摘 要 本文利用三維熒光光譜結(jié)合熒光體積積分技術(shù)，構(gòu)建茶葉浸泡過程中主要品質(zhì)成分浸出過程快速檢測的新方法。采集茶葉浸泡過程中茶湯的三維熒光光譜，通過分區(qū)確認(rèn)三維熒光光譜中不同區(qū)域所代表的浸出物種類，通過統(tǒng)計(jì)分析不同區(qū)域熒光體積積分的動(dòng)態(tài)變化，研究主要品質(zhì)成分的浸出動(dòng)態(tài)過程。研究結(jié)果為茶葉成分分析和種類區(qū)分提供快速的檢測新方法，為開發(fā)茶葉主要成分浸出過程實(shí)時(shí)在線檢測裝置奠定實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，為茶葉科學(xué)的浸泡和飲用提供理論基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】三維熒光光譜 熒光體積積分 浸出過程 主要品質(zhì)成分 茶多酚

茶葉是我國重要的經(jīng)濟(jì)作物，也是世界三大飲料作物之一。茶葉中含有多種抗氧化物質(zhì)，對清除體內(nèi)過量自由基具有顯著效果，故飲茶具有養(yǎng)生保健的功能，茶葉中還含有多種維生素和氨基酸，飲茶對清油解膩增強(qiáng)神經(jīng)興奮以及消食利尿也具有一定的作用。隨著人們對健康重視程度的增加，更多人希望通過飲食調(diào)節(jié)身體健康狀況，包括體重超標(biāo)、糖尿病、肥胖癥等，飲茶因具有明顯的保健功能及降脂減肥的效果而變成最受歡迎的健康飲料之一。在泡茶和飲茶的同時(shí)，人們更希望明確茶葉主要品質(zhì)成分的浸出動(dòng)態(tài)過程，攝入體內(nèi)茶湯的主要成分及其含量的具體指標(biāo)，以科學(xué)泡茶飲茶，發(fā)揮茶葉的最大功效。茶葉中含有多種有機(jī)無機(jī)物質(zhì)，其中與品質(zhì)直接相關(guān)的包括茶多酚、生物堿、蛋白質(zhì)、芳香物質(zhì)、果膠質(zhì)、糖類、色素、微量元素等。茶葉的主要品質(zhì)成分在茶湯中的浸出動(dòng)態(tài)過程直接影響飲用人對茶葉有效成分的攝取、茶葉的感官評審及茶葉的加工工藝?，F(xiàn)有茶葉主要品質(zhì)成分的浸出過程的研究方法常使用國標(biāo)中的比色法，近年來也發(fā)展了包括液相色譜法、液質(zhì)聯(lián)用及氣質(zhì)聯(lián)用法，元素分析等方法。但這些方法均具有樣品準(zhǔn)備步驟繁瑣，檢測費(fèi)時(shí)，檢測儀器普及程度小，檢測費(fèi)用昂貴等局限性，無法廣泛應(yīng)用于茶葉品質(zhì)及浸泡過程的批量快速檢測。因此，尋求快速便捷的茶葉有效成分浸出過程的檢測方法成為茶葉研究的熱點(diǎn)。

熒光技術(shù)因其檢測時(shí)間短、靈敏度高、不破壞樣品結(jié)構(gòu)、測量過程不消耗試劑等優(yōu)點(diǎn)已快速發(fā)展為新型的化學(xué)分析手段。與普通熒光技術(shù)相比，三維熒光光譜技術(shù)能同時(shí)提供熒光強(qiáng)度與激發(fā)和發(fā)射波長的關(guān)系，對于每一種熒光物質(zhì)，都有其特有三維熒光指紋圖譜，具有較高的靈敏性、良好的選擇性，還能進(jìn)行多組分同時(shí)檢測，已被廣泛的應(yīng)用于食品藥品及其化學(xué)成分檢測，水體、土壤中可溶性有機(jī)物的組成結(jié)構(gòu)及遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律等研究。已有報(bào)道應(yīng)用三維熒光光譜結(jié)合平行因子分析法對綠茶進(jìn)行成分分析和種類鑒別，報(bào)道根據(jù)茶葉浸泡30分鐘采集熒光光譜進(jìn)行分析得出結(jié)論，并未對茶葉浸泡過程中主要品質(zhì)成分及其浸出動(dòng)態(tài)過程進(jìn)行相關(guān)研究。黃山毛峰和鐵觀音是兩種常見市售茶葉產(chǎn)品，深受消費(fèi)者青睞，為此本研究選擇上述兩種茶類為研究對象，應(yīng)用三維熒光光譜結(jié)合熒光體積積分技術(shù)（Fluorescence regional integration， FRI） 研究常見茶葉主要品質(zhì)成分在沖泡過程中的動(dòng)態(tài)變化，揭示主要品質(zhì)成分的浸出規(guī)律，為科學(xué)飲茶提供參考，為茶葉主要成分分析和茶葉種類區(qū)分提供快速的分析新方法，也為開發(fā)茶葉浸泡過程的實(shí)時(shí)在線檢測裝置提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料和儀器

實(shí)驗(yàn)用茶葉為市售有代表性的鐵觀音和黃山毛峰，產(chǎn)地分別為福建省安溪縣和安徽省黃山市。VarianCary Eclipse型熒光分光光度計(jì)（美國瓦里安公司），配備1cm 光徑石英樣品池。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法及數(shù)據(jù)分析

用天平準(zhǔn)確稱取兩種茶葉各6克放入500ml燒杯中，加入80℃和100℃的超純水300ml，分別于浸泡至設(shè)定時(shí)間后（1， 2， 3， 4， 5， 6， 8， 10， 20， 30， 60， 90， 120分鐘）取樣3ml置于離心管內(nèi)，6000轉(zhuǎn)每分鐘離心5分鐘，取上清冷卻至室溫待測。熒光光譜儀的激發(fā)光源為氘燈，激發(fā)波長范圍為200-550nm；步長10nm；發(fā)射波長范圍為210～750 nm，步長2nm；電壓700 V，掃描速度9600 nm/min。通過檢測共獲得26個(gè)36×270的激發(fā)-發(fā)射矩陣，使用Matlab軟件對獲取各個(gè)樣品的EEM數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。

2 結(jié)果與討論

2.1 兩種茶葉浸出液EEM的特性

鐵觀音與黃山毛峰在80℃水中浸泡10分鐘后的三維熒光光譜如圖1所示。兩種茶葉浸出液的三維熒光光譜（EEM）范圍較寬，主要峰的位置均集中在激發(fā)波長（Excitation， Ex）為320-530nm，發(fā)射波長（Emission， Em）為350-700nm之間。為便于分析統(tǒng)計(jì)，將兩種茶葉的EEM劃分為三個(gè)主要區(qū)域，分別為A區(qū)：激發(fā)波長/發(fā)射波長（Ex/Em）=320-410/390-520nm；B區(qū)：激發(fā)波長/發(fā)射波長（Ex/Em）=410-500/490-560 nm；C區(qū)：激發(fā)波長/發(fā)射波長（ Ex/Em）= 380-480/650-700 nm。鐵觀音EEM圖譜中最高峰的峰位為Ex/Em=345/450nm（圖1a），文獻(xiàn)報(bào)道顯示，黃酮醇的最大激發(fā)波長為352-382nm，異黃酮的最大激發(fā)波長為334-339nm，因此鐵觀音的三維熒光光譜圖A區(qū)的熒光峰應(yīng)為黃酮醇和異黃酮類物質(zhì)的混合物。黃山毛峰浸出液中A區(qū)域的最高峰的峰位Ex/Em=330/405nm（圖1b），與7，4-二羥基黃酮的最大激發(fā)和發(fā)射波長為Ex/Em=332/420nm相吻合，峰位的偏差可能是多種黃酮類物質(zhì)復(fù)合作用的結(jié)果。茶多酚的最大激發(fā)/發(fā)射波長（Ex/Em=494/515 nm），因此兩種茶葉浸出液的三維熒光光譜的B區(qū)中最高峰的峰位為Ex/Em=490/520nm，與報(bào)道的茶多酚相吻合，主要為茶多酚的熒光峰。兩種茶葉三維熒光光譜中C區(qū)，激發(fā)波長/發(fā)射波長（ Ex/Em）= 380-480/650-700 nm，符合葉綠素a的熒光光譜，其最大激發(fā)/發(fā)射波長=410/674nm，因此，C區(qū)的主要成分是葉綠素a。

利用80℃水浸泡鐵觀音和黃山毛峰兩種茶葉，不同時(shí)間點(diǎn)取樣檢測茶葉沖泡過程中浸出液的EEM動(dòng)態(tài)變化如圖2所示。根據(jù)對EEM的分區(qū)分析，鐵觀音浸出液A區(qū)域的熒光強(qiáng)度隨浸泡時(shí)間的延長而逐漸減弱，B區(qū)域的熒光強(qiáng)度隨浸泡時(shí)間的延長逐漸增強(qiáng)，C區(qū)域的熒光強(qiáng)度隨浸泡時(shí)間的延長先逐漸增強(qiáng)，當(dāng)浸泡時(shí)間達(dá)到10分鐘后，C區(qū)域的強(qiáng)度接近最大值，隨后保持基本平衡（圖2a）。黃山毛峰的三維熒光光譜變化規(guī)律與鐵觀音的變化規(guī)律相似（圖2b），但A區(qū)域的峰位有顯著差異，鐵觀音A區(qū)域的最高峰的峰位為Ex/Em=340/450nm，而黃山毛峰中A區(qū)域的最高峰的峰位為 Ex/Em=330/420nm，這種差異可能是由于兩種茶葉浸出液中所含黃酮種類的差異所致（圖2）。

2.2 兩種茶葉浸出液中主要品質(zhì)成分的定量分析

為定量分析茶葉浸出液中三種主要成分的動(dòng)態(tài)變化過程，將三維熒光光譜的原始數(shù)據(jù)導(dǎo)出，預(yù)處理后按照上述方法將其分成A，B，C三個(gè)區(qū)域，分別為A區(qū)（黃酮類物質(zhì)）：Ex/Em=320-410/390-520nm；B區(qū)（茶多酚）：Ex/Em=410-500/490-560 nm；C區(qū)（葉綠素a）：Ex/Em=380-480/650-700nm。分區(qū)完成之后，各個(gè)區(qū)域的數(shù)據(jù)采用熒光體積積分（Fluorescence regional integration， FRI）公式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，所用公式為：

式中：為熒光體積積分值；為激發(fā)波長間隔取 10nm；為發(fā)射波長間隔取 2nm；為每個(gè)點(diǎn)的熒光強(qiáng)度，單位為AU˙nm2。

以各個(gè)區(qū)域的FRI值為縱坐標(biāo)，時(shí)間為橫坐標(biāo)，研究三種主要成分的浸出動(dòng)態(tài)過程。如圖3所示，兩種茶葉浸泡過程中釋放的三種主要成分的相對含量隨時(shí)間變化趨勢相似。A區(qū)域代表的黃酮類物質(zhì)隨浸泡時(shí)間延長相對含量含量急劇降低，鐵觀音浸出液中黃酮類物質(zhì)相對含量在前30分鐘內(nèi)降低到最大值的45.68%，而黃山毛峰浸出液中黃酮類物質(zhì)含量在相同時(shí)間內(nèi)降低到最大值的57.72%。黃酮類物質(zhì)是茶葉中重要的抗氧化劑，具有抗炎癥，抗菌，抗腫瘤等多種功效，茶湯中黃酮類物質(zhì)FRI值的降低可能是由于熱水作用使其發(fā)生物理或化學(xué)轉(zhuǎn)變，變成熒光弱或無熒光的物質(zhì)。B區(qū)域的FRI隨時(shí)間延長逐漸增加，出現(xiàn)先快后慢的變化趨勢，說明該區(qū)域代表的茶多酚相對含量隨浸泡時(shí)間延長逐漸增加。相同條件下浸泡2小時(shí)后，鐵觀音浸出液中茶多酚含量比黃山毛峰高18.05%，差異顯著（圖3）。鐵觀音10分鐘浸出液中茶多酚相對含量為最大值的71.63%，而黃山毛峰則為69.59%。茶多酚是一種重要的抗氧化劑，但其具有苦澀味和收斂性，是茶湯中味感最強(qiáng)烈的品質(zhì)成分。茶多酚含量變化的結(jié)果可以用來解釋為何久泡得到的茶湯會變苦變澀。C區(qū)域所代表的主要成分為葉綠素a類物質(zhì)，隨著浸泡時(shí)間的延長，兩種茶葉中葉綠素a先逐漸釋放，浸泡10分鐘后，葉綠素a的FRI接近最大值并在隨后的時(shí)間內(nèi)維持穩(wěn)定不變。相同條件下浸泡2小時(shí)，鐵觀音浸出液中葉綠素a的含量為黃山毛峰的1.61倍，差異顯著（圖3）。

相同浸泡條件下，由兩種茶葉浸出液中三類主要品質(zhì)成分的含量變化可知，鐵觀音浸出液中黃酮類物質(zhì)，茶多酚和葉綠素a的相對含量均顯著高于黃山毛峰，這可能是由于兩種茶葉的制作過程不同所致，鐵觀音的制作經(jīng)過半發(fā)酵過程，內(nèi)含物比較容易浸出，而黃山毛峰沒有經(jīng)過發(fā)酵過程。鐵觀音和黃山毛峰的三種成分浸出規(guī)律差異顯著，提示據(jù)此可以用來區(qū)分茶葉的種類。主要品質(zhì)成分浸出規(guī)律顯示，兩種茶葉均在10分鐘內(nèi)飲用比較適宜，此時(shí)黃酮類物質(zhì)有近70%左右的保留，葉綠素a已經(jīng)釋放接近最大值，而茶多酚只浸出總量的2/3左右，澀味尚未濃烈。

2.3 溫度對兩種茶葉茶多酚浸出速率的影響

根據(jù)EEM中B區(qū)域中FRI值的變化，定量分析不同浸泡溫度下（80℃和100℃）兩種茶葉浸出液中茶多酚的浸出規(guī)律。如圖4所示，浸泡溫度越高茶多酚的浸出速率越大。100℃浸泡2小時(shí)后，鐵觀音和黃山毛峰茶湯中茶多酚的最大浸出量分別比80℃浸泡2小時(shí)高11.01%和9.15%，差異顯著。實(shí)驗(yàn)結(jié)果提示，浸泡溫度可顯著影響茶葉主要品質(zhì)成分的浸出速率。

3 結(jié)論

對兩種茶葉浸出液的EEM進(jìn)行分析，結(jié)果顯示兩種茶葉浸出液中均含有黃酮類物質(zhì)、葉綠素a和茶多酚，但兩種茶葉浸出的黃酮類物質(zhì)的種類不同，鐵觀音浸出的黃酮類物質(zhì)主要為黃酮醇和異黃酮，而黃山毛峰則主要為7，4-二羥基黃酮。兩種茶葉浸出液中主要品質(zhì)成分的浸出規(guī)律不同，如相同條件下浸泡2小時(shí)后，鐵觀音浸出液中茶多酚含量比黃山毛峰高18.05%。浸出物質(zhì)種類和浸出規(guī)律的差異可以用來區(qū)分茶葉的種類。分析兩種茶葉主要品質(zhì)成分浸出規(guī)律發(fā)現(xiàn)，在相同浸泡條件下，兩種茶葉在浸泡10分鐘后，葉綠素a浸出量接近最大值，茶多酚與黃酮類物質(zhì)含量適中，適宜飲用。浸泡溫度能顯著影響茶葉中茶多酚的浸出規(guī)律，浸泡溫度越高，茶多酚浸出速率越大。本研究為茶葉品質(zhì)成分分析和種類區(qū)分提供快速的檢測新方法，為開發(fā)茶葉主要成分浸出動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)在線檢測裝置奠定實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，也為茶葉科學(xué)的浸泡和飲用提供理論基礎(chǔ)。

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作者簡介

張琪瑞（2001-），男， 在讀高中生，安徽省金寨人。

作者單位

安徽省合肥市第一中學(xué) 安徽省合肥市 230601