继续发展提供了重要支撑。Fiehn等人在进行植物样品标准化处理上, 将其代谢物做到了“全提取”生成1H NMR谱, 将主成分分析法等方法结合进来, 以此来分析所得1H NMR谱。本文以“代谢物指纹识别”作为研究思路进行筛选。1H NMR具有快速、获取内容丰富等特点, PCA能够对大量信息展开整体性分析。因此在本文研究中, 引入此方法既简化了操作步骤, 又保证了最大程序获取和利用内涵信息。
1 实验步骤
1.1 仪器以及试剂的选择
核磁谱仪;数控超声波清洗器;天平;数据处理软件;氘代甲醇;重水;3-三甲基甲硅烷基-2, 2, 3, 3-四氘代丙酸钠;磷酸二氢钠/磷酸氢二钠重水缓冲溶液, p H值控制在7.4, 取部分加入TSP-d4 作内标基准试剂用。
1.2 具体过程
根据参考资料以及多年工作经验, 本次实验采用的预处理方法是超声提取。采用四个样品分别是晒青毛茶 (编号为T1) 、宁洱困芦山古茶 (编号为T2) 、普洱茶 (编号为T3) 以及人参乌龙茶 (编号为T4) 。分别取出4种茶叶, 研磨成粉末并过筛处理;取定量粉末浸泡于配置好的溶剂中, 经过一段时间的控温超声之后, 将其冷却离心处理, 在核磁管中加入400μL上清液, 取10μL基准试剂加入其中待测。这样做能够使体系p H值保持恒定, 并且能够提供内标参考峰。
1.3 获取1H NMR谱
选取脉冲序列, 其中谱宽设置为6000 Hz, 弛豫延迟设置为2s, 混合时间设置为150ms, 采样点数32K, 扫描次数为256 次, 得出1H NMR后, 利用Fouier进行变换、相位以及基线校正, 将甲基质子信号峰值位移定位成零, 化学位移定标, 整个实验步骤都在恒温状态下完成。
1.4 PCA
该方法是一种数据线映射方法, 实现了对多元变量数据的统计处理。它能够最大限度将原有信息保留下来, 把样本从高维空间状态下映射到低维空间状态下。PCA思路:利用少量变量解释原始数据中包含的大量信息, 对相关性较高的变量进行处理, 转化成不相关或者独立新变量, 我们所说的主成分指的就是这些新变量。PCA的本质就是数据降维。在实验中引用PCA, 以此实现对1H NMR的数据分析, 为设置实验条件提供科学依据。为了保证PCA与数据要求相符合, 我们首先要处理1H NMR谱。具体操作方法如下:首先对甲基质子峰积分面积进行设定, 为1;然后利用专业的数据处理软件, 单位设置为20Hz, 把1H NMR谱图划分为多个小区, 每个小区均等, 将各个小区相对积分面积值进行获取, 对残留水峰区和残留质子峰区数据进行删除处理;再次对所得数据进行转换为ASC II文件, 将其输出, 通过EXCEL做归一化处理, 并对数据格式进行转置。该步骤完成之后, 输至PCA专业软件中进行分析, 最终结果以“载荷图”和“得分图”体现出来。
2 结果分析
2.11H NMR谱图
为了便于进行PCA分析, 需要进行指认归属的位移区段, 对不同条件下样品的物质含量进行了考察, 这样做的目的在于能够将最佳制备条件提取出来。首先有针对性地对T1 提取物1H NMR谱指认, 凭借核磁共振对部分信号进行了确证。
根据图1 特征, 将其划分为4 个区段。通过对图1 进行观察, 我们能够观察到下列信息:I区只包含甲基质子信号, 这样在进行后续处理时, 就有了保证。Ⅱ区信号强度相对适中, 分布也比较均匀, 信号之间出现分离, 以便于指认。出现的信号主要是饱和烷基质子。茶叶中包含的大量糖苷、咖啡因和糖等质子信号都体现在Ⅲ区中, 通过图1 我们可以看出, 该区内的信号总体来说较强, 具有严重的谱线重叠, 该区中有很多信号不能直接指认。Ⅳ区信号非常分散, 而且共振谱线之间的强度差异十分明显。在接下来的实验中发现, 该区信号对茶叶品种极为敏感, 容易识别的信号有氮杂环、芳香环、和烯烃等质子。
2.2 优化提取条件
在设计预处理方法时, 从四个方面进行了优化, 分别是调整了溶剂的配比、样本量比例、提取温度和时间。具体步骤是将上述四个条件结合起来, 分别获取四种茶叶的1H NMR谱图, 依次进行预处理和PCA分析, 得出分别对应的主成分得分图以及载荷图, 共四组。在这里, 由于篇幅限制不将图进行一一列举。通过得分图能够发现制备条件的变化对样本点分布产生了哪些影响。其分布取决于PC1、PC2 得分。而得分受到位移区段的影响。这样一来, 就能够得知制备条件的不同会对哪些成为提取量产生影响。具体制备条件如下:
第一, 溶剂配比。提取剂极性取决于溶剂配比, 对提取到的物质提取量多少也有着直接关系, 以指纹谱形式反映出来。等量称取经研磨过筛处理的茶叶样本共10 份, 分别加入1000 μL以氘代甲醇和提取剂, 提取剂体积分数从10%以每次增加10%为准, 直至100%为止。在超声下进行30min提取, 样本量比例为12。通过前文所述方法得出10 个样品, 对10样品依次编号。在第一、二主成分空间上将样品1H NMR谱图进行投影。
第二, 提取剂的用量。提取剂用量对提取效率有很大的影响。以70%的Me Do为提取剂用量, 在40℃超声条件下进行30 min提取, 然后进行筛选。对T1 样本进行平行称取, 共6 份, 每份重量控制在100mg。误差不超过0.1mg。依次加入提取剂, 提取剂量从600μL以每次200μL递增, 最高提取剂量为1600μL, 共产生6 个样品, 依次进行编号。
第三, 提取温度。温度控制在整样品的整个制备过程中非常重要。将经过研磨过筛处理的T1 样本进行平衡称取, 共6 份, 每份质量控制在83.3mg, 误差不超过0.1mg。参照上一步骤加入提取剂, 分别置于温度20℃、3O℃、40℃、50℃、60℃和65℃下, 进行30min的超声提取。共产生6个样品, 依次进行编号。
第四, 提取时间。经过研磨过筛处理的T1 样本进行平衡称取, 共5份, 每份质量控制在83.3mg, 误差不超过0.1mg。参照上一步骤加入提取剂, 置于温度为60℃的条件下进行下超声提取, 提取时间从10min以每次10min递增, 最长时间为50min, 共产生5 个样品, 依次进行编号。
根据实验结果, 得出以下分析:在上述4 个条件中, 样品最大的制备条件是提取剂的配比;然后是提取剂量。关于提取温度和时间, 应当根据实际情况进行合理选择。通过对上述4 个制备条件的综合分析, 最终决定本次实验制备条件:提取剂是70%Me OD, 提取剂用量是12, 提取温度和时间分别是60℃、20min。
2.3 分析样品
以前文所述4 种茶叶作为样本, 凭借指纹测试考察了的预处理方案的可行性。经过研磨过筛处理的4 个样本进行平衡称取, 共3 份, 每份质量控制在83.3mg, 误差不超过0.1mg。样品数量为12, 分别进行标记。每一个样品都要进行3 次平行测量, 一共得到了36 张1H NMR谱图, 经过转化之后, 一共获取了36 组样本。对全部样品进行PCA分析, 并得到了投影判别图。发现4 组样本数据点之间的离散非常明显, 而且每一类样本都出现了聚类现象。
由于上述测试所得到的效果非常好, 因此, 对预处理效果考察借助离散因子就可以体现出来。通过表1 我们可以直观看出, 除了T4 样本以外, 离散因子均不超过10, 该样本虽然离散因子较大, 但是也控制在了90 左右。除此之外, 根据表1 能得出下列结论: (1) 单一样本的聚集度较高, 预处理方法的稳定性非常高, 同时, 具有良好的重现性; (2) 两个样本的数据点之间呈现高度离散现象, 即使T1 和T2 两个样本属于一种性质, 与单一样本相比, 离散分子的倍数超过33 倍。由此可见, 原始数据中含有能对样品差异进行充分反映的特征信息。
根据实验结果, 得出本次预处理方法非常可靠的结论。在本次预处理方法下可能产生的偏差要远远小于样品自身内源差异。因此符合指纹技术要求。
3 结语
本文以超声提取作为提取方法, 这一方法在实验室研究中十分普遍。该方法不仅简单、便于操作, 而且具有极高的推广价值, 因此, 对于普及指纹技术及其数据也是十分有利的。除此之外, 在提取剂方面进行替换, 本文所采用的提取剂不仅操作起来更为简单, 而且对实验过程中由于转移导致的样品算是和污染做到了保证, 同时对实验重现性也做到了有效保证。
参考文献
[1]赵蕊.欧阳捷.杜树山.耿珠峰.许美凤.邓志威.茶叶化学成分指纹识别中样品制备方法的优化[J].高等学校化学学报, 2010 (1) .
茶叶成分 篇4
茶多酚主要由儿茶素类、黄酮类化合物、花青素和酚酸组成, 以儿茶素类化合物含量最高, 约占茶多酚总量的70%。茶多酚有极强的抗氧化活性, 可以抑制人体内脂质过氧化作用。因此, 它既具有抗衰老的机能, 又能提高人体白血球和淋巴细胞数量和活性, 从而增强人体免疫功能。我国已于1991年将茶多酚作为一种天然抗氧化剂列入国家食品标准。此外, 茶多酚对于葡萄球菌、大肠杆菌、枯草菌、芽孢杆菌、金黄色链球菌等自然界中常见的细菌在低浓度下均有良好的抗菌活性, 对病原菌及病毒也有抑制作用, 并有消炎的功效。茶多酚还具有降低体脂、肝脂的作用。茶多酚中的儿茶素及其氧化产物茶黄素等, 都有助于抑制动脉血管中的粥样化斑块的增生, 对防止动脉粥样硬化、预防心血管病具有积极的作用。大量的研究表明, 茶多酚及其氧化产物有吸收放射性物质的能力, 对肿瘤患者在放射治疗过程中引起的轻度放射病以及血细胞减少症都有很好的疗效。茶多酚在活体外具有抗突变作用, 能抑制啮齿类动物多种肿瘤的发生。茶多酚还可以提高机体的免疫力, 阻断致癌物质形成的代谢途径, 抑制肿瘤细胞脱氧核糖核酸的生物合成, 此外, 茶多酚可有效地清除活性氧自由基, 可在一定程度上保护机体免受损伤。研究证明, 茶多酚能显著治疗60Co引起的白血球和血小板减少症, 保护小鼠因60Co损伤的脾脏和胸腺的正常免疫功能。
二、生物碱
茶叶中的嘌呤类生物碱主要为咖啡碱, 基本结构是由一个嘧啶环和一个咪唑环稠合而成的三甲基黄嘌呤, 其含量在茶叶中占2%~5%。咖啡碱具有强心、利尿、解毒、平喘等药理功能。小剂量的咖啡碱能刺激大脑皮层, 起到提神醒目, 减少疲劳感的效果。临床上咖啡碱可以用于解救因急性感染中毒、催眠药、麻醉药、镇痛药中毒引起的呼吸、循环衰竭。咖啡碱还具有促进血液循环的作用, 可以使血管平滑肌松弛, 增大血管的有效直径, 增强心血管壁弹性, 对心脏有阳性收缩效应, 因而具有提神益思、降血糖、血脂、血压的作用。茶叶中其他嘌呤类生物碱的生物活性和咖啡因类似, 只是活性大小由于分子结构的不同而存在差异。
三、茶蛋白
茶叶中茶蛋白的含量约占其干物质总量的20%~30%。茶蛋白中氨基酸组成丰富、合理, 含有人体所需的所有必需氨基酸。但到目前为止, 国内外对茶叶生物活性成分的研究, 主要针对其水溶性成分, 对非水溶性蛋白质———茶蛋白的研究很少。在食品工业中, 若将茶蛋白提取纯化后适当改性, 有望变为消化吸收性较好的食用、饲用蛋白资源, 以及加工成食用乳化剂、起泡剂和胶凝剂等产品。茶蛋白还具有抗自由基的功效, 对预防放射治疗时引起的致突变效应有保护作用。
四、茶多糖
茶多糖是茶叶中非常重要的有效活性成分之一, 茶叶中茶多糖的含量较低 (乌龙茶为2.6%, 绿茶0.8%~1.4%, 红茶0.4%~0.9%) , 低于茶树根 (7.3%) 和老叶 (6.0%) 。药理研究表明, 茶多糖有降血糖、血脂、抗炎、抗凝血、抗血栓、抗辐射等作用, 是一项很有前景的天然药物。茶多糖的功能使其成为预防和治疗糖尿病及心血管疾病、增加免疫功能的一种天然药物。
五、茶叶皂苷
茶皂苷又称茶皂素, 是一类五环三萜类化合物。广泛存在于山茶属植物中, 其中茶树中的皂甙研究最为深入。茶皂甙有较好的抗菌作用, 对白色念珠菌、大肠杆菌均有一定抑制作用。茶皂甙也具有明显的抗炎作用。动物实验也发现, 用茶叶皂甙分别对幼稚自发性高血压大鼠 (SHR) 连续给药和一次性给药的降压实验, 证明了茶叶皂甙具有降血压的作用。研究表明, 茶皂甙还能抑制酒精的吸收, 使血液和肝脏中的乙醛、乙醇的含量降低, 意味着茶皂甙有保护肝脏的作用, 有助于缓解因饮酒过量而造成的肝损伤。一些研究还表明, 茶皂甙有抑制和杀灭流感病毒的作用。此外, 茶皂甙能杀死血吸虫的中间宿主钉螺, 对防治血吸虫病有重要作用。茶皂甙还具有化痰止咳的功效。
六、茶氨酸
茶氨酸是茶中特有的一种氨基酸, 是茶叶中有效的呈味物质, 其含量高低直接决定茶叶的品质。茶氨酸于20世纪50年代首次从茶叶中提取精制。此后许多学者对其进行了大量的研究, 包括在体内的吸收与代谢、检测方法、生理功能及在食品中的应用研究。动物实验表明, 给小鼠腹腔注射茶氨酸, 自发性高血压小鼠的舒张压、收缩压和平均血压均明显下降;茶氨酸还能抑制肿瘤并能够增强某些抗肿瘤药物的疗效;茶氨酸与神经递质之间还有相互作用;临床实验也证明茶氨酸能使人放松镇静, 并有助于睡眠;还可改善女性经期综合症;茶氨酸还具有提高免疫、学习能力、减轻体脂等作用。在食品工业中, 茶氨酸有时还作为绿茶风味的改良剂和苦味缓解剂, 并作为功能成分添加到食品和药品中。
七、其他活性成分
茶叶中还含有钙、锌、锗、钾、镉、锰、铁、钼、硒、铬、磷、钴、镍等20余种人体必需元素;而且, 茶叶中微量元素的最大特点是微量元素多和有机化合物结合, 有利于被人体吸收。茶叶中的γ-氨基丁酸对于增加葡萄糖磷酸酯化酶的活性、降低血压和血中氨的含量、恢复脑细胞功能以及治疗肝性脑病有着显著的作用。
茶色素色彩艳丽, 着色效果好, 本身又含有多种营养保健成分, 对食品中的维生素等具有保护 (防止降解) 作用, 是食品、饮料最理想的着色剂之一。茶色素还可以改善晚期肿瘤病人的血液高凝状态, 提高血液中白细胞的含量, 增强病人的免疫功能。
八、结语
随着人们生活质量的提高, 饮食消费观念逐渐向天然化、营养化、保健化的方向发展, 茶叶作为天然的三大无酒精饮料之一, 因其独特的保健功效而越来越受到人们的青睐。然而, 我国作为茶叶的主产地, 大部分茶叶的销售价格不高, 特别是大宗出口产品。为了高速度发展我国茶叶科学和茶叶生产, 要更多利用自身的资源优势, 合理利用现代生物、食品加工、分离纯化等技术开发茶叶产品及保健食品, 提高产品的附加值。
参考文献
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茶叶成分 篇5
近红外(NIR)光谱分析技术在品质分析方面以其快速、稳定、准确、节能环保和低成本等特点,得到了日益广泛的应用。但目前我国市场上还是国外NIR光谱仪器产品主导,因不同测试对象的建模定标,以及国外NIR光谱仪器的价格因素,极大地影响了其推广应用。以绿茶成分的近红外快速检测仪为研究目的,通过茶叶的NIR光谱特征指标与常规绿茶成份检测标准[1]的关联研究,在建立绿茶中茶多酚、氨基酸、水分、咖啡碱等四种主要成分相应的NIR光谱特征波长分析模型[2,3,4,5,6,7,8,9,10]的基础上,以低价实用为研发目标研制成功了NIR光谱仪器样机NIRCY-1。经农业部茶叶质量监督检验测试中心试用,样机具有快捷检测,分析简单,数据可靠,实用性强、性价比高等优点。
1 测量原理与系统组成
利用NIR光谱检测茶叶的主要成分,是将以常规理化方法测得的茶叶样品的成分数据与NIR光谱测得的光谱数据,以化学计量学方法建立校正模型,然后通过对未知样品光谱的测定和建立的校正模型来快速预测其组成或性质。在各类NIR光谱仪器中,滤光片型光谱仪因其高性价比、高光通量、稳定高效等优势,在专用仪器的设计中应用广泛。本样机12个干涉滤光片的中心波长通过Thermo Nicolet公司的Nexus 870傅里叶红外光谱仪扫描茶叶样品在1 000 nm∼2 500 nm的NIR全波段光谱图,根据其主要成分含量的理化检测数据,提取各被测成分的特征波长来确定。茶叶中茶多酚、氨基酸、水分、咖啡碱等四种主要成分占其总含量的50∼60%。其中,茶多酚是含有30种以上的酚性物质的复合物,其含量为干茶重量的18%∼36%,它的含量中以儿茶素类化合物最高,约占茶多酚总量的70%。纯度较高的儿茶素的主要吸收峰在1 427 nm,1 648 nm,1 902 nm,2 055 nm,2 115 nm,2 445 nm。茶氨酸是茶叶中的特征氨基酸,茶氨酸约占茶叶中氨基酸总量的50∼60%。茶氨酸特征基团的一级倍频分别在1 699 nm至1 833 nm和1 500 nm至1 620 nm。纯水分子OH伸缩振动的一级倍频约1 400 nm,二级倍频在960 nm,合频吸收主要有两个,较强的是1 940nm,较弱的是1 220 nm。咖啡碱的主要吸收峰在1 635 nm,1 670 nm,1 708 nm,1 920 nm,2 143 nm,2 250nm,2 330 nm,2 425 nm。经分析测试,本检测仪的工作波段为1 100∼2 350 nm。
茶叶成分检测仪主要由光源、分光系统、测样装置、信号检测和处理系统等模块组成,其仪器组成结构图如图1所示。其工作原理是:光源发出的复合光经调制盘调制成一定光强频率的信号,经分光系统得到反映茶叶测试成分特征波长点的单色光,由样品或白板发生作用后漫反射到In Ga As探测器上,经光电转换后由信号放大系统,滤波电路对探测信号进行处理,通过USB接口传输到上位机。其中仪器样品池的结构如图2所示,内嵌有Ba SO4白板,旋转机构带动样品池旋转,并通过霍尔传感器定位样品池,得到白板及样品的漫反射光强信号。经软件对信号作分段处理,分别计算白板与样品的漫反射强度,求得样品的相对漫反射率,再通过化学计量学算法,对茶叶中的四种成分进行定量分析。
1.Light source;2.Collimating lens A;3.Aperture;4.Collimating lens B;5.Modulated disk;6.Synchronous motor;7.Filter wheel;8.Interference filter;9.Stepper motor;10.Quartz glass;11.Aperture;12.Mirror;14.Tea sample;15.Sample pool;16.Rotating platform;17.In Ga As photodetector;18.Instrumental amplifier;19.Low pass filter;20.A/D converter;21.Single chip microprocessor;22.Stepper motor driver;23.USB2.0 interface;24.Hall transducer;25.Magnets;26.Instrument case
2 系统设计
2.1 光学系统及机械结构的设计
要保证光谱仪器的精确测量,其光源性能很重要。溴钨灯光谱能量能够较均匀覆盖整个NIR波段,是较理想的光源,但它发热量大、预热时间长。样机采用Philips光谱分析仪专用溴钨灯,采用恒流源供电模块,并辅助散热器来保证光源稳定性。光路系统采用透射式准直方式。在NIR光谱测量中,为减少背景辐射、杂散光及电子器件的直流漂移等因素的影响,利用调制盘对探测光进行光强调制,再对NIR探测器输出的微弱电信号进行检测。在实际中,调制盘的驱动电机转速并非恒定,而且机械加工精度及安装精度的影响也不能完全忽略,调制频率会有微小的波动(中心频率450 Hz)。调制有助于提高信噪比。
本样机选用基于法布里-珀罗标准具干涉原理制作的窄带带通干涉滤光片作为分光器件,其通带带宽约为10 nm。该干涉滤光片的显著优点是窄通带,同时又具有较高的透射率。干涉滤光片在调试安装过程中要注意使入射光束尽量保证垂直入射光学工作面,否则入射中心波长将产生一定的偏移。仪器将滤光片固定在滤光片轮上,由步进电机驱动其旋转,滤光片轮固定在槽座中,与光源隔离,并利用散热片控制槽座温度,避免因温度变化对干涉滤光片产生影响。
2.2 旋转样品池测量系统
匀速旋转的样品池使光谱扫描覆盖整个样品区域。在仪器样品池的设计中,内嵌了Ba SO4白板,如图2示,以完成样品与白板的同步检测,保证样品与白板在相同条件下测得漫反射强度,简化了测试操作,提高了检测速度和精度;当样品池每旋转一周,经磁铁处,即与霍尔传感器的响应产生检测周期信号,表示一次检测完成。样品与白板的交替扫描,即有如图3所示的样品与白板漫反射强度周期性间隔信号。
提取信号中白板与样品有效漫反射信号段图3中b∼c和d∼a段,计算各漫反射强度,根据漫反射吸光度的计算公式
即可得吸光度A,为各种化学计量学算法与定量分析提供基础。
2.3 光电信号检测系统
如图4所示,光电信号检测系统主要由探测器、放大系统、滤波电路、A/D采样系统、嵌入式控制系统及通信接口等模块组成。
基于探测精度以及性价比因素,本样机采用In Ga As探测器,并据此探测器特性设计信号处理电路。In Ga As光电探测器经精密电阻偏置电路输出,接入前置低噪声精密仪表放大器,再经过RC滤波后,通过24位Delta-Sigma A/D转换器以7500SPS采样率对450 Hz的光强调制信号进行采集,并通过USB接口传输给计算机处理。
2.4 仪器支持软件的设计
NIR CY-1的系统支持软件以Visual Studio6.0 VC++集成开发系统为开发平台,集化学计量学算法、数字信号处理和控制等功能于一体,其功能模块框图如图5所示,可在Windows XP/2000/2003下运行。主要模块有:光谱数据采集与预处理、建模、数据管理及人机交互等。原始信号通过FFT滤波处理,以EXCEL来管理数据,可实时实现光谱及测试结果的存储及查询、动态显示原始信号波形图及频谱图、仪器自检等。
3 样机定标与精度分析
NIRCY-1的定标与建模的过程如图6示。
仪器通过计算出12个不同滤光片工作状态下的12个吸光度值,经过光谱预处理等操作,将12个离散吸光度值为输入量,由PLS法的茶叶成份分析模型,计算得茶叶中水分、茶多酚、氨基酸和咖啡碱4种主要品质成分。测量得出的12个波长离散光谱图与Thermo Nicolet傅里叶光谱仪光谱图相比较(如图7),可看出同一样品光谱趋势一致性较好,但基线的一致性较差,这与测量时的样品颗粒度及松紧度相关性较大。当同一茶叶样品不重新装样,4次重复性测量光谱一致性就很好(如图8)。当同一样品重新装样后再重测时,会有明显的基线漂移,原因是由于样品松紧引起的,可以通过多元散射校正等光谱预处理方法消除[5,6,7,8,9]。
经浙江省电子产品检验所测试,NIRCY-1的主要电气及检测指标如表1所示。
经农业部茶叶质量监督检验测试中心应用NIRCY-1测得的茶叶样品主要成分数据与国标规定的理化检测结果比较,表明样机的实测值与理化检验值的相对误差小于5%。如表2所示为编号为JF280026的样品检测分析结果。
4 小结
本检测仪的研制,以实现茶叶成分的快速无损检测为目标,操作方便,用户无需对样品进行特殊预处理,放入样品,大约30 s后便可以得出分析结果。本仪器的研制,确定了检测茶叶4种主成分的12个特征波长点,并采用In Ga As探测器及内嵌白板的旋转样品池设计,提高了系统的检测精度;仪器的SNR优于5 000:1,仪器的整体相对误差小于5%。本样机经多家单位实际试用,具有检测快速、分析简单、数据可靠、实用性强、性价比高等特点。该技术有利于茶叶产品质量监测,使茶叶产业的精深加工发展和提升国产仪器的研发水平具有重要意义。
参考文献
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