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1、傅里叶变换近红外光谱分析技术在茶叶中的应用解读Detecli On & 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110 0 15）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：TS27 5文献标识码：C日本早在7 0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

2、、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 8 0年代傅里叶变换在近红外光红外光谱，不

3、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Emker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（I Fs2 8/N型）和随机配送工审评中因个人好恶而带来的误差。的oPuSQUANT2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

4、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 .752.5 m，波数范围为4 0 0 0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

5、团fcH、oH、NH 1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（6 0 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】2 0 0 6 0 4 一14【作者简介】王永明，1 9 8 2年辽宁大学化学系毕业，副研究员。万方数据孓年第誊第溯黎藉麓蒸黧翳缀1淄糕麟黼辫翁黼赣鬟鬻黼黼磐豁黼漱虢黼黼瀚蔫熊 瓣睡蟪给g曩麟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

6、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

7、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

8、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

9、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，数甩、心心万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r XX90。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

10、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

11、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

12、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，1 9 9 5.【2】中国预防医学科学院编食物成分表M】. 19 9 1.Defecfl on & AnalvsbApplicationOfF佣 nertramforminfraredspectrometrytodetenninaHon ofteaWANGYonml 皑rLIaonlngPro vl 帕 alAcade wofAnal y雠 sciencc,shenya g11OO15,L 1 & Chma)FO一rt

13、mns 女口 frar 酣sIk et叫 andbyestabll shl ghemodehbt【nme qo poncnlsmtcaa ndthfmmd8pec ”gmms,【hc omponentsbcd et 四)ned plmyand r 啦】 y，whlchhel 肚toeValu atemoquaI l 哼o fkaAbstracl:WnhKywords:Fo ：rUansfo fmcan9pec 盯Om。廿y ;tca; ” pmdj 四）nadonf”。；j:#j:。 。 tooo,oo o7, 、一。f、 j。】1最近儿年，随着人们生活水平的改善一种被4kg，比日本还多一倍。

14、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5 k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32 9 .脂肪17 9，碳水化台物4 19 .钙2 7mg，维生族，泉日本和韩国，其妇女乳腺癌和索E1为O O5mg、E2O0 6g，铁高达2 5mg，专家男性前列腺癌及直肠、结肠癌的发生预测，豆奶将成为2 1世纪人类尤可争议 的选择。牢均比

15、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胖作用的植物雌激索，活陛仪为天然雌em嚣嚣艘麓嚣J黯装“激素的1,10 0蟹1, 1(m，在活体内起雌激素和抗雌激素的双翊二涧节作用亚油酸U麻畦鬈？端嚣胆圊醇。促进蛐 发育杭过可调整乳腺对雌激素的匣应，使雌激素不易引起乳腺组织发生异常。因此m*:1?:嚣蔷器鬻。麓豁”“豆奶是种很好的女性保健食品。另xn一* ;譬！嚣篓羟箸嚣1韫耋鬻嚣夕卜，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：N世纪一豆奶

16、s黄嗣嚣嘉女翟紫嚣；霎等盖嚣誓磊嚣缓解或减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。.， ？早在J 9 9 9年10月20日黄国食品和药物管从9 0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2 5E大豆蛋白；2 0 0 2年7月，英国联合健奶市场的半壁江山，2 0 0 5年1O月秋季糖酒会上康立法提 案（J HcJ ）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2 5 9的大豆

17、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F osH u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；2 0 0 3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.1 9 8 8年内液体厦奶升温的一个信号。产值为15 0万美元，J 9 9 0年达5 0 0 0多万凳元中国食品发酵工k 研究院预计，今后1015年1 9 9

18、6年达12亿多元.到1 9 9 9年达3亿美 元，年我国居民豆乳及其制品人均消费将以6 1%的速度增长率保持在3 0%以 L.1 9 9 9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2 5% ;在日本.2 003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2 3 3亿lj元，日本全年的前的4 5万吨扩产到百万 吨。我们有理1 1 = 1相信，21H奶消费最在18 2万吨左右，接近人均消费2 k如世纪将会是豆埘，的世 纪。韩吲豆奶的产量在2 0 0 3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

19、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，WANG Yon g-mi ng辽宁省分析科学研究院，辽宁，沈阳,110015饮料工业THE BEVERAGE INDUSTRY2006，9（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（92.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本文链接：http:/d.g.wa nfan .c n/Periodical_ylgy200605010.aspx授权使用：浙江工业大学图书馆（wfzjgydx，授权号：a4d8d40a-0671-48b3- ae37-9dd900d58c63下载时间：2010年8月21日