LED 光源在茶葉加工中的應用研究進展

余子銘，馬夢君，郭志明，程繁楊，丁坤明，劉國慶，程長松，姜 華，涂修亮

（1.咸寧市農業科學院，湖北 咸寧 437100；2.咸寧香城特色農業技術研究院有限公司，湖北 咸寧 437100；3.咸寧芽旗香茶業發展有限公司，湖北 咸寧 437100）

LED 光源（Light emitting diode）即發光二極管光源，是一種冷光源，具有體積小、壽命長、節能環保、光電換效率高等優點［1］。可通過紅光、藍光、綠光及黃光等不同光質的組合和調控，實現各種不同光譜的精準配置和科學控制［2］。在農業生產和科研活動中采用LED 光源，能夠集中有效波長進行近距離均衡照射［3］，提高光能利用效率，實現高效能、低熱負荷和緊湊空間的集約化植物生產［4］。

光源是茶葉生產加工中的重要影響因素，通過光調控，對于茶葉制品的香氣形成、湯色改善以及滋味提高等方面具有積極作用［5，6］。隨著茶葉加工中的光作用機理和光調控技術逐漸成為茶學研究的熱點問題，LED 光源在茶葉加工過程中的應用發展速度較快［7］。本研究綜述了LED 光源對茶葉加工及其品質形成的影響研究，以及LED 光源在綠茶、白茶、紅茶以及烏龍茶生產加工過程中的應用研究進展，并對LED光源在茶葉加工中的應用前景進行了展望。

1 LED 光源在綠茶加工中的應用

傳統綠茶加工工序主要是殺青、揉捻（做形）和干燥，攤放（萎凋）作為茶葉加工的預處理步驟，一般不被作為綠茶加工工序，但在名優綠茶研究理論和生產實踐中被證明和廣泛應用［8］，科學合理的鮮葉攤放（萎凋）有利于綠茶色、香、味品質的改善。有研究認為，光萎凋有利于提高茶葉鮮葉中某些酶的活性［9］，如脂氧合酶和糖苷酶等［10］，促進類脂物質和糖苷類香氣前體物質發生酶促氧化降解，在后續加工過程中有利于綠茶香氣品質的形成，同時促進氨基酸、茶多酚和水浸出物等生化成分含量增加，從而提高綠茶的風味品質。

在人工光照萎凋研究領域，袁林穎等［11］采用一芽一、二葉為試驗原料，以自然光萎凋為對照，分別采用紅、黃、橙、綠、藍光質LED 單色光進行光照萎凋，探究了不同LED 單色光在萎凋步驟中對茶葉主要生化成分含量變化及其品質的影響。結果發現，與對照組（自然光萎凋）相比，適宜的LED 光萎凋有利于綠茶的主要內含成分如氨基酸、水浸出物、可溶性糖等含量的增加；而所有LED 光萎凋葉的茶多酚含量隨時間增加而下降，其中下降趨勢最明顯的是藍光萎凋；此外，不同LED 單色光萎凋葉的咖啡堿含量相對穩定。黃海濤等［12］認為外界環境中溫度、濕度、光照的不斷變化影響茶葉香氣品質的形成，其茶葉感官審評結果表明，適宜的LED 光質（如橙光、綠光）照射萎凋有利于綠茶的湯色、香氣及滋味品質提升，在一定程度上有利于夏秋綠茶品質的改善。因此，在夏秋綠茶加工過程中，除了可以加入一定量的單寧酶來消除部分苦澀味外［10］，還可采用LED 光質萎凋進行綠茶加工預處理，以改善夏秋綠茶的滋味品質。

2 LED 光源在白茶加工中的應用

白茶傳統工藝中僅包含萎凋和干燥兩道工序，萎凋工序是白茶品質形成的關鍵，雖耗時較長，但漫長的水分散失過程使鮮葉內部發生了一系列復雜的生理生化反應，為白茶香氣和滋味形成奠定了基礎［13］。白茶萎凋方式通常分為自然（日光）萎凋、加溫萎凋與復式萎凋等，其中自然（日光）萎凋是傳統也是生產中常用的萎凋方式［14］，該萎凋方式制成的成品茶品質最佳［15］。白茶品質特征與萎凋過程中鮮葉成分轉化緊密相連，故品質優異的白茶加工應從調控萎凋工藝開始［16］。若收茶季節時常下雨，無法進行自然日光萎凋，鮮葉萎凋效果則無法得到保證，易造成茶葉品質下降。因此，根據應用需求模擬自然光的LED 光源在輔助白茶加工過程中的萎凋工序顯得格外重要。

羅玲娜等［17］探究了不同波長LED 可見光對白茶萎凋的影響，結果表明，在萎凋過程中加入LED光源，不僅縮短萎凋時長，提高茶葉生產效率，更有利于白茶品質形成；其中，LED 黃光萎凋條件下白茶綜合品質最優。萎凋時間直接影響白茶品質形成，若過短，茶多酚氧化不夠，茶多酚含量高造成茶湯苦澀味加重；若過長，風味物質消耗過多，滋味寡淡，不利于品質的形成［18］。由此可見，LED 光源在加快茶葉萎凋進程中起促進作用，這與張靈枝等［19］、黃國資等［20］、張艷麗［21］關于不同光源對烏龍茶品質的研究結果基本一致。周寒松等［22］、潘玉華等［23，24］研究發現，茶葉加工過程中適宜的溫度、濕度加上合理的LED 光照萎凋，有利于茶的失水及其生化成分變化協調一致，提高品質。此外，在LED 光源萎凋影響白茶品質研究的基礎上，黃藩等［25］采用LED 精量調制光源，通過高效液相色譜、超高效液相色譜串聯三重四級桿質譜等方法，以無光處理為對照，研究日光、藍光、黃光和紅光萎凋對貢眉白茶主要生化成分及感官品質的影響。結果表明，紅光萎凋對白茶滋味提高效果最佳，這與羅玲娜等［17］的研究結果稍有差異，可能是兩者研究的茶葉品種不同，故萎凋過程中內含物質成分轉化和積累有所差異。

3 LED 光源在紅茶加工中的應用

國內外都有學者研究光質對茶葉品質的影響，如中野不二雄等［26］探討了遠紅外線在制茶中的應用，認為采用日光萎凋處理的茶葉香氣成分顯著增加；竹尾中一等［27］研究了光質對烏龍茶和紅茶香氣品質的影響，認為適宜的光質有利于茶葉品質形成。此外，陶漢之等［28］的研究結果表明，紅光照射條件下茶樹光合速率顯著提高，碳水化合物形成顯著增加，從而使茶多酚含量顯著提高，同時發現藍紫光在促進氨基酸和蛋白質合成方面具有積極影響。隨著消費者越來越喜愛高香紅茶，光波萎凋在紅茶加工中應用逐漸增多，不同光質對紅茶品質影響的研究成為熱門［29-31］。光質萎凋可提高茶葉中揮發性香氣物質的種類和總量，促進β-葡萄糖苷酶活性的提高，從而促進花香、甜香物質形成，而光質萎凋對可溶性糖、茶多酚含量的影響有所差異，但總體來說，光質萎凋會降低酯型兒茶素含量［32-36］，從而減少茶湯中的苦澀味，進而提高茶葉品質。

在紅茶加工應用中，曹藩榮等［37］采用白熾燈結合機械鼓風對紅茶進行補光萎凋，其制成的紅茶綜合品質較佳。周穎等［38］的研究結果表明，茶葉制品中水浸出物含量隨紫外光照時間延長而增加，多糖含量相對穩定，且在照射2 h 后其氨基酸、生物堿含量較高，茶多酚、茶黃素含量增加，表明紫外光照有利于工夫紅茶品質的形成。黃藩等［39］探究了LED紅光和藍光對工夫紅茶鮮葉萎凋的影響，根據其兒茶素和氨基酸組分含量變化測定和品質分析，結果表明，在LED 紅光萎凋條件下工夫紅茶品質最優。項麗慧等［34］通過對工夫紅茶黃光萎凋葉中β-葡萄糖苷酶基因（CsBG1、CsBG2）、β-櫻草糖苷酶基因（CsBP）相對表達量和β-葡萄糖苷酶活性進行實時測定，結合感官審評對其揮發性香氣組分進行綜合分析，結果表明，在LED 黃光萎凋條件下，CsBG1、Cs-BG2、CsBP在全萎凋過程中相對表達量均顯著上調，推測LED 黃光萎凋前期促進了與萎凋葉香氣有關酶基因的表達，而后期調控β-葡萄糖苷酶活性增強，綜合調控促進工夫紅茶甜花香顯現，品質提升。此外，孟慧等［40］研究表明，LED 紅光、黃光和橙光處理均可促進香氣物質如橙花叔醇及其異構體的生成，不同光質處理均可顯著提高β-紫羅酮含量，其中橙光處理能較好地提高茶葉感官品質，這與黃藩等［39］前期研究結果有所差異，可能與供試茶樹品種不同有關。羅紅玉等［41，42］探討了光質萎凋對不同茶樹品種紅茶品質的影響，結果表明，福鼎大白茶、蜀永1 號、四川中小葉種紅茶最佳萎凋光質均為1 500 lx 黃光，該光強的黃光萎凋可較大程度降低萎凋葉中茶多酚含量，提高氨基酸、可溶性糖含量，降低酚氨比值，且黃光萎凋制成的紅茶感官品質最佳，這也與張貝貝等［43-45］的研究結果基本一致；其研究結果表明，紅茶香氣以黃光、紅光處理相對突出，湯色以黃光、橙光處理評分較高，滋味以黃光、橙光、紅光處理較優，故綜合感官審評結果及理化成分分析表明，黃光萎凋條件下，紅茶各項感官品質最佳。

LED 光源除了影響紅茶萎凋過程，還影響其光合作用。鄭潔等［46］研究發現紅光、藍光波段光照對植物光合作用也具有顯著影響，紅光顯著促進糖類積累，紅光和藍光也顯著提高保衛細胞中有機酸、糖等含量，這直接導致茶葉萎凋過程中光合作用初級代謝產物糖的增加，并促進了茶葉次級代謝。基于以上研究結果，研究者根據在紅茶發酵過程中茶黃素含量從低向高變化出現的最高點正好是發酵適度點，采用單片機、白色LED 發光管等發明了一種確定工夫紅茶發酵適度的新方法［47，48］。

4 LED 光源在烏龍茶加工中的應用

日光萎凋在生產中是一種既省時又省力的常用萎凋方式［14］，但受自然條件限制，其穩定性和可控性較差［49］。許多學者開展針對陰雨天氣補光萎凋技術的相關研究，通過模擬萎凋過程需要的光源實現人工光照萎凋，解決“靠天做茶”導致茶葉品質不穩定的難題。黃國資等［20］對黃金桂品種進行光照曬青試驗，結果表明，晴天以自然日光加工成品茶品質最好，而陰雨天采用復合光照萎凋可以顯著提高成品茶品質。王婷婷等［50］為解決烏龍茶陰雨天制茶難、品質低等問題，探究了LED 藍光在雨水青萎凋過程中光響應變化規律及理化變化的作用，結果表明，與對照組相比，LED 藍光萎凋顯著提高了烏龍茶雨水青的凈光合速率、萎凋葉水浸出物含量、可溶性總糖含量，同時降低酚氨比，獲得優質烏龍茶。基于以上研究，金心怡等［51］發明了一種LED 光源茶葉萎凋裝置，在一定程度上可以實現茶葉全天候人工控制萎凋工廠化。鄭淑琳等［52］采用紅外燈照射處理輔助武夷巖茶雨水青萎凋，發現LED 紅外燈對武夷巖茶生化成分和感官品質也具有顯著促進作用。

陳壽松等［53，54］也提出陰雨天不利于烏龍茶的日光萎凋，可借助LED 萎凋保證茶葉風味品質形成。其研究結果表明，與對照組相比，LED 補光的毛茶中橙花叔醇和α-法呢烯等香氣物質含量顯著提高，說明光照顯著調控烏龍茶中萜類化合物的形成。隨后在其多次間歇LED 光源照射的研究中，采用LED 白光進行多次光照射處理創新工藝試驗［55，56］，發現適度增加LED 光照次數顯著促進了鐵觀音中呈花果香氣味的α-法呢烯和橙花叔醇含量的提高，該研究結果可為提高烏龍茶香氣品質及建設烏龍茶全天候工廠化連續化加工生產提供理論基礎和科學參考。此外，游芳寧等［57，58］基于鐵觀音萎凋葉的轉錄組數據發現，在溫度一致的條件下，單獨的光照因子對相關基因表達和主要萜類香氣組分生成具有顯著調控作用。王登良等［59-61］先后采用不同光波以及光照度處理對單樅茶鮮葉進行曬青試驗，發現在波長＞520 nm 和光照度為13 725～16 774 lx 的光照條件下進行30 min 曬青，所制成品茶中芳香物質種類較多，香氣濃郁，單樅茶品質較佳。隨后，覃玉等［62］選取黃橙光進一步研究，發現黃橙光曬青條件下所制毛茶含有的芳香物質種類和總量比全光曬青處理顯著提高，故認為黃橙光是該茶曬青過程中香氣成分變化的主要影響因素。

歐燕清等［63］研究認為日光曬青有利于單叢茶品質形成，主要是因為光照處理顯著增加了茶多酚含量，并提出紫外線可能導致蛋白質變性從而抑制多酚類氧化酶的酶促氧化反應，最終影響茶葉品質。但吳秋兒等［64］、危賽明［65］研究認為LED 紅外燈或鏑燈曬青所制烏龍茶品質優于日光曬青所制。李小娟等［66］采用陽光、近紅外燈、中波紫外燈3 種光源照射茶鮮葉，比較處理后的攤青葉芳香物質的轉化作用與變化效果，同時結合碰青處理（單叢茶特有的加工工序）比較和測定攤青葉芳香化合物的轉化和含量積累，發現適量太陽光照射加碰青處理組的效果最明顯，有利于具有花香或清香的芳香化合物轉化與積累；尤其是碰青處理使其芳香精油含量高且香氣豐富持久，鮮爽花香和甜濃花香明顯高于其他處理組；中波紫外燈組與近紅外燈組次之，但無碰青處理組的效果顯著優于碰青處理組；因此，該研究認為碰青處理會導致攤青葉機械損傷，雖能促進糖苷酶類水解，但紫外燈組由于其光線本身特性會對細胞造成一定的傷害，結合碰青處理會導致傷害過度，反而降低前期照射所產生的芳香物含量。所以，碰青處理要適度，否則會抵消光源照射處理的效果。

此外，潘玉華［67］初步討論了不同光質萎凋與烏龍茶品質之間的相關性，金心怡［68］研究認為光照萎凋有利于提高茶鮮葉某些酶活性，促使脂質類和糖苷類香氣前體物質發生酶促氧化降解進而形成香氣，提高鐵觀音的品質。楊賢強等［69］、王金賢等［70］認為光照處理能提高中高檔茶的香氣，光輻射可以激活茶鮮葉內含物的變化從而改善茶葉的香氣和滋味。張艷麗［21］研究表明，LED 藍光與紅光萎凋有利于提高鐵觀音和黃旦品種制成的品茶鮮爽度，降低烏龍茶茶湯苦澀味，此研究結論與范仕勝等［71］研究認為人工光照萎凋后萎凋葉氨基酸含量增加的結果一致，但LED 藍光促進咖啡堿積累與其研究結果又有所不同，這可能與光質選擇有關。

5 LED光源在茶葉加工中的應用展望

自新型冷光源LED［72］問世以來，其研究處于快速發展中，生產加工中采用日光萎凋加工烏龍茶、紅茶、白茶、綠茶，不僅可以提高茶葉香氣，還可以顯著降低茶葉苦澀味［73］。滑金杰等［74-76］研究表明，鮮葉物理特性及呼吸特性可以通過萎凋溫度和光照度的調控促進其向有利于品質生成的方向發展，LED 光照萎凋處理作為替代日光萎凋的技術方法，可以解決不可控因素導致茶葉品質不穩定［77，78］的難題，對穩定烏龍茶、高香型紅茶、白茶、綠茶的品質具有重要價值［33］。

在茶葉生產加工中，萎凋工序長且萎凋程度的掌控仍需人工經驗，故在茶葉連續化加工生產中實施難度較大。但如果能在茶葉加工連續化生產中，通過LED 光源的光質變化處理控制萎凋進程，也許可基本實現茶葉加工連續化生產［79］，對于未來茶葉連續化生產的推廣應用和茶葉產業的轉型升級意義重大。

此外，LED 光源還可以應用在茶樹育種栽培中，對茶樹進行專一有效的調控，在茶葉生產前期培育出豐富且有益的內含成分的茶樹，這將是中國茶產業具有發展的新突破。在茶園生態管理方面，也可嘗試推廣LED 光伏大棚茶園。已有實踐案例證明，與露天茶園、普通大棚茶園相比，利用光伏結合LED光補償技術不僅可以有效延長茶樹生命周期，提高茶鮮葉產量，減少病蟲害的污染，還能實現低碳經濟、節能減排的可持續茶園發展理念。