傅里叶变换近红外光谱分析技术在茶叶中的应用解读.docx
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傅里叶变换近红外光谱分析技术在茶叶中的应用解读
DetecliOn&AnalySis
傅里叶变换近红外光谱
分析技术在茶叶中的应用
王永明
（辽宁省分析科学研究院，辽宁沈阳110015）
摘要：
利用傅里叶变换近红外光谱分析技术，通过建立茶叶中各主要组分和近红外光谱图对应模型，可快速、准确地测定茶叶的主要成分含量，判定茶叶品质优劣。
关键词：
傅里叶变换近红外光谱分析；茶叶；快速测定中图分类号：
TS275文献标识码：
C
日本早在70年代就已将近红外光谱分析技术叶中的大多数有机化合物如茶多酚、氨基酸、蛋白应用于茶叶多种组分的定量分析，如茶多酚、咖啡质、咖啡碱、还原糖、多糖（纤维素、半纤维素、碱、全氮量、粗纤维等的定量分析，并取得了良好淀粉、果胶）等都含有各种含氢基团，所以通过对的效果。
国内应用近红外光谱测定茶叶中的成分也茶叶的近红外光谱分析可以测定这些成分的含量。
有报道，但局限在传统的运用特定波长确定某种成而茶叶的品质或品性与它所含有的各种化学成分直分的多元回归方程的研究阶段。
目前，随着化学计接相关，如纤维素、半纤维素的含量决定了茶叶的量学和计算机技术的快速发展，近红外光谱分析已老嫩度，氨基酸、茶多酚、咖啡碱含量及比例决定转向以分析弱信号和多组分多元信息处理为基础的了茶冲泡后的口感。
由此看出，通过分析茶叶的近阶段。
特别是随着80年代傅里叶变换在近红外光红外光谱，不仅可以得到各种化学成分的含量，还谱仪中的应用，增加光通量，提高了信噪比，使所能以此为依据，进一步建立关于茶叶优劣、级别、得谱线平滑，从而使近红外技术有效地应用于大量真假识别以及品种鉴定等一系列快速分析模型，从样品的高精度快速分析。
本文通过运用德国E
mker而可以从根本上避免现在茶叶化学测定的繁琐和人公司的FTr—NIR
光谱仪（IFs28/N型）和随机配送工审评中因个人好恶而带来的误差。
的oPuSQUANT—2定量和IDENT定性分析软件对傅里叶变换技术是信号处理和波谱解析的有力茶树活体（叶片）、茶叶及茶制品的近红外光谱进手段，利用傅里叶变换可从数据中提取更多的有用行扫描和分析，并结合傅里叶变换近红外光谱仪在信息，即以傅里叶级数拟合原光谱曲线，用较少项其他诸多行业中的应用现状，探讨它在茶叶领域内的级数就可获得与原光谱良好的近似，从而使所得应用的特点及前景。
谱线平滑，消除了部分干扰。
因此傅里叶变换技术1应用原理及特点
能使近红外光谱仪有效地应用于大量样品的高精度快速分析。
1.1应用原理
1.2应用的方法和特点
近红外光谱区介于可见光区与中红外光区之
（1）茶叶近红外光谱法测定步骤
间，波长范围为O.75〜2.5m，波数范围为4000〜运用近红外光谱测定茶叶样品中所含的某种化13330cm〜。
由于近红外光谱区与有机分子中含氢学成分，首先要建立光谱特征与该成分含量之间的基团fcH、oH、NH1振动的合频与各级倍频的吸数字模型。
具体过程如下：
1）选择一定数量（60收一致，因此通过扫描样品的近红外光谱，可以得份以上）具有代表性的茶叶样品
（又称标准样品到样品中有机分子含氢基团的特征振动信息【1】。
茶
集）；2）用其他测试仪器或化学方法准确测定各份
【收稿日期】2006—04一14
【作者简介】王永明，1982年辽宁大学化学系毕业，副研究员。
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茶叶中要测成分的含量，作为真实值；3）用傅里叶变换近红外光谱仪扫描标准样品，集中各份茶叶的近红外光谱图；4）运用随机软件（oPusQuANT一2定量分析软件）中的化学计量学方法、偏最小二乘法（PLS）在计算机内建立茶叶近红外光谱图和化学成分真实值之间的对应模型；5）在以后运用该模型进行快速测定时还可以不断地进行检验和校准。
多组分测定时，只须对标准样品集中各份茶叶进行多组分测定，建立各组分和茶叶近红外光谱图对应的模型即可。
测定时只需扫描待测茶叶样品的近红外光谱，通过欲测成分的对应模型就可以得到样品中该成分的含量。
所以说傅里叶变换近红外光谱仪不同于液相色谱、气相色谱等大型测试仪器，它测定样品成分含量的方法是建立在化学测定法或其他仪器测定基础之上的，可以称之为再生”的测定方法。
（2）特。
点
傅里叶变换近红外光谱法在建立模型时，需要挑选有代表性的标准样品集并进行大量的化学测定，是一项耗时长且相当繁琐的工作。
而且对未知样品预测的准确度完全取决于模型初建时化学测定
的精确与否，这就要求化学测定一定要精确可靠，
否则模型的可靠性就会降低。
但只要模型准确建立，在进行茶叶样品组分测定
时，样品无需进行任何前处理（如提取、消化等）就可以直接进行近红外图谱扫描，做到无损检测，并快速而准确地测得
组分含量，扫描后的样品还可以挪作他用
傅里叶变换近红外光谱法还特别适合茶叶样品的多组分快速测定，测定时只要对样品进行一次近红外图谱扫描，通过各组分的数学模型可以在短时间内一次性同时测定未知样品多种组分的含量。
2傅里叶变换近红外光谱分析技术在茶叶中的应用前景
笔者在傅里叶变换近红外光谱仪上，对乌龙茶、红茶、绿茶、茶浸出液、速溶茶、超微绿茶粉、茶饮料、浓缩茶等茶制品以及茶树活体进行扫描分析，都得到了清晰的光谱图。
可见，只要把茶叶领域应用数学模型一一建立起来，近红外光谱在
该领域的应用是大有作为的。
2.1茶叶化学成分的多组分快速测定
由于傅里叶变换近红外光谱具有无需前处理、快速、无损、多组分同时测定等诸多优点，所以它最适合对于茶作多组分快速测定，在茶叶水分、茶多酚、咖啡碱、粗纤维、全氮量等方面的测定中得到应用。
就目前笔者利用Bmker公司的IFS28/N型FT—NIR光谱仪在炒青绿茶漫反射光谱中已做的初步研究来看，茶叶的含水率、茶多酚含量、全氮量都可以利用傅里叶变换近红外光谱仪来测定，数
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心心
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方数据学模型中的化学、钡U定真实值和近红夕卜光谱预钡0值的相关系数rXX90。
2.2建立茶叶智能化初审模型
人工对茶叶的感官审评主要通过人的视觉、嗅觉、触觉和味觉分别对茶叶外形、汤色、香气、滋味和叶底进行评审，从而判断茶叶品质的优劣。
评茶人员要经过多年的培训和长时间的经验积累才能拥有高超的评茶技艺，而且还常常受到情绪、喜好、健康状况的影响，所以说茶叶人工感官审评有很多偶然因素，另外优秀的评茶人员也十分难得。
因为茶叶品质的优劣与其内质直接相关，如茶多酚、咖啡碱的含量及比例，氨基酸及各组分含量，叶绿素、纤维素的含量等等。
而这些信息在傅里叶变换近红外光谱上都有一定程度的反映，这样只要建立茶叶近红外光谱与感官审评各因子得分之间的数学模型，就可以得到茶叶智能化计算机审评模型。
当然茶叶品质的优劣还和制茶技术相关，同样的鲜叶经不同的人制作，茶叶品质相差悬殊。
所以该模型只能作为茶叶的初审，而不可能完全代替人工感官审评。
尽管如此，由于傅里叶变换近红外光谱仪在快速、无损等方面的优势，它仍可在茶叶等级的快速评定和茶叶的一般性审评中有所应用。
2.3茶叶真假、伪劣识别
通过傅里叶变换近红外光谱仪和定量、聚类分析，软件还可对茶叶进行真假、伪劣的快速识别。
茶叶中茶多酚和咖啡碱的高含量及比例关系是茶叶所特有的，以此为根据，通过茶叶茶多酚和咖啡碱的近红外光谱数学模型就可以快速识别茶叶真假。
通过对不同类别、级别茶叶样品傅里叶变换近红外光谱的扫描，再扫描预测样品的光谱，通过聚类分析软件得出谱系图，就可以快速得出预测样品的级
别和优劣。
傅里叶变换近红外光谱仪在茶叶中的应用前景极为广泛。
目前某些方面已经得到应用，特别是样品的成分测定方面，但仍限于单组分的测定，多组分同时测定模型和许多其他方面的应用模型还亟待建立。
虽然傅里叶变换近红外光谱的模型建立需要以大量的化学测定为基础，是一项费时、费力的工作，但由于它具有许多化学及其他仪器测定无法替代的优点，所以随着茶叶及茶制品领域应用数学模型的不断开发，傅里叶变换近红外光谱仪在茶叶及茶制品领域中的诸多应用必将得到实现和拓展。
参考文献
【1】吴瑾光•近代傅里叶变换近红外光谱技术及应用【M].北京：
科学技术出版社，1995.
【2】中国预防医学科学院编•食物成分表［M】.1991.
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最近儿年，随着人们生活水平的改善一种被
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台湾地区的称为文明病”（肥胖、高血压、糖尿病）的病人均消费量更高，豆奶和豆浆合计选
症越来越严再地危害人类健康•而被营养学家誉到5k如
为绿色牛奶”的健康食品一一甄奶•因其具有豆奶虽然在综合营养方丽不如牛丰富的植物蛋门，均衡的营养且不含胆固醇而逐奶，但其在保健方面｛E有优势。
梳行渐被人们接受和喜爱，每1OOE疆奶含有蛋白质
痫学澜查中发现，常食大豆食物的民3
29.脂肪179，碳水化台物419.钙27mg，维生
族，泉日本和韩国，其妇女乳腺癌和索E1为OO5mg、E2O
06…g，铁高达25mg，专家
男性前列腺癌及直肠、结肠癌的发生预测，豆奶将成为21世纪人类尤可争议的选择。
牢均比西方工业发达国家低，而且心豆奶中的主要营养成分厦功能表
m管疾病也较低。
这主要是由于大豆巾独有的异黄硎•它是一种弱雌激素人且蜇n鞋供优匝植物蛋自，降1%胆【M醇，防止月E胖
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夕卜，由于豆奶巾不含乳糖•它电是所有乳糖不耐定人衅的最佳食疗营莽品。
市场潜力专家预测：
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而我国作为大豆的故乡，是从
世纪80年代开始研究和开发豆奶的。
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早在J999年10月20日•黄国食品和药物管
从90年代开始，维维企业成为国内_,、
理局（FDA）鉴于食用大豆蛋白有助于减少心血第一批专业生产豆奶粉的公司，并在短短几年的时管发病概率”，向全民发布健康公告，建议每人每间内成为豆奶市场的领头羊•其产品r了国内豆天食用25E大豆蛋白；2002年
7月，英国联合健奶市场的半壁江山，2005年1O月秋季糖酒会上•康立法提案（JHcJ）提议健康立法，每天食用至维维集团叉隆重推H｛了萁精心打造的最新液体豆少259的大豆蛋白作为低饱和脂肪的食物，能够帮奶一一阳光七彩,
将豆奶元素扩展到豆芽奶、红枣
助减少脾固醇；日本FosHu厚生省给予
H奶绿豆奶、黑豆奶、纯豆浆、纯豆奶、蔬菜豆
So肿t…豆奶”健康食品认证；2003年5月8
奶等多元化产品•以适应不同人群的需求，顺利成日，尜例公众健康署督促人民多食豆类，以预防功地完成r豆奶由粉”到奶”的转型使之型癌症和其他健康威胁。
适应快节奏的现代生活方式，业内人上称，这是闻豆奶在发达闰家发展迅猛。
在美国.1988年内液体厦奶升温的一个信号。
产值为150万美元，J990年达5000多万凳元•中国食品发酵工』k研究院预计，今后10〜15年1996年达12亿多元.到1999年达3亿美元，年我国居民豆乳及其制品人均消费将以61%的速度增长率保持在30%以L.1999年豆奶约占大豆食增睦.其市场前景相当广阔。
月前多家外资豆奶仓
品销售额的25%;在日本.2003年•市场仅豆奶业在做食品质量体系认证•中国豆奶产能有望从H
一个产品的销售额祧达233亿lj元，日本全年的前的45万吨扩产到百万吨。
我们有理1—1=1相信，21
H奶消费最在182万吨左右，接近人均消费2k如世纪将会是豆埘，的世纪。
韩吲豆奶的产量在2003年是19万吨，人均消费
万
方数据鹫季年第，卷第；期
剐
傅里叶变换近红外光谱分析技术在茶叶中的应用
作者：
作者单位：
刊名：
英文刊名：
年，卷（期：
被引用次数:
王永明，WANGYong-ming
辽宁省分析科学研究院，辽宁，沈阳,110015饮料工业
THEBEVERAGEINDUSTRY2006，9（53次
参考文献（2条
1.吴瑾光近代傅里叶变换近红外光谱技术及应用19952.中国预防医学科学院
食物成分表1991
引证文献（3条
1.张正竹•廖步岩•阎守和.宛晓春近红外光谱（NIRS技术在茶叶品质保真中的应用前景［期刊论文卜食品工业科技2009（9
2.赵晓辉.聂志矗.张连水.张荣香.李晓苇茶叶及其组份的红外光谱研究［期刊论文卜光学学报2009（23.潘燕飞傅立叶红外光谱法用于茶叶品质的鉴定［期刊论文］-烟台大学学报（自然科学与工程版）2008（4
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//d.g.wanfan.cn/Periodical_ylgy200605010.aspx
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2010年8月21日
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