化学指纹图谱在茶叶品质鉴定与控制上的应用

1、化学指纹图谱在茶叶品质鉴定与控制上的应用亚热带农业研究SubtropicalAgricultureResearch第5卷第1期2009年2月化学指纹图谱在茶叶品质鉴定与控制上的应用郝志龙,金心怡.,江丽萍,黄毅彪,张艳丽,林燕萍(1.福建农林大学园艺学院,福建福州350002;2.福建农林大学茶业科技与经济研究所.福建福州350002;3.福建农林大学茶叶研究所,福建福州350002)摘要:分析了建立茶叶品质化学指纹图谱的必要性;结合化学指纹图谱的建立原理和方法,探讨了其在茶叶品质鉴定与调控上的应用,以期获取茶叶品质的综合信息茶叶品质化学指纹图谱,通过定量与定性分析相结合,实现茶叶质量控制.关

2、键词:茶叶;指纹图谱;品质鉴定;质量控制中图分类号:$571.1文献标识码:A文章编号:1673-0925(2009)01-0060-04ApplicationofchemicalfingerprintinteaqualityidentificationandcontrolHAOZhi.1ong,JINXinyi,JIANGLiping,HUANGYi.biao.,ZHANGYan.1i,LINYanping(1.CollegeofHortieuhuralScience;2.InstituteofTeaScience,TechnologyandEconomy;3.InstituteofTea,

3、FujianAgricultureandForestryUniversity,Fuzhou,Fujian350002,China)Abstract:Thenecessitytoestablishchemicalfingerprintofteaqualitywasanalysed;theapplicationofchemicalfingerprintinteaqualityidentificationandregulationwerediscussedcombiningtheestablishmentprincipleandmethodologyofchemicalfingerprint,ino

4、rdertoobtainchemicalfingerprintofteaqualityandrealizeteaqualitycontro1.Keywords:tea;fingerprint;qualityidentification;qualitycontrol近几十年随着各种技术的发展,对茶叶中的微量成分已有较全面的了解,并对其中大部分成分进行了定性或定量分析.茶叶产品的各种图谱是表征其质量的一个指标,可从宏观和微观的角度全面体现茶叶品质.1茶叶品质成分的协同作用茶叶的色,香,昧品质都有其物质基础.茶叶品质是其所含的有效物质群协同综合作用的结果,包括有效物质的种类,数量以及各物质问的组成比

5、例,其中任何一项发生变化,都会影响茶叶品质.形成茶叶色泽的各种有色物质的含量不同,表现出来的颜色深浅,明暗不一.茶叶香气的芳香物质的种类和含量不同,形成了茶叶千变万化的香味特征.茶叶中对味觉起主导作用的茶多酚,氨基酸,咖啡碱,还原糖等成味物质的组成与含量不同,茶类的滋味特征则不同.任何单一品质的成分均不能全面反映茶叶的品质特征,对其中某一成分进行检测调控,难以实现质量控制.2茶叶质量的控制茶叶品质成分多而复杂,目前质量控制模式是选用茶叶中几种主要成分进行定性和定量分析,以建立茶叶质量评价体系,但它具有片面性,难以反映茶叶整体品质.要控制茶叶质量,必须系统地对茶叶的有效物质群整体予以控制.而采用

6、化学指纹图谱分析技术得到的有关质量的综合信息,比通过单一成分测收稿日期:2008一O8一l2基金项目:国家科技支撑计划资助项目(2007BAD07B02);福建省科技厅重点资助项目(2007N0008).作者简介:郝志龙(1980一),男,硕士.研究方向:茶叶加工工程.E?mail:haozhilong.第1期郝志龙等:化学指纹图谱在茶叶品质鉴定与控制上的应用?6l-定的结果丰富,全面得多-1J.茶叶质量的表述主要包括感官指标,理化指标及卫生指标,而感官指标的检测需要依赖人的感觉器官,具有较强的整体性和模糊性,检测结果存在较大的个体误差.因此,用现有的质量指标来表征感官指标具有很大的局限性.利

7、用茶叶化学指纹图谱技术可将感官指标进行量化.3建立茶叶品质化学指纹图谱的必要性茶叶已成为公认的健康饮料,我国是产茶大国,因此对茶的质量进行评估尤为重要.目前的评价方法主要是测定茶叶中的某些主要成分,并结合感官审评来评价茶叶质量,不能全面而准确地反映茶叶质量.因此,通过多成分同时测定指纹图谱方式建立茶叶的质量评估方法是必要的J.在茶叶质量控制方面,仅对某些指标性成分进行定性,定量分析,难以有效控制茶叶质量.利用现代质量分析手段和信息采集技术获得的能够反映茶叶质量特性的图谱,具有整体性,稳定性,重现性和实用性等特点,是控制茶叶质量的最有效手段j.建立既达到国际标准又符合我国茶叶实际状况,具有茶叶自

8、身特色的科学化,标准化质量标准评价体系,对确保茶叶品质的稳定和一致,实现茶业现代化,提高中国茶叶的国际竞争力,具有十分重要意义.4茶叶品质化学指纹图谱的建立茶叶化学指纹图谱的建立,应充分体现系统性,特征性,稳定性.系统性是指纹图谱所反映的化学成分应包含茶叶主要成分的种类或指标.特征性是指纹图谱中反映的化学成分信息具有高度选择性,能特征地区分产品的真伪与优劣,成为茶叶自身的”化学条码”.稳定性是所建立的指纹图谱,在规定的方法与条件下,不同的操作者能做出相同的指纹图谱J.采用一定的分析手段,获得标示该茶叶特性的品质成分共有峰的指纹图谱,反映茶叶内在化学成分的种类,数量及比例,具有整体性,模糊性和可

9、量化的特点,全面反映茶叶的整体质量.4.1建立指纹图谱的原理指纹图谱研究包括获得图谱信息和处理图谱信息.即通过现代分析技术获得与茶叶品质有关的化学成分的图谱信息,进而通过适当的处理方法对图谱进行”过滤”和简化.它要求关键峰及主要峰峰值应相对稳定,峰问相对比例也应相对稳定,即积分值和峰间比值允许有较小的浮动.次要峰是”指纹”的一部分,其积分值和峰间比值允许有较大浮动】.化学指纹图谱能解决茶叶成分复杂,部分组分目前尚不清楚等问题,能为茶叶质量的整体评价起推动作用.指纹图谱要与品质,工艺研究相结合,才能发挥其评价品质,控制质量的作用.4.2化学指纹图谱的方法学4.2.1获取指纹图谱的方法指纹图谱的各

10、种分析方法是互补的,指纹图谱方法学的验证必须有详细的试验条件描述和不同试验条件的比较结果,以证明所得图谱的专属性,稳定性和重现性.获取指纹图谱主要有以下几种方法J.(1)薄层色谱法(TLC,TLCS):具有快速,操作简单,适用范围广,图像直观等特点,在产品鉴别上具有优势,但它是一个开放系统色谱,外界影响因素较多,增加了试验的难度.现代快速薄层扫描仪可利用各峰的峰面积与标准峰的比值来量化茶叶的质量.(2)气相色谱法(cc):实现了分离与”在线”分析,分离效能高,选择性好,灵敏度高;得到的色谱轮廓重现性好,分辨率相对较高.由于它是封闭系统,外界影响因素较少,稳定性好,样品用量少,分析速度快,对于茶

11、叶挥发性香气成分的鉴别有独特的优势.(3)高效液相色谱法(HPLC):是以经典液相色谱法为基础,引入GC理论与分离分析方法,它只要求样品能制成溶液,分析对象广;对于挥发性低,热稳定性差,分子质量大的高分子化合物以及离子型化合物的分离尤为适用.HPLC具有分辨率高,分析速度快,重现性好的特点,非常适合构建茶叶指纹图谱.?62?亚热带农业研究第5卷(4)高效毛细管电泳法(HPCE):是依据带电粒子在水相介质(可加缓冲液)中因受电场作用而迁移的速度的不同而实现分离的一种技术.HPCE分离效率高,仪器简单,分析速度快和样品用量少,特别适用于化学成分复杂的拼配产品以及氨基酸的测定.(5)联用技术:将色谱

12、良好的分离能力与光谱或波谱特有的结构鉴别能力相结合,并借助近年来发展起来的化学计量学技术和已有的光谱波谱标准库,对大部分茶叶的化学成分进行定性和相对定量分析.(6)红外光谱法(IR):以研究物质对红外辐射的吸收特性而建立起来的一种定性,定量分析方法,是对整个化合物分子进行鉴别,具有高度的特征性.同一品种茶叶的化学成分是相对稳定而又有别于其它品种的,其红外光谱必然具有较高的特征性,重现性和可比性.可以把某一品种茶叶的红外光谱的轮廓特征看成是该品种的指纹,用以鉴别品种.(7)其他方法:宋冠群等2采用胶束电动色谱法建立了茶叶的色谱指纹谱.该方法以相对保留值表示各色谱峰的峰位,大大减少了各种操作条件对

13、色谱相对保留值的影响,降低了色谱峰峰位变化的波动性,提高了样品间的可比性,在没有标准品的情况下也可得出可靠而有意义的结果,而且在不能完全定性的前提下,也可进行品质比较.若这种方法与鉴定茶叶香气指标的气相色谱法相结合,可为茶叶的品质鉴定提供更全面,完整的依据.适宜的检测方法是制定合格指纹图谱的关键,应根据研究对象的理化性质,实际需要和不同方法的技术特点及优势来选择检测方法.采用气相色谱法检测挥发性成分较易达到要求,而非挥发性成分采用高效液相色谱法检测较好】.应结合工艺筛选及品质相关性来构建茶叶指纹图谱,以保证指纹图谱能反映与品质相关的化学组分.4.2.2指纹图谱数据处理方法l7(1)直观分析方法

14、:即对所得数据进行直观的分析,比较,判断.该方法适用于样品的定性,快速鉴别,或在图谱中数据较少的情况下采用.数据量大,缺乏判断标准时不宜采用该方法.(2)化学模式识别法:根据所含化学成分,用计算机对其进行分类或描述.指纹图谱相当复杂,若与数理统计学,计算机图谱解析和识别技术相结合更准确,快速.周福添等论述了化学计量学的理论依据,提出了一些新的定量评价中药化学特征指纹图谱的方法,主要有主成分分析法,简单分类计算法,非线性映照法,星座图标法,系统聚类分析,模糊聚类分析和人工神经网络识别系统.(3)向量夹角法:基于模式识别和人工神经网络的一种新的评价指纹图谱相似性的方法.即将指纹图谱看作多维空间内的

15、向量,利用向量夹角余弦的基本公式计算2个指纹图谱间的相似度,用VB6.0编程自动完成色谱峰匹配并计算相似度.向量夹角法能够全面反映峰数目与峰强度对指纹图谱间相似度的影响,能较好地定量评价图谱间的相似性,可应用于茶叶质量控制.由于茶叶品质成分很复杂,不可能用若干量化的具体指标来描述,评价其质量,因此在对反映其综合信息的指纹图谱进行分析,比较时,不必对其进行支解,简化.5茶叶品质化学指纹图谱的应用5.1茶叶质量标准及真伪鉴别茶叶品质化学指纹图谱是一种新型的生产质量标准,它可以确保产品质量的一致性,安全性及可靠性,是一种能够标示该茶叶产品共有特性的图谱.茶叶化学指纹图谱是为了全面反映茶叶所含化学成分

16、的种类,数量及比例,进而体现其质量.将茶叶化学指纹图谱作为茶叶质量评价标准的一个指标,可以提高企业的标准化水平,缩小产品批次间的感官差异.由于不同的茶叶生产厂家所处地域,气候不同,再加上生产工艺的差异,生产出风格完全相同的茶叶是不可能的,因此其品质化学指纹图谱也不相同.可据茶叶质量标准中的指纹图谱对盗用名优品牌的仿冒品进行鉴别,查处,以保护合法企业的利益川.第1期郝志龙等:化学指纹图谱在茶叶品质鉴定与控制上的应用?63?5.2茶叶加工工艺调控在大量实践的基础上通过确定的生产工艺流程和测试方法得到的指纹图谱,不应仅限于最终产品质量评价和真伪判别,还可用于最终产品的质量控制,从而对生产过程进行调控

17、.在进行与茶叶品质相关的加工工艺研究时,不应该强调以某个成分作为指标来选择其最佳工艺,而应该对有效成分群,多指标,可重复的工艺进行研究.以主要有效成分群为指标,全方位考虑茶叶生产工艺,可使不同产地茶叶均能达到所需要求.可利用指纹谱的相似性对茶叶质量进行评价;根据各生产环节指纹图谱的变化情况,考察操作条件对产品质量的影响程度,及其对质量影响的因素(或过程),从而确定工艺参数的合理范围及重要工艺引.5.3茶叶拼配工艺控制一是建立原料及拼配茶指纹图谱.原料茶指纹图谱中色谱峰的数量比拼配茶少,但原料茶中的某些峰可能在拼配茶中没有出现,或比拼配茶中所占比例大,由此表征其感官特点.二是建立目标茶样指纹图谱

18、.目标茶样可以是本厂的优质成品茶,也可以是客户所提供的茶样,以其为目标组织拼配工作.可根据目标样指纹图谱,结合原料样的图谱,按缺什么补什么的原则选取原料,形成多个小样;对小样进行分析,将得到的图谱与目标样图谱进行比对,找出差异,再组合,比对,直至这2张谱图的差异在我们可接受的范围内.当然,谱图比对的过程应与审评人员的品评同时进行,以相互印证.如果这种印证失败,则说明指纹图谱未能全面反映茶样的各种组分,还需要进一步改进色谱分析技术.参考文献1周志锦.对建立中药指纹图谱的几点思考J.中国药业,2002,11(8):6262.2宋冠群,董文举,林金明,等.茶叶指纹谱的毛细管胶束电动色谱法研究J.色谱,2003,21(4):359362.3冯雪松.中药指纹图谱模式识别技术的研究D.沈阳:沈阳药科大学,2003.4吴少平.中药色谱指纹图普研究D.西安:西北大学,2004.5王晃,李梦龙,覃洁萍,等.建立中药指纹图谱保证中药产品质量J.成都中医药大学学报,2002,25(3):4345.6盛卫国.叶下珠药材指纹图谱的研究D.武汉:湖北中医学院,2004.7王永刚,吴忠