基于FTIR技术的茶树优良单株品质评价研究

苏 敏，韦柳花，孔德鑫，罗小梅，邱勇娟，邓慧群

(1.广西桂林茶叶科学研究所，广西 桂林 541004；2.广西壮族自治区中国科学院广西植物研究所，广西 桂林 541006)

基于FTIR技术的茶树优良单株品质评价研究

苏 敏1，韦柳花1，孔德鑫2，罗小梅1，邱勇娟1，邓慧群1

(1.广西桂林茶叶科学研究所，广西 桂林 541004；2.广西壮族自治区中国科学院广西植物研究所，广西 桂林 541006)

为探索快速、客观的茶树优良单株品质评价方法，运用FTIR技术，结合感官审评和理化分析方法，比较分析了各单株质量。结果显示：①各样品的红外光谱整体上十分相似，由于各样品化学成分组成比例各异，因而有各自的特征红外光谱；②经红外光谱主要吸收峰相关系数分析得出，福鼎大白茶与5号单株的相关性最高，其次是2与4号单株相关性系数最低；③对氨基酸贡献率大的吸收峰主要分布在1648，1525和1454 cm-1附近，这些吸收峰强度以CK样品最强，其次是5号单株，4号单株最低；对茶多酚贡献率较大的吸收峰主要在1236.2、1147.5 和1037.5 cm-1等处附近，这些吸收峰强度以4号单株最强，最弱的是CK。以上红外光谱数据分析结果与感官审评和理化分析结果相符。因此，傅里叶红外光谱法可以快速分析评价茶树单株品质的差异。

傅里叶变换红外光谱；茶树优良单株；鉴定

优良茶树品种是茶叶生产最基本、最重要的生产资料，是获得优质、高产、高效益的重要保证。因优质茶树良种的开发推广而开拓消费市场、创造产业升级的现象时有发生[1]。因此，茶树良种在现代农业中具有举足轻重的地位。而培育一个良种需要漫长的周期，这与市场需求变化快已经成为一对突出的矛盾，导致育种目标与产业需求容易脱节。因此，为了缩短育种周期，各国茶树育种研究者正试图寻找快速、可靠的早期鉴定技术。目前，传统的品质早期鉴定一般采用感官评审和理化分析相结合的方法。前者易受人为因素和外界环境的干扰，影响结果的客观性，重复性不稳定；后者虽然比较精确地鉴别茶叶，但存在实验分析周期长，手续繁琐等问题，不能满足短时间要求结果的工作状况。因此，研究快速、准确的鉴别方法对于茶树育种具有重要的现实意义。

傅里叶变换红外光谱技术是一种无损的快速检测技术，具有速度快、效率高、成本低、用量少等特点，近年来已被广泛应用于茶叶的种类鉴定[2-4]、产地鉴定[5-6]、真伪鉴别[7-11]、黑茶不同储存年限的鉴别[12-14]等方面。从这些研究可以看出从茶叶中提取并分析其组分，诸如茶多酚、氨基酸、咖啡碱等的特征信息对于茶叶品质的快速评价具有重要意义。但目前还未见利用红外光谱技术应用于茶树育种的研究报道。

本研究在利用常规品质鉴定方法基础上，运用傅里叶变换红外光谱技术对5个茶树优良单株和对照种福鼎大白茶进行了研究，用简便而且操作性强的科学方法以达到客观、快速评价茶树优良单株品质的目的，为推进茶树育种进程提供了一种新方法。

1 材料与方法

1.1 茶样来源

本研究于2012年至2015年期间采用单株选育法对广西地方茶树有性系群体种进行选育，经过多年重复鉴定，确定了5个优良单株。于2016年春季分别采集5个优良单株和国家级良种福鼎大白茶的一芽二叶，蒸青，摊晾，放置85℃鼓风干燥箱烘至干燥，密封备用。

1.2 主要仪器与药品

仪器：Nicolet FTIR 6700,DTGS检测器，电子天平 XSI05DU(梅特勒-托利多仪器公司)，北京普析公司生产的T6新世纪分光光度计；药品：KBr光谱纯(天津市光复精细化工研究所)。

1.3 感官审评

采摘一芽二叶制成烘青绿茶。按照GB/T 23776-2009《茶叶感官审评方法》，由具有评茶资格的审评员进行密码审评。

1.4 理化分析

参照文献[15]中有关生化成分测定的方法。

1.5 红外光谱样品制备与实验方法

取各样品在55 ℃干燥48 h，粉碎过200目的筛子。实验过程中保持室内温度25 ℃左右，空气相对湿度30 %左右。精确称取各样品1.0 mg分别于200 mg溴化钾(碎晶)混合研磨充分均匀，压制成厚度约1 mm的透明锭片，放入傅里叶变换红外光谱仪中测定。每个样品制备5个重复的锭片，每个锭片随机扫描3个具有代表性的位置，获得3个光谱图，取其平均谱图作为最后的样品谱图。测试条件：光谱范围4000～400 cm-1，光谱分辨率4 cm-1积累扫描次数32次，扫描时扣除H2O和CO2的干扰。

1.6 数据处理

数据处理和统计分析用NICOLET OMNIC 7.3，Origin7.5，DPS9.5，IBM SPSS Statistics 19。

2 结果与分析

2.1 感官品质审评分析

茶叶感官审评是一种通过感官鉴定茶叶品质优次的实用性技术，也是一项强调专业技能的工作。目前，这种方法因具有快速、直接、简便且较为准确的优点，而被国内外茶叶界认可并广泛运用。本研究将各优良单株的春茶制成烘青绿茶，由具有评茶资格的评茶员进行审评，审评结果如表1。从表1可以看出，各单株的外形紧细、显毫；汤色黄绿明亮或绿明亮；香气带有清香、花香或带有嫩香，5号单株的香气较突出，花香浓郁且持久；各优良单株的滋味较好，鲜醇或鲜爽，5号单株的鲜爽度高，与对照种相当，这与其氨基酸含量较高有密切关系。

2.2 生化成分分析

茶叶鲜叶中主要的干物质成分为：茶多酚(18 %～36 %)、蛋白质(20 %～30 %)、糖类(20 %～25 %)、类脂(8 %左右)、生物碱(3 %～5 %)、氨基酸(1 %～4 %)等[16]。各化学成分的组合构成了各单株的品质。各优良单株生化成分测定结果见表2。由表2可知，2和4号单株的水浸出物含量与对照种达到显著差异，说明2和4号单株茶叶中的可溶性物质比对照种多，标志着茶汤的厚薄、滋味的浓强程度高，与感官品质审评中的4号单株滋味较浓相符合。

表1 各优良单株制烘青绿茶感官审评

表2 各优良单株主要生化含量比较

注：采用DPS9.5软件进行多重比较。同列数据后不同小写字母者表示差异显著(P<0.05)；大写字母不同表示差异达到极显著水平(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个单株的茶多酚含量与对照品种均达到极显著性差异，其中4号茶多酚含量最高，高达39.42 %，最低的是福鼎大白茶；各单株的氨基酸含量与福鼎大白茶达到极显著性差异，4号单株的氨基酸含量为最低，1.75 %，比对照种降幅181.7 %。1、2、3和5号单株的酚氨比值在10左右，4号单株的酚氨比为22.5。茶多酚与氨基酸的比值，可作为茶类适制性的参考指标，一般大于10适制红茶[17]，因此，可以得出4号单株适制红茶。

咖啡碱是茶叶中的主要嘌呤碱，是茶汤中滋味的重要物质基础。除4号单株的咖啡碱含量为5.56 %较高外，其余单株咖啡碱含量均为3 %左右。

2.3 茶树优良植株的红外光谱比较分析

略掉受水分影响比较大的区域，故本研究拟只分析1800～700 cm-1波段各样品的光谱特征。图1为各植株一维红外光谱图。由图1可知，在1800～700 cm-1波段范围，各植株在波数1649、1525、1454、1373、1236、1148和1037 cm-1等附近均存在较强吸收峰。参考文献[7，18-19]对谱带进行归属和分析：波数1649 cm-1附近的吸收峰为酰胺Ⅰ带吸收，同时还可能有多糖振动吸收的贡献，归属为C=O的伸缩振动；1525 cm-1附近的吸收峰是酰胺Ⅱ带，是N-H的弯曲振动和C-N的伸缩振动；1454 cm-1附近吸收峰可能包含C-H弯曲振动吸收以及C-O伸缩振动吸收为羧酸类或酯类物质的特征吸收峰；1373 cm-1附近归属为萜类骨架振动；1236～1000 cm-1波段主要是茶多酚类物质中的醇和酚等成分中的C-O基团的伸缩振动vc-o的贡献；900～750 cm-1归属为多糖特征谱。这些吸收特征光谱与茶叶中含有的氨基酸、茶多酚以及糖类等化合物的化学结构相吻合。

归一化后作三点平滑的各优良茶树植株一芽二叶红外光谱主要吸收峰(包括共有峰和非共峰及其吸收强度)见表3。将表3中的主要吸收峰进行相关系数分析，结果显示各茶树植株间的相关系数在0.999～0.962之间变化(表4)，其中2与3号单株的相关系数最高8为0.999，原因很可能是2个植株同为一个有性系群体种有关，遗传物质较相似，品质优异，香气带有花香，滋味鲜爽醇和。根据各优良单株与对照品种间的相关系数变化范围可以分为3类型：第Ⅰ类型的相关系数在0.990以上，为5号单株，说明5号单株的内含成分及其含量较其他单株靠近对照品种，与对照种的感官审评中滋味均醇厚鲜爽密切关系；第Ⅱ类型为相关系数在0.990～0.985之间，为2号和3号单株；第Ⅲ类型是与对照品种的相关系数在0.980以下的为1号单株和4单株，其中4号单株与对照品种的相关系数为最低，为0.948，由于4号单株与对照种中的内含物质水浸出物、茶多酚、氨基酸和咖啡碱相差较大，感官品质差异明显造成的。以上相关系数分析与感官审评结果相符合。

CK：福鼎大白茶；1：1号单株；2：2号单株；3：3号单株；4：4号单株；5：5号单株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图1 各优良茶树植株一芽二叶的红外光谱图Fig.1 Fourier transform infrared spectra of one-bud and two-leaves of each good tea plant

表3 各优良茶树植株的主要吸收峰

注：所有图谱吸光度均选点归一化至1.0。

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

表4 各优良单株的相关系数比较

注：A：1号单株；B：2号单株；C：3号单株；D：4号单株；E：5号单株。

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 茶树优良植株主要特征红外光谱及其含量比较分析

茶多酚类化合物和游离氨基酸是茶叶主要的呈味物质，也是影响茶叶品质的最主要因素。各优良茶树植株的主要特征峰的吸收强度见表5。1648、1525和1454 cm-1附近的峰位处对酸酰胺Ⅰ带和酰胺Ⅱ等贡献率较大，这些吸收峰的强度大小可以反映茶叶中所含氨基酸物质的多少。由表5可知，各茶树植株在上述3个峰位的吸光度总和的强度顺序为CK>5>2>3>1>4，说明福鼎大白茶中的氨基氨酸含量最高，其次是5号单株，最差的是4号单株。这一结果与表2中各植株的氨基酸含量高低相符，其中最高是对照种为4.93 %，其次是5号单株为2.8 %，含量最低的是4号单株为1.75 %。氨基酸含量的高低与茶汤中的鲜爽度呈正相关，表1中对照种滋味醇厚鲜爽，5号单株的滋味与对照种不相上下，2和3号滋味表现鲜醇，鲜爽度最低的是4号单株，与上述吸收峰的强度相符。

表5 各优良茶树植株主要特征峰的相对强度的比较

茶多酚化学结构中的红外光谱特征峰位1236～1000 cm-1波段，出现比较强的吸收峰为1236.2、1147.5和1037.5 cm-1附近的峰位处，3个峰位处的吸光度总和最强的为4号单株，最弱的为福鼎大白茶。这一结果与生化分析中茶多酚含量最高的4号单株，为39.42 %，最低的是对照种21.00 %相符；也与感官审评中4号单株滋味浓醇相关。

3 讨论与结论

茶叶的红外光谱特征是其化学成分中含何种官能团的叠加，光谱的吸收峰强度与峰形是各种官能团互相作用的结果。茶叶化学成分复杂，不同茶树植株因所含化学成分不同，在红外光区分子振动特征吸收的峰位置、峰形和峰强也就不同。目前，红外光谱技术在评价药材质量方面的研究已相当广泛。孔德鑫等[20]运用FTIR技术，研究曼地亚和南方红豆杉不同部位间紫杉醇含量的差异，取得了良好的效果。覃小玲等[19]采用FTIR技术，根据相应波数处的吸光度进行比较了3种金花茶的黄酮类物质含量、皂苷和多糖类物质含量。根据上述前人的研究表明，FTIR技术完全可以对被检测样品进行半定量。

宁井铭等[13]采用傅里叶变换光谱技术，比较了不同年份普洱生茶和普洱熟茶的红外特征谱的异同。龚受基等[12]对不同陈化时间六堡茶茶叶粉末和提取物进行傅里叶红外光谱分析。周湘萍等[7]利用傅里叶变换红外光谱法研究了云南省思茅地区所产不同等级的普洱生茶和熟茶。杨群等[21]采用傅里叶变换红外光谱法比较了不发酵、半发酵和全发酵茶红外特征谱的异同。以上学者主要采用傅里叶红外光谱鉴别黑茶陈化年份和品质、不同发酵茶叶的红外光谱特征，本文首次将红外光谱技术应用在茶树育种上，对茶树优良单株进行品质鉴定，该方法快速、直观、简便，茶叶无需特殊处理，对茶树单株的品质鉴定有一定作用。

本文采用了感官评审和理化分析方法对5个优良单株的品质进行了鉴定。结果为：福鼎大白茶水浸出物和氨基酸含量高，而茶多酚含量稍低，感官表现为香气浓郁持久，滋味醇厚鲜爽；5号单株水浸出物含量、茶多酚和氨基酸含量较其他单株与对照种较接近，感官评审表现香浓持久，滋味醇厚鲜爽；4号单株氨基酸含量最低，茶多酚含量最高，使得感官评审中滋味浓醇尚鲜。在此基础上，本文运用红外光谱技术对6个样品的主要红外吸收峰进行相关性处理，结果为5号单株与对照种的相关系数最高，达到0.991；其次是2号单株，为0.988；4号单株与对照品种的相关系数最低，仅为0.948。根据茶叶中主要的呈味成分是氨基酸和茶多酚，对氨基酸贡献率最高的1648.9，1525.4，1454 cm-1等处吸收峰的吸光度进行了比较分析，结果为CK>5>2>3>1>4；对茶多酚贡献率最高的吸收峰1373，1236和1146 cm-1的吸光度进行比较分析，3个峰位处吸光度总和最强的为4号单株，最弱的为福鼎大白茶。以上红外光谱分析结果表明，5号单株内含物质及其含量与对照品种较相似，其次是2和3号单株，相差较远的是4号单株。以上实验结果证明，不论是常规方法还是傅里叶变换红外光谱方法都可以有效地对茶树单株进行品质鉴定，效果良好，3种方法得出的结果互相符合。但感官评审存在受个人主观因素影响较大的缺点，理化分析方法又耗时耗材料，都无法满足快速、简便、无损的鉴定茶树单株品质的需求。红外光谱技术具有感官评审和理化分析方法所不具备的优势，是一种无需提取分离、无损、快速、准确、简便、低廉的方法。

因此，利用傅里叶变换红外光谱法进行茶树优良单株筛选及品质快速评价具有简便、可操作性强等优点，该方法在茶树育种方面具有极大的应用潜力。

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(责任编辑 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

广西农业重点科技计划项目(201516)；广西科学研究与技术开发计划项目(14121008-1-7)；广西壮族自治区基本科研业务费专项(GCJB-16-2)

苏 敏(1965-)，男，广西大化人，副研究员，主要从事茶树良种选育、茶叶加工及茶树良种繁育等研究工作。