基于氨基酸指纹图谱的扁形绿茶品种分析

赵明明 金钰 周有祥

摘要：利用全自动氨基酸分析仪测定230份扁形茶叶样品中游离氨基酸的含量，并对其进行统计学分析。结果表明，通过对龙井群体、龙井43和乌牛早茶叶的判别得到2个函数，其中有6个变量，对训练集的判别正确率是64.3%，交叉验证的判别正确率是63.5%，仅能初步区分龙井43与乌牛早。

关键词：扁形茶;游离氨基酸;主成分分析;判别分析

中图分类号：S571.1;Q517         文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2018）22-0120-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.22.033           开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Abstract： The contents of free amino acids in 230 flat tea samples were measured by full-automatic amino acid analyzer and statistical analysis were performed. The results showed that two functions and six variables were obtained by discriminant analysis of Longjing Group，Longjing 43 and Wuyi Early Tea. The correct rate of discrimination for training set was 64.3%，and the correct rate of cross-validation was 63.5%. A preliminary distinction could be made between Longjing 43 and Wuniuzao.

Key words： flat tea; free amino acids; principal component analysis; discriminant analysis.

扁形綠茶，是由鲜茶叶逐渐压扁成形而成的一种外形扁平的绿茶，有西湖龙井、茅山青峰、千岛玉叶和雀舌茶等名优品种[1]。由于绿茶中含有大量的氨基酸[2]，大多数的氨基酸都具有呈味特性[3]，如脯氨酸、丝氨酸、甘氨酸等主要呈甜味，酪氨酸、亮氨酸、异亮氨酸主要呈苦味，天冬氨酸、谷氨酸以酸味为主。茶叶中特有的茶氨酸，同样也是重要的呈味物质[4]。茶叶中的氨基酸是茶叶口感和滋味的主要贡献成分，也是茶叶品质的保障。因此，氨基酸可以作为茶叶液相色谱指纹研究的一个指标。

由于名优扁形茶独特的滋味气味，其价格远远高于普通绿茶，因而市面上出现了大量以次充好的产品。目前已有许多关于茶叶品种鉴别的研究，主要利用近红外光谱、色谱、质谱等分析技术[5，6]，结合主成分分析（PCA）、判别分析、聚类分析等统计分析方法[7-9]。目前，以氨基酸为研究对象区分不同茶叶品种的研究较少，广泛运用的氨基酸分析方法主要有两种：水解氨基酸和游离氨基酸，水解氨基酸是指将样品中的蛋白质或者肽链断裂成单个氨基酸分子，而游离氨基酸检测是直接检测样品中以游离状态存在的氨基酸。由于茶叶中的蛋白质等大分子物质基本相同，由蛋白质或者肽链断裂形成的氨基酸差异较小，无法有效地反映出茶叶之间的差异。而游离氨基酸能够更好地显示出不同茶叶氨基酸之间的差异，因此本试验采用游离氨基酸方法来进行研究，以230个龙井群体茶叶、龙井43茶叶和乌牛早茶叶为材料，采用了L-8900氨基酸分析仪分析茶叶中氨基酸的组分和含量。

1  材料与方法

1.1  材料

扁形绿茶采自浙江省，采样地点信息见表1，干茶样品粉碎后置于自封袋中，并在4 ℃下保藏。21个氨基酸混合标样;茶氨酸标样均购自国家标准物质中心。

1.2  设备与仪器

EL204型电子天平，杭州汇尔仪器设备有限公司;DZKW-4型电热恒温水浴锅，北京中兴伟业仪器有限公司;日立L-8900型全自动氨基酸分析仪，株式会社日立制作所。

1.3  方法

1.3.1  样品前处理  称取茶叶样品0.05 g于10 mL带盖离心管中，以20～30个样品为一批，加入10 mL沸水，迅速置于已经沸腾的水浴锅中，保持温度水浴30 min后，定容至10 mL，3 000 r/min离心10 min，取上清液过0.22 μm水性滤膜，收集滤液，待测。

1.3.2  数据处理  在得到的HPLC色谱图中，首先剔除峰面积小于1万的色谱峰，然后采用外标法计算22种氨基酸的含量。外标法公式为：P=×100%，P为样品内含物的含量（%），C1为样品内含物的浓度，S0和S1分别为标样和样品的峰面积，V为样品定容体积，M0为样品称样量。

得到的扁形绿茶230个样品中氨基酸含量数据采用z-score标准化进行处理。PCA采用SIMCA-P 11.5软件分析，逐步判别分析采用SPSS 22.0软件进行。

2  结果与分析

2.1  扁形绿茶氨基酸的基本描述统计

采用SPSS中的K-S法分别分析3类茶叶22个特征化合物的分布。结果表明，Tau和Thr呈正态分布[Asymp.sig.（2-tailed）<0.05]。同时绘制茶叶样品的箱线图（图1），由图1可知，3类茶叶样品中22种氨基酸的含量总体趋势类似，但是在Thr、Glu、Met、Arg及L-Theanine含量上有较大的变化。

2.2  扁形绿茶氨基酸的方差分析

采用SPSS中的独立样本T-Test双尾检测，分析了230份扁形绿茶中22种氨基酸的含量，结果见表2。由表2可知，乌牛早中的Asp、Ser、Glu、Ala、Cys、Ile、Phe、His、Trp以及Arg的含量均显著高于龙井群体和龙井43，但龙井群体和龙井43中氨基酸含量之间没有明显差异。方差分析结果表明，龙井茶（龙井群体和龙井43总和）和乌牛早之间的部分氨基酸含量之间存在一定的差异性，为后续化学计量学分析提供参考。

2.3  扁形绿茶氨基酸的主成分分析（PCA）

以PCA方法对22个氨基酸进行分析，其主成分PVEs图如图2所示，前3个主成分的PVEs为63.2%，超过了总PVEs的2/3。

以前两个主成分绘制PCA得分图，结果（图3）表明，以扁形绿茶中的氨基酸为指标，龙井群体、龙井43和乌牛早茶叶之间的分离效果不理想。3个品种的茶叶之间无明显界限，只能初步区分。从图4得分载荷图可以看出，在第一主成分上，Cys、Ala、Met和Pro的影响较大;在第二主成分上，对区分影响较大的是G-ABA、Lys、Val、Phe和Ser。

2.4  扁形绿茶氨基酸的逐步判别分析

以龙井群体、龙井43和乌牛早茶叶的氨基酸含量为基础，将茶叶氨基酸原始数据进行预处理后，输入SPSS软件中对数据做逐步判别分析。龙井群体赋值为1，龙井43为2，乌牛早为3。图5是根据典型判别函数得分值做出的分类图。从图5中可知，通过茶叶中氨基酸含量做判别分析，能初步区分龙井43与乌牛早，而龙井群体无法有限区分。由于龙井群体是龙井茶最早的品种，天然有性繁殖，而龙井43为从龙井群体中单株选育出来的品种，无性繁殖，因而品种特征明显，所以龙井43能与乌牛早初步区分，但是与龙井群体不易区分。表3是扁形绿茶数据判别分析的结果。逐步判别分析对训练集的64.3%进行了正确的分类，而其内部交叉验证的准确率是63.5%。在训练集当中，龙井群体、龙井43和乌牛早茶叶预测的正确率分别是71.9%、51.9%和69.8%，而交叉验证的正确率分别为71.9%、50.6%和67.9%。由于部分的龙井43和乌牛早茶样品被误判为龙井群体，因此，龙井群体的正确率最高，龙井43最低，乌牛早居中。

3  小结与讨论

本试验采用PCA法分析了3个扁形绿茶品种之间游离氨基酸的特征信息。结果表明，3个扁形绿茶品种之间没有明显的分类界限。采用逐步判别分析对龙井茶和乌牛早样品进行判别，在判别分析中对龙井群体茶叶的预测准确率为71.9%，对乌牛早茶叶的预测准确率为67.9%，由于龙井43茶叶大量被误判为龙井群体茶叶，因此龙井43茶叶的预测只有50.6%的准确率。而在散点图中，龙井群体、龙井43和乌牛早茶叶相互交叉在一起，但龙井43与乌牛早能初步区分。由于龙井43是从龙井群体中选育出来的品种，这两种茶叶在内含物质上有很大的相似。因此，在分类研究中有大量的龙井43被误判为龙井群体导致无法有效区分这两种茶叶。而龙井43与乌牛早能初步区分，说明检测扁形茶游离氨基酸含量对区分扁形茶品种有一定作用。

参考文献：

[1] 陈  椽.茶叶分类的理论与实际[J].茶业通报，1979（Z1）：50-58，96.

[2] 赵  璇，李新生，韩  豪，等.汉中茶叶氨基酸含量测定及营养价值评价分析[J].氨基酸和生物资源，2016，38（1）：17-23.

[3] 黄建安.茶叶氨基酸品质化学研究进展[J].茶叶通讯，987（3）： 41-46.

[4] 蔡  翔，李延升，杨普香.茶氨酸呈味特征及应用前景[J].蠶桑茶叶通讯，2017（6）：31-33.

[5] MA T，HUANG C，MENG X，et al. Fingerprint analysis of Hawk-tea by high-performance liquid chromatography[J].Food Chemistry，2011，129（2）：551-556.

[6] WANG Y X，LI Q，WANG Q，et al. Simultaneous determination of seven bioactive components in Oolong tea Camellia sinensis：Quality control by chemical composition and HPLC fingerprints.[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry，2012，60（1）：256-260.

[7] 王丽鸳，成  浩，贺  巍，等.不同产区龙井茶相似性及线性判别[J].浙江林业科技，2014（2）：18-23.

[8] WANG L，WEI K，CHENG H，et al. Geographical tracing of Xihu Longjing tea using high performance liquid chromatography[J].Food Chemistry，2014，146（1）：98-103.

[9] HE Y，LI X L，DENG X F. Discrimination of varieties of tea using near infrared spectroscopy by principal component analysis and BP model[J].Journal of Food Engineering，2007，79（4）：1238-1242.