普洱茶干燥過程的衰減全反射紅外光譜研究

（云南師范大學物理與電子信息學院，云南 昆明 650500）

目前，對普洱茶葉研究主要集中在品種鑒定及成分含量的研究，根據色澤、氣味等的傳統茶葉鑒定方法，具有較強的主觀性，要求鑒別者有著豐富的經驗；近年來，隨著科技的不斷發展，紅外光譜技術已大量用于茶葉檢測[1]，近紅外光譜（NIR）技術已用于茶葉品質的檢驗研究，近紅外光譜是依據有機物中的含氫官能團在近紅外光譜區域上的特定吸收峰形成特征光譜[2]；傅里葉變換紅外光譜（FTIR）具有指紋特征性，可以反映官能團的振動模式，且可以對樣品進行定性、定量分析，是一種具有直接、快速、無損、簡便等特點的光譜鑒別方法[3]。衰減全反射傅里葉變換紅外光譜（ATRFTIR）能夠記錄蛋白質、脂肪和碳水化合物的變化，本文利用衰減全反射傅里葉變換紅外光譜（ATR-FTIR）結合系統聚類分析（HCA）研究普洱茶葉干燥過程，有望為簡單有效地鑒別普洱茶葉干燥過程的光譜方法提供參考。

1 實驗部分

1.1 儀器參數與試劑

實驗采用DHG-9145A型電熱恒溫鼓風干燥箱，高精度毫克電子秤；紅外光譜實驗選用的紅外光譜儀為傅里葉變換紅外光譜儀，配備DTGS探測器。

1.2 樣品制備與檢測

樣品采集普洱市的新鮮茶葉樣本為研究對象，鼓風干燥箱溫度設定為40℃、80℃兩種溫度對普洱茶進行干燥處理。實驗過程保持實驗室干燥，減少水分對實驗結果影響。

2 結果與討論

2.1 普洱茶的衰減全反射紅外光譜特征分析

圖1的a-c分別表示普洱茶葉、芽、莖不同部位的平均紅外光譜圖，葉、芽、莖三者的原始紅外光譜整體相似，典型的特征吸收峰歸屬如下：在3500～3200cm-1附近強而寬的峰歸屬為-OH的伸縮振動吸收峰；2918和2848cm-1附近的弱吸收峰歸屬為-CH2的反對稱和對稱伸縮振動[4]；1639cm-1附近的峰為酰胺I帶的N-H振動或羧基的C=O不對稱振動；1544cm-1附近為酰胺II的N-H彎曲振動和C=N的伸縮振動吸收峰[5]；1500～1200cm-1是蛋白質和多糖的混合振動吸收區，在1456cm-1附近的吸收峰為細胞壁多糖的C-H振動[6]；在1342cm-1附近的吸收峰為C-H的伸縮振動。在1200～950cm-1范圍內的峰為多糖的特征吸收區，在1235cm-1附近的吸收峰為酰胺III帶的C=N和N-H伸縮振動；1146cm-1附近為糖類物質的C-O-C反對稱伸縮振動吸收峰；在1038cm-1附近的吸收峰為C-OH的伸縮振動；在972cm-1附近的弱吸收峰為淀粉的N-H振動；950cm-1以下是指紋特征峰。

圖1 普洱茶不同部位的衰減全反射傅里葉變換紅外光譜圖

2.2 普洱茶葉不同干燥時間的紅外光譜研究

把普洱茶置于干燥箱溫度分別為40℃、80℃溫度下進行干燥，發現溫度越高，干燥速率越快，對不同干燥時間的紅外光譜進行分析，得出普洱茶葉不同干燥時間過程的紅外光譜存在明顯差異，具體如下：隨著干燥時間的延長至完全干燥，在3900～3700cm-1范圍內及在2918和2846cm-1附近的亞甲基吸收峰逐漸出現，強度逐漸增強；在1740cm-1附近的脂肪特征吸收峰強度也逐漸增強；在2320cm-1附近也有弱吸收峰逐漸出現，說明隨著干燥時間的延長，普洱茶葉水分逐漸蒸發，有CO2出現。同時在15804～970cm-1范圍內，不同干燥時間的吸收峰的形狀及強度存在明顯差異，如在1235及1455cm-1附近峰強度隨著干燥時間的延長至完全干燥時逐漸減弱；在蛋白質特征吸收峰1640和1538cm-1附近的峰強度再開始干燥半小時后減弱，干燥至1.5h逐漸增強，干燥至2h減弱之后隨著干燥時間延長強度逐漸增加，完全干燥時強度達到最強；在1146和1038cm-1附近的多糖特征峰強度隨著干燥時間延長強度變化也發生此現象，完全干燥時強度達到最強。

圖2 40℃條件下普洱茶葉不同干燥時間的衰減全反射傅里葉變換紅外光譜圖及吸收峰強度的變化曲線

2.3 普洱茶葉干燥過程的系統聚類分析

在40℃條件下對普洱茶進行干燥的過程（圖3.1），在距離3左右，干燥0.5h和干燥1h的樣品各自聚為一類；在距離4左右，未經過干燥的和干燥0.5h及干燥1.5h的茶葉各自聚為一類；在距離7左右，干燥2h和干燥3.25h的樣品各自聚為一類；在距離8左右，干燥3h和3.5h的樣品各自聚在一起；在距離10左右，干燥2.5h的樣品聚為一類；在距離9左右，未經過干燥的茶葉至干燥1.5h的聚在一起；在距離16左右，干燥2h和25h的茶葉聚在一起；在距離20左右，未經過干燥的茶葉至干燥2.5h的茶葉聚為一類；在距離25左右，所有樣品聚為一類。

在80℃條件下對普洱茶進行干燥的過程（圖3.2），在距離2左右，干燥30min的樣品聚為一類；在距離3左右，干燥60min的樣品聚為一類；在距離4左右，干燥45min樣品聚為一類；在距離5左右，干燥15分鐘的樣品聚為一類；在距離6左右，干燥60min樣品聚為一類；在距離11左右，未經過干燥的茶葉聚為一類；在距離17左右，干燥45min和75min的茶葉各自聚為一類；在距離23左右，未經過干燥至干燥60min的聚在一起；在距離25左右，所有樣品聚為一類。

圖3.1 40℃條件下普洱茶葉不同干燥時間的系統聚類分析

3 結語

本文利用衰減全反射傅里葉變換紅外光譜（ATRFTIR）結合系統聚類分析（HCA）研究不同干燥時間普洱茶干燥過程。結果顯示，干燥溫度越高，茶葉水分蒸發越快，同時質量也會隨著時間減少，干燥時間越長，其茶葉的顏色由綠色變為淺綠、淺黃、枯黃、黑色。不同干燥時間及不同干燥溫度下的紅外光譜吸收峰的形狀及強度存在明顯差異，推測出在干燥過程中茶葉中蛋白質及多糖相對成分發生變化。利用二階導數紅外光譜的1800-800cm-1范圍內的光譜進行系統聚類分析能有效地區分不同干燥時間的普洱茶，聚類準確率都達到100%。結果表明ATR-FTIR結合系統聚類分析可以快速、有效地區分普洱茶的干燥過程。