基于紫外光譜技術的茶葉分類

肖益+高錦紅+呂重瑩+加平平+史佳偉+趙耿+溫盼+溫彬彬+馬蘭+雷楠

摘要：采用紫外可見分光光度計測定20種茶葉的紫外光譜數據，根據槲皮素對照品最大吸收峰，選取382 nm波長處的吸光度作為吸收特征值，結合聚類分析法對茶葉樣本進行聚類分析，分析結果將20種茶葉樣本分成3組，且分類結果與實際類別接近，說明聚類分析法能用于茶葉的紫外光譜定性鑒別。

關鍵詞：紫外可見光譜；茶葉；聚類分析

中圖分類號：S571.1；O657.32 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2014）17-4085-03

Classification of Tea Leaves Based on UV Spectroscopic Technology

XIAO Yi， GAO Jin-hong， L？譈 Zhong-ying， JIA Ping-ping， SHI Jia-wei， ZHAO Geng， WEN Pan， WEN Bin-bin，

MA Lan， LEI Nan

（School of Chemistry and Life Science， Weinan Normal University， Weinan 714000， Shaanxi， China）

Abstract： The ultraviolet spectrum data of twenty kinds of tea were determined by UV-visible spectrophotometer. According to the maximum absorption peak of quercetin reference substance， 382 nm wavelength of absorption value was used as the characteristic value of specific line. Cluster analysis was used to analyse the tea samples. Results showed that twenty kinds of tea were classified into three groups. The cluster analysis could be used for qualitatively analysing ultraviolet spectrum of tea leaves.

Key words： ultraviolet spectrum； tea leaves； cluster analysis

茶自古以來就是中國人喜愛的飲品，我國茶葉種類繁多，共分7大茶系（綠茶、紅茶、白茶、黃茶、花茶、黑茶、烏龍茶）數百種之多，隨著國際貿易的發展和人們飲食結構的調整，對茶葉質量的要求越來越高，全面提高茶葉產品的質量，已日趨為人們所重視。但面對如此龐大數目的茶葉品種，其優劣實難分辨。因此建立一種快速、簡便和準確的鑒別茶葉優劣的方法極其重要。

現代紫外可見光譜分析技術可充分利用全譜段或多波長下的光譜數據進行定性或定量分析。由于紫外可見光譜分析技術具有速度快、效率高、成本低、測試重現性好、測量方便等特點，已經被越來越多地應用于食品工業、石油化工、制藥工業等領域，國內外已有學者研究利用紫外可見光譜分析技術區別物質[1-5]。為此，采用紫外可見光譜技術建立20種茶葉的紫外光譜指紋圖譜，用聚類分析方法進行分類研究，以期為食品分類研究提供一定的理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗用茶葉均購自渭南市華潤超市茶葉專賣店，共計20個樣本，粉碎后置干燥器中保存備用；槲皮素（中國藥品生物制品檢定所，批號：100081-200406）；甲醇（分析純）；去離子水。

儀器：UV-2000紫外分光光度計（北京萊伯泰科有限公司）；DHG-9140A型電熱恒溫鼓風干燥箱（上海一恒科學儀器有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 樣品處理 槲皮素對照品溶液制備：稱取干燥的槲皮素對照品約0.005 0 g，加適量甲醇溶解，置于100 mL容量瓶中，得50.00 μg/mL的槲皮素對照品溶液。

茶葉樣本處理：將樣本放入80 ℃烘箱1 h后，粉碎，置干燥器中保存備用。稱取茶葉備用樣約1.000 0 g，置于50 mL錐形瓶中，加入25 mL甲醇，60 ℃恒溫水浴加熱1 h，趁熱過濾，冷卻，取2 mL濾液置于25 mL容量瓶中用甲醇定容，搖勻待測。

1.2.2 光譜數據的獲取 將待測的茶葉提取液用UV-2000紫外可見分光光度儀在200～500 nm波長范圍內掃描，可得茶葉樣本的紫外可見光譜圖譜，測定波長間隔為2 nm，記錄測定值，樣品光譜數據取3次掃描的平均值。

2 結果與分析

2.1 槲皮素對照品紫外吸收圖譜及甲醇提取液紫外光譜圖譜

槲皮素對照品紫外吸收圖譜見圖1，20種茶葉樣本甲醇提取液紫外可見光譜圖譜見圖2。從圖2可以看出，20種茶葉甲醇提取液紫外可見光譜的譜圖極為相似，從光譜圖譜中難以進行分類分析，尤其樣本數多的情況下更難以直觀地進行分類研究。從紫外光譜圖譜和吸光度來看，每個樣本在3個波長處的吸光度存在比較明顯的差異，特別是在382 nm處的吸收度，這些共性和差異性具有一定的特征性和指紋性，是建立不同品種茶葉指紋圖譜的科學依據。差異性可能是由于各茶葉品種、產地和加工工藝的差異引起的，這些差異為茶葉的鑒別奠定了理論基礎。

2.2 穩定性和重復性考察

為了考察該方法的穩定性和重復性，以對照品槲皮素紫外吸收光譜在382 nm波長處的最大吸光度為參照，對茶葉中槲皮素提取時水浴加熱的溫度、時間和取樣量進行了優化。優化的結果是：水浴溫度60 ℃，時間60 min，取樣2 mL定容至25 mL容量瓶。用以上方法對20種茶葉樣本進行紫外光譜測定，得到382 nm波長處的吸光度見表1，重復3次的RSD都在2%以下，說明用此方法可行。

2.3 聚類鑒別分析

聚類分析是按照光譜之間的相似性來分類光譜的，是一種探索性的分析，在分類的過程中，不必事先給出一個分類的標準，聚類分析能夠從樣本數據出發自動進行分類，建立每個樣本的聚類分析譜系圖。本研究就以20種茶葉的紫外光譜吸光度進行聚類分類[6，7]。

茶葉樣本間的差異如果僅用感官確認的方法進行判斷，其判斷結果的可信度將會大打折扣，如果將樣品通過多種方法檢測得到的多維信息進行相互驗證來判斷其差異性，則將會大大提高判斷的可信度。因此，試驗對20個不同品種茶葉進行主成分槲皮素最大吸光度測定，試驗結果如表1。從測定結果來看，樣品中槲皮素吸光度之間存在一定的差異，這些差異為通過紫外可見光譜技術檢測茶葉品種建立快速鑒別的方法提供了依據。

根據表1中的數據，首先對各樣本在382 nm波長處的吸光度進行標準化處理，然后根據處理后的紫外光譜數據進行聚類分析，分析結果見圖3。從圖3可以看出，20個樣品聚為兩大組。第一組有10個樣本，包括3（大白毫）、4（古樹紅）、8（龍井1號）、9（薰衣草）、10（香碧螺）、11（龍井2號）、12（銀峰）、13（龍井3號）、14（雀舌）和15（紫陽富硒）號樣，第一組大部分樣本屬于綠茶，表明以上茶葉中槲皮素含量相近，則聚為一類是合理的，而其中3號樣大白毫屬白茶，4號樣古樹紅屬紅茶，3號和4號樣聚進第一組，說明這兩種茶葉中主成分槲皮素含量和同組綠茶相近；第二組有10個樣本，包括1（普洱茶）、2（茉莉）、5（鐵觀音1號）、6（鐵觀音1號）、7（鐵觀音1號）、16（人參烏龍）、17（水仙）、18（臺灣烏龍）、19（鳳凰單樅）、20（龍須茶）號樣。其中1號普洱茶和2號茉莉茶聚進第二組，這也說明本研究所收集到的這兩種樣本中主成分槲皮素的含量相近。而在第二大組中龍須茶單獨聚為一類，表明其所含槲皮素含量有所差別，因龍須茶也稱為龍須保健茶和三高保健茶，具有很好的藥用價值，本研究分類結果與實際情況一致，則龍須茶單獨聚為一類與其所具的有廣泛的預防保健及藥用功效有關。

3 小結

采用紫外可見光譜技術建立20種茶葉的紫外光譜指紋圖譜。經紫外可見光譜儀在200～500 nm波長范圍掃描，獲得了20個不同品種茶葉的紫外可見光譜圖譜。根據槲皮素對照品最大吸光度，選取了382 nm波長處吸光度作為特征值，通過聚類分析法對20種茶葉樣本進行聚類分析，初步實現了不同品種茶葉樣品的定性分析。試驗結果表明，利用紫外可見光譜技術結合聚類分析方法可以快速地對不同品種茶葉進行分類鑒別。通過本研究得出紫外可見光譜結合聚類分析法用于食品鑒別是可行的。

參考文獻：

[1] 蔣家奎，馬永昆，范曉波，等.基于紫外-可見光譜技術快速鑒別鎮江香醋方法的研究[J].中國調味品，2009，34（3）：112-117.

[2] 王 吰，連喜軍，陳良笛，等.不同品種甘薯色素紫外光可見譜性質研究[J].食品研究與開發，2009，30（1）：25-28.

[3] 楊華峰，楊 勇，董 勤，等.紫外-可見光譜技術在葡萄酒品質評價中的應用[J].釀酒科技，2012（11）：58-60，64.

[4] 夏敦玲，任小林，李演利，等. 冬棗果皮紅色素的紫外光譜分析[J].西北農業學報，2006，15（6）：144-147.

[5] 李曉麗，何 勇，裘正軍，等.一種基于可見-近紅外光譜快速鑒別茶葉品種的新方法[J].光譜學與光譜分析，2007，27（2）：279-282.

[6] 魏淑紅，彭正松，夏 玲.半夏類藥材紫外光譜聚類分析[J].生物技術，2004，14（1）：38-41.

[7] 譚梅英，譚志燦，孫冬梅，等.基于紫外光譜和聚類分析法結合的布渣葉鑒別研究[J].海峽藥學，2012，24（7）：62-64.

2.3 聚類鑒別分析

聚類分析是按照光譜之間的相似性來分類光譜的，是一種探索性的分析，在分類的過程中，不必事先給出一個分類的標準，聚類分析能夠從樣本數據出發自動進行分類，建立每個樣本的聚類分析譜系圖。本研究就以20種茶葉的紫外光譜吸光度進行聚類分類[6，7]。

茶葉樣本間的差異如果僅用感官確認的方法進行判斷，其判斷結果的可信度將會大打折扣，如果將樣品通過多種方法檢測得到的多維信息進行相互驗證來判斷其差異性，則將會大大提高判斷的可信度。因此，試驗對20個不同品種茶葉進行主成分槲皮素最大吸光度測定，試驗結果如表1。從測定結果來看，樣品中槲皮素吸光度之間存在一定的差異，這些差異為通過紫外可見光譜技術檢測茶葉品種建立快速鑒別的方法提供了依據。

根據表1中的數據，首先對各樣本在382 nm波長處的吸光度進行標準化處理，然后根據處理后的紫外光譜數據進行聚類分析，分析結果見圖3。從圖3可以看出，20個樣品聚為兩大組。第一組有10個樣本，包括3（大白毫）、4（古樹紅）、8（龍井1號）、9（薰衣草）、10（香碧螺）、11（龍井2號）、12（銀峰）、13（龍井3號）、14（雀舌）和15（紫陽富硒）號樣，第一組大部分樣本屬于綠茶，表明以上茶葉中槲皮素含量相近，則聚為一類是合理的，而其中3號樣大白毫屬白茶，4號樣古樹紅屬紅茶，3號和4號樣聚進第一組，說明這兩種茶葉中主成分槲皮素含量和同組綠茶相近；第二組有10個樣本，包括1（普洱茶）、2（茉莉）、5（鐵觀音1號）、6（鐵觀音1號）、7（鐵觀音1號）、16（人參烏龍）、17（水仙）、18（臺灣烏龍）、19（鳳凰單樅）、20（龍須茶）號樣。其中1號普洱茶和2號茉莉茶聚進第二組，這也說明本研究所收集到的這兩種樣本中主成分槲皮素的含量相近。而在第二大組中龍須茶單獨聚為一類，表明其所含槲皮素含量有所差別，因龍須茶也稱為龍須保健茶和三高保健茶，具有很好的藥用價值，本研究分類結果與實際情況一致，則龍須茶單獨聚為一類與其所具的有廣泛的預防保健及藥用功效有關。

3 小結

采用紫外可見光譜技術建立20種茶葉的紫外光譜指紋圖譜。經紫外可見光譜儀在200～500 nm波長范圍掃描，獲得了20個不同品種茶葉的紫外可見光譜圖譜。根據槲皮素對照品最大吸光度，選取了382 nm波長處吸光度作為特征值，通過聚類分析法對20種茶葉樣本進行聚類分析，初步實現了不同品種茶葉樣品的定性分析。試驗結果表明，利用紫外可見光譜技術結合聚類分析方法可以快速地對不同品種茶葉進行分類鑒別。通過本研究得出紫外可見光譜結合聚類分析法用于食品鑒別是可行的。

參考文獻：

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[6] 魏淑紅，彭正松，夏 玲.半夏類藥材紫外光譜聚類分析[J].生物技術，2004，14（1）：38-41.

[7] 譚梅英，譚志燦，孫冬梅，等.基于紫外光譜和聚類分析法結合的布渣葉鑒別研究[J].海峽藥學，2012，24（7）：62-64.

2.3 聚類鑒別分析

聚類分析是按照光譜之間的相似性來分類光譜的，是一種探索性的分析，在分類的過程中，不必事先給出一個分類的標準，聚類分析能夠從樣本數據出發自動進行分類，建立每個樣本的聚類分析譜系圖。本研究就以20種茶葉的紫外光譜吸光度進行聚類分類[6，7]。

茶葉樣本間的差異如果僅用感官確認的方法進行判斷，其判斷結果的可信度將會大打折扣，如果將樣品通過多種方法檢測得到的多維信息進行相互驗證來判斷其差異性，則將會大大提高判斷的可信度。因此，試驗對20個不同品種茶葉進行主成分槲皮素最大吸光度測定，試驗結果如表1。從測定結果來看，樣品中槲皮素吸光度之間存在一定的差異，這些差異為通過紫外可見光譜技術檢測茶葉品種建立快速鑒別的方法提供了依據。

根據表1中的數據，首先對各樣本在382 nm波長處的吸光度進行標準化處理，然后根據處理后的紫外光譜數據進行聚類分析，分析結果見圖3。從圖3可以看出，20個樣品聚為兩大組。第一組有10個樣本，包括3（大白毫）、4（古樹紅）、8（龍井1號）、9（薰衣草）、10（香碧螺）、11（龍井2號）、12（銀峰）、13（龍井3號）、14（雀舌）和15（紫陽富硒）號樣，第一組大部分樣本屬于綠茶，表明以上茶葉中槲皮素含量相近，則聚為一類是合理的，而其中3號樣大白毫屬白茶，4號樣古樹紅屬紅茶，3號和4號樣聚進第一組，說明這兩種茶葉中主成分槲皮素含量和同組綠茶相近；第二組有10個樣本，包括1（普洱茶）、2（茉莉）、5（鐵觀音1號）、6（鐵觀音1號）、7（鐵觀音1號）、16（人參烏龍）、17（水仙）、18（臺灣烏龍）、19（鳳凰單樅）、20（龍須茶）號樣。其中1號普洱茶和2號茉莉茶聚進第二組，這也說明本研究所收集到的這兩種樣本中主成分槲皮素的含量相近。而在第二大組中龍須茶單獨聚為一類，表明其所含槲皮素含量有所差別，因龍須茶也稱為龍須保健茶和三高保健茶，具有很好的藥用價值，本研究分類結果與實際情況一致，則龍須茶單獨聚為一類與其所具的有廣泛的預防保健及藥用功效有關。

3 小結

采用紫外可見光譜技術建立20種茶葉的紫外光譜指紋圖譜。經紫外可見光譜儀在200～500 nm波長范圍掃描，獲得了20個不同品種茶葉的紫外可見光譜圖譜。根據槲皮素對照品最大吸光度，選取了382 nm波長處吸光度作為特征值，通過聚類分析法對20種茶葉樣本進行聚類分析，初步實現了不同品種茶葉樣品的定性分析。試驗結果表明，利用紫外可見光譜技術結合聚類分析方法可以快速地對不同品種茶葉進行分類鑒別。通過本研究得出紫外可見光譜結合聚類分析法用于食品鑒別是可行的。

參考文獻：

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