微波与远、近红外技术在茶叶中的应用

邵静娜，孙威江,2*

（1.福建农林大学园艺学院，福建福州 350002；2.福建农林大学安溪茶学院，福建福州 350002）

微波与远、近红外技术在茶叶中的应用

邵静娜1，孙威江1,2*

（1.福建农林大学园艺学院，福建福州 350002；2.福建农林大学安溪茶学院，福建福州 350002）

基于对国内外微波技术与远、近红外技术在茶叶上应用情况的阐述，以及在茶叶应用上存在的优缺点进行分析。微波、远红外技术在某种程度上相比传统茶叶加工方式有着自身的优势，可提高茶叶品质和加工效率。近红外技术在茶叶自动化加工、生产线在线检测上有很大前景，是茶叶加工发展的趋势。

微波，远红外技术，近红外技术，茶叶，茶叶加工

中国茶叶加工2013，（2）:32～37

我国制茶历史悠久，制茶工艺丰富，因制茶工艺不同分为白茶、绿茶、黄茶、乌龙茶、红茶、黑茶等六大茶类。但与国外茶叶生产技术相比，目前我国茶叶加工技术设备较为落后。有的还停留在手工、半手工状态，机械化水平低，绝大部分依然是简单的机械产品，缺少采用程控、数控、机电一体化等成熟通用技术且制造工艺简单[1]。近年来，微波技术、远红外技术、超高温热风技术、数字信号处理技术等已在名优绿茶机械装备中得到应用。本文通过综述微波与远、近红外技术在茶叶上的应用情况，为微波与远、近红外技术在茶叶生产和加工方面的应用提供借鉴，以期促进我国茶叶加工技术与加工设备的进一步发展。

1 微波的特性

微波的频率为300MHz～300GHz，是无线电波中一个有限频带的简称。波长在1m（不含1m）到1mm之间的电磁波，频率比一般的无线电波频率高，通常也称为“超高频率电磁波”。微波的基本性质通常呈现为穿透、反射和吸收三个特性，对于玻璃、塑料和瓷器，微波几乎是穿越而不被吸收，对于水和食物等就会吸收微波而使自身发热，而金属类材质，则会反射微波。人们利用微波加热主要应用于食物制作（微波炉）、材料烘干（干燥机）、消毒（牛奶、医用）、微波治疗（癌症、前列腺疾病和理疗等）。

2 微波在茶叶上的应用现状

2.1 微波在茶叶杀青中的应用

生产绿茶、乌龙茶均需要加热杀青处理，以钝化酶的活性，停止发酵，并适量蒸发水分，确定和发展茶的品质。由于杀青机种类不同，其杀青效果不一样，因此制茶品质也不尽相同[2]。目前生产上常用杀青方式有热风杀青、汽热杀青、电热杀青、蒸汽杀青和微波杀青。相比之下微波杀青在茶叶杀青品质方面也有较好的表现，不仅在茶叶色泽上占优势，而且能较好地保留茶叶内含成分[3-9]。微波补杀对再制品外形上有一定的修复作用，原因可能是经过微波补杀后再制品变得柔软，微波杀青最大程度保证在制品形状和完整性[10]。

微波杀青时，微波能透入鲜叶的内部加热，绝大部分微波能量被鲜叶吸收并转化为升温所需要的热量，具有升温迅速、温度均匀、热效率高、杀青时间短、杀青均匀等特点，且微波杀青所用能源为电能，对加工环境没有污染。微波作为一种新的能量传递方法，已被日本、新加坡、印尼等国用于茶叶的杀青和烘干，提高了茶叶的品质档次，取得了明显的经济效益[11]。但微波杀青也在茶叶香气、滋味上存在不足，可对微波加工参数作进一步的试验调整，或采用组合式杀青方法[12]。

2.2 微波在茶叶干燥中的应用

微波干燥技术是利用物料中水的介电常数远大于目标产物的介电常数，水吸收大部分微波能量的原理，微波对其内部水分进行加热并将水分进行蒸发脱除，从而达到物料干燥的目的[13]。

微波干燥速度快、时间短，其干燥时间是一般方法的1/10～1/100；利于保持产品的色、香、味，营养素损失较少，对维生素C、氨基酸的保持极为有利；反应灵敏易控制；加热均匀，可避免外干内湿现象；干燥加热具有自动平衡能力；热效率高，设备台数少[14]。

微波干操方法可分为常压微波干燥、真空保湿干燥和冷冻微波干燥。安徽岳西将微波冷冻干燥生产工艺成功应用于茶叶制作中，实现了高效、节能、环保、安全，兼有杀菌功能，更好的保证了岳西翠兰品质[15]。

2.3 微波在茶叶成分提取中的应用

微波提取技术又称微波辅助萃取技术，是根据不同物质的介电常数不同，对微波能的吸收差异使基体物质中的某些区域和萃取体系中的某些组分被选择性加热，增大目标组分的溶解度，从而从基体或体系中分离出来。由于加速了目标组分向萃取溶剂界面扩散，缩短了目标组分的分子由物料内部扩散到萃取溶剂界面的时间，使萃取速率得到了很大提高[16]。

微波技术在茶叶成分提取中的应用范围较广，除了茶多酚、咖啡碱外，提取茶色素也见于报道。微波萃取技术用于提取茶叶水溶性物质、茶多酚、咖啡碱、茶多糖、茶皂素等都较一般的水浴浸提等传统技术得率高、效果好，且提取时间大大缩短[17]。

2.4 微波在茶叶微量元素检测中的应用

茶叶作为我国的传统饮料和世界三大饮料之一，其中的无机元素尤其是重金属的含量越来越引起人们的关注。食品中铅、镉、铜的测定方法已经有相关的国家标准，其中样品的前处理有压力消解罐消解法、干法灰化法、过硫酸铵灰化法、湿式消解法。微波消解是近年来被广泛使用的消解方法。许秋梅等[18]用微波消解法和开水浸泡法处理茶叶，对比检测茶叶中微量元素含量发现，微波消解法测定茉莉花茶中元素镉、铬、镁、铁、铝、钙、锰的分析方法，更简便、快捷、准确。

2.5 微波在茶叶杀菌、防霉中的应用

茶饮料在常规热力杀菌中，由于高温长时，使茶叶香气受到较大损失。采用微波杀菌，具有较好的效果。微波杀菌是微波的热效应和生物效应共同作用的结果。微波对微生物的热效应使蛋白质变性，导致微生物死亡；而微波对微生物的生物效应使微波电场改变了细胞膜断面的电径分布，影响了细胞膜周围电子和离子的浓度，从而改变了细胞膜的通透性能，使微生物生长发育受到抑制而死亡[19]。此外足够强的微波电场可以导致生物的DNA、RNA中的氢键松弛、断裂和重组，从而诱发遗传基因突变[20]。由于微波杀菌利用了热效应和非热效应对生物的破坏作用，因此，其杀菌温度低于常规方法，有利于茶饮料香气的保持。

茶叶在贮运过程中易生虫，在黑茶的渥堆过程中也常发生昆虫污染的现象。过去常用药物熏蒸的杀虫方法，但存在药物残留的问题。采用微波处理可以取得良好的杀虫效果，杀虫效果与茶叶和虫体的介电性质密切相关，当茶叶的含水量小于12%时，有利于增强杀虫的效果[21]。

茶叶在加工贮藏中极易受潮发霉而降低品质。王盛良等[22]通过试验证明，微波技术对茶叶霉菌具有优异的杀灭效果。

3 远红外的特性

红外线是波长为0.76～1000μm的电磁波，其中波长为0.76～1.4μm的称为近红外线，波长为1.4～3.0μm的称为中红外线，波长为3.0～1000μm的称为远红外线。远红外线加热不需要中间传热介质，直接均匀加热物体。远红外线有穿透性，其对不同农副产品穿透深度可达1～18mm，不经物体表面直接在被加热物内部进行加热。远红外线加热避免了被干燥物表面直接暴露于高温，减少了被干燥物的表面品质破坏；不需要中间介质，减少了传热过程中的热损失。因此远红外线干燥热效率高，干燥品质优于其它的干燥法[23]。

4 远红外在茶叶上的应用现状

4.1 远红外在茶叶萎调上的应用

龙言[24]研究发现，应用远红外线加温萎凋提高乌龙茶质量的新工艺，在乌龙茶加工的萎凋工序中，将温度控制在40℃左右，再以1kW的远红外线进行照射，而摇青、干燥等工序仍按常规操作方法进行，制得的茶叶品质明显优于常规工艺加工的茶叶，其干茶中的醇类、脂类、吲哚类等生化物质含量要高出常规工艺10%～15%，尤其是香味高，并含有混合型花香。中野不二雄等[25]研究发现，远红外线萎凋的茶叶香气和滋味均优于无远红外线照射的茶叶，香味也较日光萎凋好，并能得到均质的制品。金心怡等[26]研究发现，远红外萎凋叶温升高和水分蒸发较快，促进酶活性，水浸出物含量、茶多酚转化量、氨基酸含量均有增加。远红外萎凋的茶叶品质接近于日光萎凋的效果，这是因为远红外线以射线形式射入叶肉组织，引起叶内分子共振，并迅速转化为热能，使叶子内外均匀受热，从而使细胞膜透性加强，酶活性提高，促使多酚类化合物产生变化，促进芳香物质形成，三大物质降解，使茶多酚含量的保留量较少，氨基酸较多，可溶性糖较少，品质达到日光萎凋水平。

4.2 远红外在茶叶杀青上的应用

早在1978年，广东省农科院茶科所就应用远红外线辐射杀青茶叶，制得成茶具有香高味醇、汤色翠绿清澈等品质特点。并且具有杀青功效高、连续性好等优点，为实现绿茶杀青工序连续化、电气化开辟新的途径[27]。朱德文等[12]提出远红外和微波组合杀青绿茶，滋味更具有鲜爽醇厚而不苦涩、香气纯正等特点。微波、远红外组合杀青方式能较大程度地保留茶叶品质成分含量，减少杀青作业对茶叶品质成分的破坏，克服了单纯使用微波杀青的不足之处。

4.3 远红外在茶叶烘焙、提香上的应用

中野不二雄等[25]研究发现和热风干燥比较，远红外线干燥茶叶表面呈润泽状态，远红外线干燥（无风）时有火香味的倾向。权启爱等[28]研究发现比起其他干燥方式，远红外更适合应用在茶叶生产流水线上，制得茶叶品质优异，茶叶感官品质明显优于装有传统茶叶烘干机的生产线。

远红外茶叶干燥机焙茶干得快，比热风焙茶时间短4min左右，由于快速去水，有利茶香发挥。另外，远红外茶叶干燥机上层的温度高，茶叶刚进入焙茶机时的水分多，使用远红外干燥机，能符合“先高温后低温”“毛火高温快干，足火低温足干”的工艺要求。同时，远红外焙茶热效率好，降低成本。江平等[29]探讨发现经微波杀青，热力初干，远红外提香机足干制得茶树花比其他蒸气杀青、热力干燥等方式效果都好。总之，远红外线干燥技术具有节能、高效、高品质、环保等优点，以期在茶叶加工技术上更好的利用。

4.4 远红外在茶饮料灭菌的应用

日本的饮料生产部门探索出远红外灭菌新工艺。具体作法为：在液态饮料的罐装机上安装一个远红外发射器，将液态饮料的半成品以100kW的远红外直照30s，然后再作冷藏处理。生产实践表明，运用这种红外灭菌工艺的液态茶汁，不仅不浑浊，基本保持原有茶类的色、香、味，而且茶汤中维生素C含量比常规高温灭菌工艺高15%左右，经济效益也提高30%以上，此项技术是液态茶汁饮料高效灭菌保鲜的新工艺[30]。

5 近红外光谱的特性

近红外光谱（Near-infrared Spectroscopy，简称NIRS）是指介于可见光及中红外光区间，波长在780～2526nm范围内的电磁波。现代近红外光谱技术由于将光谱分析、数理统计和计算机技术融为一体，因此成为20世纪90年代以来发展最快、最引人注目的光谱分析技术，现已成功地由最初的食品工业，迅速渗透到石油化工、基本的有机化工、高分子化工、制药及临床学、生物化工、环境科学、纺织工业、食品工业、造纸及农业等领域，在产品质量分析、检测、工艺控制等方面获得了广泛的成功[31]。

6 近红外光谱技术在茶叶上的应用

6.1 近红外光谱技术在茶叶成分快速检测上的应用

近红外光谱技术在茶叶上主要应用于实验室检测研究，未能在茶叶加工过程中得到有效应用。目前近红外的研究主要集中在茶叶中几种化学成分的快速检测、茶叶的种类鉴定、快速分级等方面。除了茶多酚、咖啡碱、氨基酸[32-33]等茶叶中的主要化学成分外，发酵茶中茶黄素、茶红素、茶多糖等重要的活性成分，也能通过近红外光谱技术进行快速检测[34]。

近红外光谱检测技术能够达到实际应用中的精度要求，并且样品不被破坏，不需化学试剂，可用于实现茶叶加工过程中生化成分含量的在线快速测定。

6.2 近红外光谱技术在茶叶在线检测上的应用

1992年，浙江大学研究近红外反射光谱技术及其在茶叶水分测试中的应用。采用红外吸收原理测量水分含量，这种仪器可在几十秒时间内测定并打印出茶叶的水分含量。可以在茶叶生产、加工存储和检验中更好地把握茶叶的质量[35]。

蒋迎[36]提出了傅里叶变换近红外光谱可推广用于花茶窨制过程的在线监测，能快速、无损测定窨制过程中茶叶的水分含量，达到对花茶窨制质量进行过程控制，只需1min即可完成整个过程。水分测定范围为5%～20%，预测偏差在1.71%以内，完全满足工业过程分析要求。

目前也有在乌龙茶精加工生产线上应用先进的在线近红外水分仪，能够在线监测乌龙茶精加工生产线上任何时刻的茶叶水分，并可进行参数调整，真正实现了对茶叶产品含水率的实时控制。

6.3 近红外光谱技术在茶叶品质鉴定上的应用

日本静冈茶叶试验站开展了用近红外反射光谱来测定毛茶中全氮量并由此评价茶叶品质的试验。试验是以煎茶为样品，用日制9350型近红外反射光谱机进行测试，并用二次微分分析法和多变回归方程进行分析。试验结果得出了含氨百分率数字模型，经用凯氏定氮法检定，结果完全一致。经密码感官审评验定，其相关系数为0.993，标准误差为0.118，取得了精度很高的审评效果。所以日本认为，运用近红外分析法评价茶叶质量，是一种简便、快速、评价效果很高的审评方法[30]。

定性判别茶叶的种类是近红外技术的又一项功能。利用近红外技术实现茶叶的分类鉴定以至最终实现产地、品种、生产时间等信息的精确判别，对于规范茶叶命名，保护地理标识产品，整顿茶叶市场秩序都有重要的实际意义。赵杰文等[37]采用近红外光谱结合主成分一马氏距离模式识别方法鉴别了龙井、碧螺春、毛峰和铁观音4种中国名茶，在6500～5300cm-1光谱范围，通过MSC预处理方法，以8个主成分建模，对校正集样本和预测集样本的鉴别率分别达到98.75%和95%。具体应用方面，已研发出干茶质量近红外分析仪。

6.4 近红外光谱分析技术在茶鲜叶评价中的应用

除了将近红外光谱分析技术用于成茶成分分析外，也可用于茶鲜叶成分的定量快速检测。王胜鹏等[38]提出一种基于NIRS技术评价茶鲜叶原料质量的新方法。通过交叉验证和偏最小二乘法（PLS）方法，建立了茶鲜叶的近红外光谱（NIRS）与其含水量、粗纤维总量和全氮量之间相关性模型。提出了基于鲜叶含水量、粗纤维总量和全氮量的茶鲜叶原料的质量系数方程，得出了鲜叶的质量系数。鲜叶质量系数越大，其质量越高。目前我国已研发出用茶鲜叶质量近红外分析仪投入在茶叶加工生产中在线对鲜叶进行分等级的技术，促进了我国茶叶的智能化生产的进一步发展[39]。

6.5 近红外光谱分析技术在茶汤中的应用

王玉霞等[40]采用近红外光谱透射分析技术，对绿茶茶汤中水浸出物、茶多酚等共11个指标或组分的定量分析方法进行了研究并建立了11个指标或组分的定量分析模型，结果表明，除ECG和GA外，其余指标或组分分析模型的交叉检验和预测模型的决定系数都在95%以上，模型的稳定性和预测准确性较高。研究结果为利用近红外光谱技术分析茶汤或茶饮料中主要品质成分提供了新方法。通过茶汤的光谱分析名茶茶汤的部分测定指标可以基本反映出茶汤品质的优劣。因此该方法可作为一种辅助的手段来鉴定茶叶的品质，为近红外光谱分析技术在茶叶鉴定方面的应用又提供了一个新的研究思路。

7 展望

微波、远红外干燥在某种程度上相比传统干燥方式有着自身的优势，特别是在茶叶杀青、干燥的加工过程中适用微波、远红外技术可以提高茶叶品质和加工效率，为微波、远红外技术在茶业领域的发展奠定了基础，同时也是新技术在传统茶叶加工工艺上的一大突破。但从现有的研究来看，微波、远红外技术在茶叶中已经得到一定的运用，近红外技术在茶叶中还没有得到普及，但都显现出一定的优势。为促进茶叶加工技术与加工设备的科技化发展，建议在以下方面开展进一步研究。

7.1 开展远红外技术在茶园管理上的应用

研究表明[41]胶树和茶树对近红外的吸收均比较微弱，而对远红外的吸收又都有不同程度的增加，特别是群落中的茶树对远红外的吸收比较充分。远红外虽然不被叶绿素、类胡萝卜素等吸收，但它能被叶组织中的水分、质体色素、原生质和某些细胞酶所吸收利用，参与某些生化过程，同时更为重要的是它具有温度的性质，具有强烈的热力学因素。在偏北地区的茶园中对茶树采用远红外照射可预寒害现象。在其他地区茶园对茶树采用远红外照射可促进茶树良好生长。

7.2 加强茶叶加工过程近红外在线检测的应用

乌龙茶品质形成的关键在做青过程，也就是通过摇青与晾青的交替进行，促使青叶形成“走水”规律，产生“还阳”与“退青”的现象，从而使青叶梗与叶脉中的水分及可溶性内含物向叶片转移，水分通过气孔逐步散发,可溶物则与叶内含物结合、转化,形成更高级的香味物质。

乌龙茶做青过程是阻碍乌龙茶生产线自动化的重要因素，若能使用近红外在线监测的技术通过在线采集做青期间水分变化，控制水分在加工过程中的散发速率来达到控制生化物质转化含量，从而达到智能化控制的目的，促进乌龙茶加工和茶叶机械化的快速发展。

8 小结

目前，我国微波、远红外、近红外技术在茶叶上的应用研究尚处于初级阶段，随着光学技术、计算机技术（硬件技术、算法、软件技术和网络技术等）与电子技术等现代技术的发展，微波、远红外技术在茶叶工艺生产线应用，近红外光谱分析技术在茶叶成分快速测定、茶类识别、茶叶感官审评、茶叶品质检测等方面的应用将有大的进展。

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Applications of Microwave Technology,Far-infrared Technology and Near-infrared Technology in Tea

SHAO Jing-na1,SUN Wei-jiang1,2*

(1.College of Horticulture,Fujian Agriculture and Forestry University,Fuzhou 350002,China; 2.Anxi Tea College,Fujian Agriculture and Forestry University,Fuzhou 350002,China)

Based on the applications of microwave technology,far-infrared technology and near-infrared technology in tea at home and abroad,this article aims at analyzing the advantages and disadvantages of these applications in tea.In a way,the microwave and infrared technologies have their own advantages,that they can improve the quality of tea and the processing efficiency.Near-infrared technology has a great prospect in the tea automated processing and production line testing,and it is the development trend of tea processing.

Microwave technology,Far-infrared technology,Near-infrared technology,Tea,Tea process

F307.13

A

2095-0306（2013）02-0032-06

2013-02-28

国家科技支撑计划项目（012BAF07B05-5，2011BAD01B03-3），福建省科技项目（2012S0057，2012R0018）

邵静娜（1986-），女，河南安阳人，在读研究生，主要从事茶叶加工方面的研究。

*通迅作者：swj8103@126.com