普洱茶干燥过程的衰减全反射红外光谱研究

（云南师范大学物理与电子信息学院，云南 昆明 650500）

目前，对普洱茶叶研究主要集中在品种鉴定及成分含量的研究，根据色泽、气味等的传统茶叶鉴定方法，具有较强的主观性，要求鉴别者有着丰富的经验；近年来，随着科技的不断发展，红外光谱技术已大量用于茶叶检测[1]，近红外光谱（NIR）技术已用于茶叶品质的检验研究，近红外光谱是依据有机物中的含氢官能团在近红外光谱区域上的特定吸收峰形成特征光谱[2]；傅里叶变换红外光谱（FTIR）具有指纹特征性，可以反映官能团的振动模式，且可以对样品进行定性、定量分析，是一种具有直接、快速、无损、简便等特点的光谱鉴别方法[3]。衰减全反射傅里叶变换红外光谱（ATRFTIR）能够记录蛋白质、脂肪和碳水化合物的变化，本文利用衰减全反射傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）结合系统聚类分析（HCA）研究普洱茶叶干燥过程，有望为简单有效地鉴别普洱茶叶干燥过程的光谱方法提供参考。

1 实验部分

1.1 仪器参数与试剂

实验采用DHG-9145A型电热恒温鼓风干燥箱，高精度毫克电子秤；红外光谱实验选用的红外光谱仪为傅里叶变换红外光谱仪，配备DTGS探测器。

1.2 样品制备与检测

样品采集普洱市的新鲜茶叶样本为研究对象，鼓风干燥箱温度设定为40℃、80℃两种温度对普洱茶进行干燥处理。实验过程保持实验室干燥，减少水分对实验结果影响。

2 结果与讨论

2.1 普洱茶的衰减全反射红外光谱特征分析

图1的a-c分别表示普洱茶叶、芽、茎不同部位的平均红外光谱图，叶、芽、茎三者的原始红外光谱整体相似，典型的特征吸收峰归属如下：在3500～3200cm-1附近强而宽的峰归属为-OH的伸缩振动吸收峰；2918和2848cm-1附近的弱吸收峰归属为-CH2的反对称和对称伸缩振动[4]；1639cm-1附近的峰为酰胺I带的N-H振动或羧基的C=O不对称振动；1544cm-1附近为酰胺II的N-H弯曲振动和C=N的伸缩振动吸收峰[5]；1500～1200cm-1是蛋白质和多糖的混合振动吸收区，在1456cm-1附近的吸收峰为细胞壁多糖的C-H振动[6]；在1342cm-1附近的吸收峰为C-H的伸缩振动。在1200～950cm-1范围内的峰为多糖的特征吸收区，在1235cm-1附近的吸收峰为酰胺III带的C=N和N-H伸缩振动；1146cm-1附近为糖类物质的C-O-C反对称伸缩振动吸收峰；在1038cm-1附近的吸收峰为C-OH的伸缩振动；在972cm-1附近的弱吸收峰为淀粉的N-H振动；950cm-1以下是指纹特征峰。

图1 普洱茶不同部位的衰减全反射傅里叶变换红外光谱图

2.2 普洱茶叶不同干燥时间的红外光谱研究

把普洱茶置于干燥箱温度分别为40℃、80℃温度下进行干燥，发现温度越高，干燥速率越快，对不同干燥时间的红外光谱进行分析，得出普洱茶叶不同干燥时间过程的红外光谱存在明显差异，具体如下：随着干燥时间的延长至完全干燥，在3900～3700cm-1范围内及在2918和2846cm-1附近的亚甲基吸收峰逐渐出现，强度逐渐增强；在1740cm-1附近的脂肪特征吸收峰强度也逐渐增强；在2320cm-1附近也有弱吸收峰逐渐出现，说明随着干燥时间的延长，普洱茶叶水分逐渐蒸发，有CO2出现。同时在15804～970cm-1范围内，不同干燥时间的吸收峰的形状及强度存在明显差异，如在1235及1455cm-1附近峰强度随着干燥时间的延长至完全干燥时逐渐减弱；在蛋白质特征吸收峰1640和1538cm-1附近的峰强度再开始干燥半小时后减弱，干燥至1.5h逐渐增强，干燥至2h减弱之后随着干燥时间延长强度逐渐增加，完全干燥时强度达到最强；在1146和1038cm-1附近的多糖特征峰强度随着干燥时间延长强度变化也发生此现象，完全干燥时强度达到最强。

图2 40℃条件下普洱茶叶不同干燥时间的衰减全反射傅里叶变换红外光谱图及吸收峰强度的变化曲线

2.3 普洱茶叶干燥过程的系统聚类分析

在40℃条件下对普洱茶进行干燥的过程（图3.1），在距离3左右，干燥0.5h和干燥1h的样品各自聚为一类；在距离4左右，未经过干燥的和干燥0.5h及干燥1.5h的茶叶各自聚为一类；在距离7左右，干燥2h和干燥3.25h的样品各自聚为一类；在距离8左右，干燥3h和3.5h的样品各自聚在一起；在距离10左右，干燥2.5h的样品聚为一类；在距离9左右，未经过干燥的茶叶至干燥1.5h的聚在一起；在距离16左右，干燥2h和25h的茶叶聚在一起；在距离20左右，未经过干燥的茶叶至干燥2.5h的茶叶聚为一类；在距离25左右，所有样品聚为一类。

在80℃条件下对普洱茶进行干燥的过程（图3.2），在距离2左右，干燥30min的样品聚为一类；在距离3左右，干燥60min的样品聚为一类；在距离4左右，干燥45min样品聚为一类；在距离5左右，干燥15分钟的样品聚为一类；在距离6左右，干燥60min样品聚为一类；在距离11左右，未经过干燥的茶叶聚为一类；在距离17左右，干燥45min和75min的茶叶各自聚为一类；在距离23左右，未经过干燥至干燥60min的聚在一起；在距离25左右，所有样品聚为一类。

图3.1 40℃条件下普洱茶叶不同干燥时间的系统聚类分析

3 结语

本文利用衰减全反射傅里叶变换红外光谱（ATRFTIR）结合系统聚类分析（HCA）研究不同干燥时间普洱茶干燥过程。结果显示，干燥温度越高，茶叶水分蒸发越快，同时质量也会随着时间减少，干燥时间越长，其茶叶的颜色由绿色变为浅绿、浅黄、枯黄、黑色。不同干燥时间及不同干燥温度下的红外光谱吸收峰的形状及强度存在明显差异，推测出在干燥过程中茶叶中蛋白质及多糖相对成分发生变化。利用二阶导数红外光谱的1800-800cm-1范围内的光谱进行系统聚类分析能有效地区分不同干燥时间的普洱茶，聚类准确率都达到100%。结果表明ATR-FTIR结合系统聚类分析可以快速、有效地区分普洱茶的干燥过程。