基于FTIR技術(shù)的茶樹優(yōu)良單株品質(zhì)評價研究

蘇 敏，韋柳花，孔德鑫，羅小梅，邱勇娟，鄧慧群

(1.廣西桂林茶葉科學研究所，廣西 桂林 541004；2.廣西壯族自治區(qū)中國科學院廣西植物研究所，廣西 桂林 541006)

基于FTIR技術(shù)的茶樹優(yōu)良單株品質(zhì)評價研究

蘇 敏1，韋柳花1，孔德鑫2，羅小梅1，邱勇娟1，鄧慧群1

(1.廣西桂林茶葉科學研究所，廣西 桂林 541004；2.廣西壯族自治區(qū)中國科學院廣西植物研究所，廣西 桂林 541006)

為探索快速、客觀的茶樹優(yōu)良單株品質(zhì)評價方法，運用FTIR技術(shù)，結(jié)合感官審評和理化分析方法，比較分析了各單株質(zhì)量。結(jié)果顯示：①各樣品的紅外光譜整體上十分相似，由于各樣品化學成分組成比例各異，因而有各自的特征紅外光譜；②經(jīng)紅外光譜主要吸收峰相關系數(shù)分析得出，福鼎大白茶與5號單株的相關性最高，其次是2與4號單株相關性系數(shù)最低；③對氨基酸貢獻率大的吸收峰主要分布在1648，1525和1454 cm-1附近，這些吸收峰強度以CK樣品最強，其次是5號單株，4號單株最低；對茶多酚貢獻率較大的吸收峰主要在1236.2、1147.5 和1037.5 cm-1等處附近，這些吸收峰強度以4號單株最強，最弱的是CK。以上紅外光譜數(shù)據(jù)分析結(jié)果與感官審評和理化分析結(jié)果相符。因此，傅里葉紅外光譜法可以快速分析評價茶樹單株品質(zhì)的差異。

傅里葉變換紅外光譜；茶樹優(yōu)良單株；鑒定

優(yōu)良茶樹品種是茶葉生產(chǎn)最基本、最重要的生產(chǎn)資料，是獲得優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效益的重要保證。因優(yōu)質(zhì)茶樹良種的開發(fā)推廣而開拓消費市場、創(chuàng)造產(chǎn)業(yè)升級的現(xiàn)象時有發(fā)生[1]。因此，茶樹良種在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中具有舉足輕重的地位。而培育一個良種需要漫長的周期，這與市場需求變化快已經(jīng)成為一對突出的矛盾，導致育種目標與產(chǎn)業(yè)需求容易脫節(jié)。因此，為了縮短育種周期，各國茶樹育種研究者正試圖尋找快速、可靠的早期鑒定技術(shù)。目前，傳統(tǒng)的品質(zhì)早期鑒定一般采用感官評審和理化分析相結(jié)合的方法。前者易受人為因素和外界環(huán)境的干擾，影響結(jié)果的客觀性，重復性不穩(wěn)定；后者雖然比較精確地鑒別茶葉，但存在實驗分析周期長，手續(xù)繁瑣等問題，不能滿足短時間要求結(jié)果的工作狀況。因此，研究快速、準確的鑒別方法對于茶樹育種具有重要的現(xiàn)實意義。

傅里葉變換紅外光譜技術(shù)是一種無損的快速檢測技術(shù)，具有速度快、效率高、成本低、用量少等特點，近年來已被廣泛應用于茶葉的種類鑒定[2-4]、產(chǎn)地鑒定[5-6]、真?zhèn)舞b別[7-11]、黑茶不同儲存年限的鑒別[12-14]等方面。從這些研究可以看出從茶葉中提取并分析其組分，諸如茶多酚、氨基酸、咖啡堿等的特征信息對于茶葉品質(zhì)的快速評價具有重要意義。但目前還未見利用紅外光譜技術(shù)應用于茶樹育種的研究報道。

本研究在利用常規(guī)品質(zhì)鑒定方法基礎上，運用傅里葉變換紅外光譜技術(shù)對5個茶樹優(yōu)良單株和對照種福鼎大白茶進行了研究，用簡便而且操作性強的科學方法以達到客觀、快速評價茶樹優(yōu)良單株品質(zhì)的目的，為推進茶樹育種進程提供了一種新方法。

1 材料與方法

1.1 茶樣來源

本研究于2012年至2015年期間采用單株選育法對廣西地方茶樹有性系群體種進行選育，經(jīng)過多年重復鑒定，確定了5個優(yōu)良單株。于2016年春季分別采集5個優(yōu)良單株和國家級良種福鼎大白茶的一芽二葉，蒸青，攤晾，放置85℃鼓風干燥箱烘至干燥，密封備用。

1.2 主要儀器與藥品

儀器：Nicolet FTIR 6700,DTGS檢測器，電子天平 XSI05DU(梅特勒-托利多儀器公司)，北京普析公司生產(chǎn)的T6新世紀分光光度計；藥品：KBr光譜純(天津市光復精細化工研究所)。

1.3 感官審評

采摘一芽二葉制成烘青綠茶。按照GB/T 23776-2009《茶葉感官審評方法》，由具有評茶資格的審評員進行密碼審評。

1.4 理化分析

參照文獻[15]中有關生化成分測定的方法。

1.5 紅外光譜樣品制備與實驗方法

取各樣品在55 ℃干燥48 h，粉碎過200目的篩子。實驗過程中保持室內(nèi)溫度25 ℃左右，空氣相對濕度30 %左右。精確稱取各樣品1.0 mg分別于200 mg溴化鉀(碎晶)混合研磨充分均勻，壓制成厚度約1 mm的透明錠片，放入傅里葉變換紅外光譜儀中測定。每個樣品制備5個重復的錠片，每個錠片隨機掃描3個具有代表性的位置，獲得3個光譜圖，取其平均譜圖作為最后的樣品譜圖。測試條件：光譜范圍4000～400 cm-1，光譜分辨率4 cm-1積累掃描次數(shù)32次，掃描時扣除H2O和CO2的干擾。

1.6 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析用NICOLET OMNIC 7.3，Origin7.5，DPS9.5，IBM SPSS Statistics 19。

2 結(jié)果與分析

2.1 感官品質(zhì)審評分析

茶葉感官審評是一種通過感官鑒定茶葉品質(zhì)優(yōu)次的實用性技術(shù)，也是一項強調(diào)專業(yè)技能的工作。目前，這種方法因具有快速、直接、簡便且較為準確的優(yōu)點，而被國內(nèi)外茶葉界認可并廣泛運用。本研究將各優(yōu)良單株的春茶制成烘青綠茶，由具有評茶資格的評茶員進行審評，審評結(jié)果如表1。從表1可以看出，各單株的外形緊細、顯毫；湯色黃綠明亮或綠明亮；香氣帶有清香、花香或帶有嫩香，5號單株的香氣較突出，花香濃郁且持久；各優(yōu)良單株的滋味較好，鮮醇或鮮爽，5號單株的鮮爽度高，與對照種相當，這與其氨基酸含量較高有密切關系。

2.2 生化成分分析

茶葉鮮葉中主要的干物質(zhì)成分為：茶多酚(18 %～36 %)、蛋白質(zhì)(20 %～30 %)、糖類(20 %～25 %)、類脂(8 %左右)、生物堿(3 %～5 %)、氨基酸(1 %～4 %)等[16]。各化學成分的組合構(gòu)成了各單株的品質(zhì)。各優(yōu)良單株生化成分測定結(jié)果見表2。由表2可知，2和4號單株的水浸出物含量與對照種達到顯著差異，說明2和4號單株茶葉中的可溶性物質(zhì)比對照種多，標志著茶湯的厚薄、滋味的濃強程度高，與感官品質(zhì)審評中的4號單株滋味較濃相符合。

表1 各優(yōu)良單株制烘青綠茶感官審評

表2 各優(yōu)良單株主要生化含量比較

注：采用DPS9.5軟件進行多重比較。同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母者表示差異顯著(P<0.05)；大寫字母不同表示差異達到極顯著水平(P<0.01)。

Note: Using DPS software for multiple comparisons. Different small letters in the same column mean significant difference(P<0.05); Different capital letters in the same column represent extremely significant difference (P<0.01).

5個單株的茶多酚含量與對照品種均達到極顯著性差異，其中4號茶多酚含量最高，高達39.42 %，最低的是福鼎大白茶；各單株的氨基酸含量與福鼎大白茶達到極顯著性差異，4號單株的氨基酸含量為最低，1.75 %，比對照種降幅181.7 %。1、2、3和5號單株的酚氨比值在10左右，4號單株的酚氨比為22.5。茶多酚與氨基酸的比值，可作為茶類適制性的參考指標，一般大于10適制紅茶[17]，因此，可以得出4號單株適制紅茶。

咖啡堿是茶葉中的主要嘌呤堿，是茶湯中滋味的重要物質(zhì)基礎。除4號單株的咖啡堿含量為5.56 %較高外，其余單株咖啡堿含量均為3 %左右。

2.3 茶樹優(yōu)良植株的紅外光譜比較分析

略掉受水分影響比較大的區(qū)域，故本研究擬只分析1800～700 cm-1波段各樣品的光譜特征。圖1為各植株一維紅外光譜圖。由圖1可知，在1800～700 cm-1波段范圍，各植株在波數(shù)1649、1525、1454、1373、1236、1148和1037 cm-1等附近均存在較強吸收峰。參考文獻[7，18-19]對譜帶進行歸屬和分析：波數(shù)1649 cm-1附近的吸收峰為酰胺Ⅰ帶吸收，同時還可能有多糖振動吸收的貢獻，歸屬為C=O的伸縮振動；1525 cm-1附近的吸收峰是酰胺Ⅱ帶，是N-H的彎曲振動和C-N的伸縮振動；1454 cm-1附近吸收峰可能包含C-H彎曲振動吸收以及C-O伸縮振動吸收為羧酸類或酯類物質(zhì)的特征吸收峰；1373 cm-1附近歸屬為萜類骨架振動；1236～1000 cm-1波段主要是茶多酚類物質(zhì)中的醇和酚等成分中的C-O基團的伸縮振動vc-o的貢獻；900～750 cm-1歸屬為多糖特征譜。這些吸收特征光譜與茶葉中含有的氨基酸、茶多酚以及糖類等化合物的化學結(jié)構(gòu)相吻合。

歸一化后作三點平滑的各優(yōu)良茶樹植株一芽二葉紅外光譜主要吸收峰(包括共有峰和非共峰及其吸收強度)見表3。將表3中的主要吸收峰進行相關系數(shù)分析，結(jié)果顯示各茶樹植株間的相關系數(shù)在0.999～0.962之間變化(表4)，其中2與3號單株的相關系數(shù)最高8為0.999，原因很可能是2個植株同為一個有性系群體種有關，遺傳物質(zhì)較相似，品質(zhì)優(yōu)異，香氣帶有花香，滋味鮮爽醇和。根據(jù)各優(yōu)良單株與對照品種間的相關系數(shù)變化范圍可以分為3類型：第Ⅰ類型的相關系數(shù)在0.990以上，為5號單株，說明5號單株的內(nèi)含成分及其含量較其他單株靠近對照品種，與對照種的感官審評中滋味均醇厚鮮爽密切關系；第Ⅱ類型為相關系數(shù)在0.990～0.985之間，為2號和3號單株；第Ⅲ類型是與對照品種的相關系數(shù)在0.980以下的為1號單株和4單株，其中4號單株與對照品種的相關系數(shù)為最低，為0.948，由于4號單株與對照種中的內(nèi)含物質(zhì)水浸出物、茶多酚、氨基酸和咖啡堿相差較大，感官品質(zhì)差異明顯造成的。以上相關系數(shù)分析與感官審評結(jié)果相符合。

CK：福鼎大白茶；1：1號單株；2：2號單株；3：3號單株；4：4號單株；5：5號單株CK: Fuding Dabaicha; 1:the No.1 plant;2: the No.2 plant;3: the No.3 plant;4: the No.4 plant;5: the No.5 plant圖1 各優(yōu)良茶樹植株一芽二葉的紅外光譜圖Fig.1 Fourier transform infrared spectra of one-bud and two-leaves of each good tea plant

表3 各優(yōu)良茶樹植株的主要吸收峰

注：所有圖譜吸光度均選點歸一化至1.0。

Note: Absorbance intensity of all bands were normalized to 1.0.

表4 各優(yōu)良單株的相關系數(shù)比較

注：A：1號單株；B：2號單株；C：3號單株；D：4號單株；E：5號單株。

Note: CK: Fuding-dabaicha；A: The No.1 plant；B: the No.2 plant；C: The No.3 plant；D: The No.4 plant；E: The No.5 plant.

2.4 茶樹優(yōu)良植株主要特征紅外光譜及其含量比較分析

茶多酚類化合物和游離氨基酸是茶葉主要的呈味物質(zhì)，也是影響茶葉品質(zhì)的最主要因素。各優(yōu)良茶樹植株的主要特征峰的吸收強度見表5。1648、1525和1454 cm-1附近的峰位處對酸酰胺Ⅰ帶和酰胺Ⅱ等貢獻率較大，這些吸收峰的強度大小可以反映茶葉中所含氨基酸物質(zhì)的多少。由表5可知，各茶樹植株在上述3個峰位的吸光度總和的強度順序為CK>5>2>3>1>4，說明福鼎大白茶中的氨基氨酸含量最高，其次是5號單株，最差的是4號單株。這一結(jié)果與表2中各植株的氨基酸含量高低相符，其中最高是對照種為4.93 %，其次是5號單株為2.8 %，含量最低的是4號單株為1.75 %。氨基酸含量的高低與茶湯中的鮮爽度呈正相關，表1中對照種滋味醇厚鮮爽，5號單株的滋味與對照種不相上下，2和3號滋味表現(xiàn)鮮醇，鮮爽度最低的是4號單株，與上述吸收峰的強度相符。

表5 各優(yōu)良茶樹植株主要特征峰的相對強度的比較

茶多酚化學結(jié)構(gòu)中的紅外光譜特征峰位1236～1000 cm-1波段，出現(xiàn)比較強的吸收峰為1236.2、1147.5和1037.5 cm-1附近的峰位處，3個峰位處的吸光度總和最強的為4號單株，最弱的為福鼎大白茶。這一結(jié)果與生化分析中茶多酚含量最高的4號單株，為39.42 %，最低的是對照種21.00 %相符；也與感官審評中4號單株滋味濃醇相關。

3 討論與結(jié)論

茶葉的紅外光譜特征是其化學成分中含何種官能團的疊加，光譜的吸收峰強度與峰形是各種官能團互相作用的結(jié)果。茶葉化學成分復雜，不同茶樹植株因所含化學成分不同，在紅外光區(qū)分子振動特征吸收的峰位置、峰形和峰強也就不同。目前，紅外光譜技術(shù)在評價藥材質(zhì)量方面的研究已相當廣泛。孔德鑫等[20]運用FTIR技術(shù)，研究曼地亞和南方紅豆杉不同部位間紫杉醇含量的差異，取得了良好的效果。覃小玲等[19]采用FTIR技術(shù)，根據(jù)相應波數(shù)處的吸光度進行比較了3種金花茶的黃酮類物質(zhì)含量、皂苷和多糖類物質(zhì)含量。根據(jù)上述前人的研究表明，F(xiàn)TIR技術(shù)完全可以對被檢測樣品進行半定量。

寧井銘等[13]采用傅里葉變換光譜技術(shù)，比較了不同年份普洱生茶和普洱熟茶的紅外特征譜的異同。龔受基等[12]對不同陳化時間六堡茶茶葉粉末和提取物進行傅里葉紅外光譜分析。周湘萍等[7]利用傅里葉變換紅外光譜法研究了云南省思茅地區(qū)所產(chǎn)不同等級的普洱生茶和熟茶。楊群等[21]采用傅里葉變換紅外光譜法比較了不發(fā)酵、半發(fā)酵和全發(fā)酵茶紅外特征譜的異同。以上學者主要采用傅里葉紅外光譜鑒別黑茶陳化年份和品質(zhì)、不同發(fā)酵茶葉的紅外光譜特征，本文首次將紅外光譜技術(shù)應用在茶樹育種上，對茶樹優(yōu)良單株進行品質(zhì)鑒定，該方法快速、直觀、簡便，茶葉無需特殊處理，對茶樹單株的品質(zhì)鑒定有一定作用。

本文采用了感官評審和理化分析方法對5個優(yōu)良單株的品質(zhì)進行了鑒定。結(jié)果為：福鼎大白茶水浸出物和氨基酸含量高，而茶多酚含量稍低，感官表現(xiàn)為香氣濃郁持久，滋味醇厚鮮爽；5號單株水浸出物含量、茶多酚和氨基酸含量較其他單株與對照種較接近，感官評審表現(xiàn)香濃持久，滋味醇厚鮮爽；4號單株氨基酸含量最低，茶多酚含量最高，使得感官評審中滋味濃醇尚鮮。在此基礎上，本文運用紅外光譜技術(shù)對6個樣品的主要紅外吸收峰進行相關性處理，結(jié)果為5號單株與對照種的相關系數(shù)最高，達到0.991；其次是2號單株，為0.988；4號單株與對照品種的相關系數(shù)最低，僅為0.948。根據(jù)茶葉中主要的呈味成分是氨基酸和茶多酚，對氨基酸貢獻率最高的1648.9，1525.4，1454 cm-1等處吸收峰的吸光度進行了比較分析，結(jié)果為CK>5>2>3>1>4；對茶多酚貢獻率最高的吸收峰1373，1236和1146 cm-1的吸光度進行比較分析，3個峰位處吸光度總和最強的為4號單株，最弱的為福鼎大白茶。以上紅外光譜分析結(jié)果表明，5號單株內(nèi)含物質(zhì)及其含量與對照品種較相似，其次是2和3號單株，相差較遠的是4號單株。以上實驗結(jié)果證明，不論是常規(guī)方法還是傅里葉變換紅外光譜方法都可以有效地對茶樹單株進行品質(zhì)鑒定，效果良好，3種方法得出的結(jié)果互相符合。但感官評審存在受個人主觀因素影響較大的缺點，理化分析方法又耗時耗材料，都無法滿足快速、簡便、無損的鑒定茶樹單株品質(zhì)的需求。紅外光譜技術(shù)具有感官評審和理化分析方法所不具備的優(yōu)勢，是一種無需提取分離、無損、快速、準確、簡便、低廉的方法。

因此，利用傅里葉變換紅外光譜法進行茶樹優(yōu)良單株篩選及品質(zhì)快速評價具有簡便、可操作性強等優(yōu)點，該方法在茶樹育種方面具有極大的應用潛力。

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(責任編輯 王冠玉)

StudyonQualityEvaluationofSuperiorIndividualTeaPlantBasedonFTIRTechnology

SU Min1, WEI Liu-hua1, KONG De-xin2, LUO Xiao-mei1, QIU Yong-juan1, DENG Hui-qun1

(1. Guangxi Guilin Tea Research Institute, Guangxi Guilin 541004, China;2. Guangxi Institute of Botany, Guangxi Zhuangzu Autonomous Region and The Chinese Academy of Sciences, Guangxi Guilin 541006, China)

To explore a fast and objective quality evaluation method for a superior individual tea plant, FTIR technique was applied to compare and analyze the average individual mass of different varieties in combination with sensory evaluation and physical and chemical analysis. Results showed that: (i) All samples shared similar infrared spectra basically, but their characteristic infrared spectra are different for various ratios of chemical components; (ii) Correlation analysis of main absorption peaks in infrared spectra indicated that Fuding Dabaicha was significantly correlated to No.5 individual, No.2 individual followed and had a lowest correlation coefficient with No.4 individual; (iii) Absorption peaks, which made great contribution to the formation of amino acid, were mainly at 1648, 1525 and 1454 cm-1, and CK sample had a strongest absorption peak strength, No.5 individual followed and No.4 individual owned a weakest absorption peak strength; absorption peaks, which made higher contribution to the formation of tea polyphenol, were principally at 1236.2, 1147.5 and 1037.5 cm-1, etc, and No.4 individual had a strongest absorption peak strength and CK sample possessed a weakest strength. The abovementioned analytic outcomes of infrared spectra data are consistent with that of sensory evaluation and physical and chemical analysis. Therefore, FTIR technique can be to analyze and evaluatethe difference of the quality of individual tea plant.

FTIR; Superior individual tea plant; Identification

1001-4829(2017)3-0524-06

10.16213/j.cnki.scjas.2017.3.007

S572

A

2016-06-09

廣西農(nóng)業(yè)重點科技計劃項目(201516)；廣西科學研究與技術(shù)開發(fā)計劃項目(14121008-1-7)；廣西壯族自治區(qū)基本科研業(yè)務費專項(GCJB-16-2)

蘇 敏(1965-)，男，廣西大化人，副研究員，主要從事茶樹良種選育、茶葉加工及茶樹良種繁育等研究工作。