基于近红外光谱技术在茶叶方面的研究

如海光电

2023.1.06

作者如海光电

TA的动态

PART 01

研究背景

茶文化在中国源远流长，茶叶种类繁多。按照生产规模的大小顺序排列，分为绿茶、乌龙茶、红茶、黑茶、白茶和黄茶等六大类[1]。茶叶中富含多种营养物质，如蛋白质、氨基酸、茶多酚、茶多糖、咖啡碱、脂多糖、碳水化合物及各种维生素和矿物质元素等，对人体健康十分有益。

茶叶的评价体系较早地使用了近红外光谱分析技术，这一应用从20 世纪 70 年代就开始了。近红外光谱技术是指当红外光谱仪中光源发出的不同波长的红外光照射到被测样品上的时候，样品所吸收的红外光谱是与样品分子振动、转动频率一致的光谱。在产生的光谱中，包含了丰富的物质组成信息，我们通过对光谱波段的特征进行分析，就可以得到相关物质的结构与组分信息[2]。

熊利华采取近红外光谱分析技术，并结合化学计量学方法，开展了茶叶中粗纤维、水分和灰分含量的定量分析研究。对建立的近红外光谱定量分析模型进行外部验证，不存在显著性差异，一致性较好[3]。

PART 02

不同状态的茶叶近红外反射光谱测试

2.1

实验样品

客户寄样：①干茶；②鲜叶。

按要求将干茶泡水；鲜叶晾晒两天。

图1：茶叶样品图

2.2

实验过程

1.将Y型反射光纤分别连接光谱仪NIRPro与钨灯，将探头端固定在反射支架上；USB数据线连接光谱仪与计算机；打开光谱仪与钨灯的电源；

2.关闭钨灯光源，采集光谱仪NIRPro暗噪声，保存暗背景；打开光源，采集标准白板的反射光谱，保存明光谱；

3.将样品放置在反射探头下方，尽量使反射探头和样品之间的距离与保存明光谱时白板的距离保持一致。

图2：设备搭建与采集过程

2.3

实验结果

图3：干茶近红外反射光谱

干茶的近红外漫反射光谱如图3所示。从图中可以看出，干茶在1200nm、1450nm附近有明显的波谷出现，其中1450nm附近的波谷推测是水分子的吸收导致的，可以通过该波谷的强度变化来比较不同状态下茶叶的含水量。

图4：鲜叶近红外反射光谱

鲜叶的近红外漫反射光谱如图4所示。从图中可以看出，鲜叶在1200nm与1450nm附近也出现了明显的波谷，且1450nm处的波谷更为明显。

图5：干茶经浸泡后的近红外反射光谱

干茶经浸泡后的近红外反射光谱如图5所示。从图中可以看出，经浸泡后的干茶在800nm、1200nm以及1450nm附近出现了波谷，且与浸泡前相比波谷更为明显，说明水分子的增加加大了对近红外的吸收。

图6：鲜叶经晾晒后的近红外反射光谱

干茶经浸泡后的近红外反射光谱如图6所示。从图中可以看出，晾晒后的茶叶在1200nm及1450nm附近也出现了较为明显的波谷，其中，1400nm处的波谷与晾晒前的鲜叶相比强度有所降低，说明水分子减少，减小了对近红外的吸收。

图7：四种状态茶叶的近红外反射光谱

四个状态下的茶叶的近红外反射光谱对比如图7所示。从图中可以看出，在1450nm附近的强度值由大到小依次为：浸泡后>鲜叶>晾晒后>干茶，因此判断含水量由大到小依次为：浸泡后>鲜叶>晾晒后>干茶。

2.4

实验结论

1. 实验分别采集到了干茶、鲜叶、浸泡后的干茶以及晾晒后的茶叶四种样品的近红外反射光谱，在1450nm处都采集到了不同强度的吸收；

2. 经对比发现，由比较1450nm处波谷的强度值判断含水量由大到小依次为：浸泡后>鲜叶>晾晒后>干茶

参考文献

[1]王梦东,王胜鹏.适用于3类茶的定性分类及主要内含成分定量分析的近红外预测模型的建立[J].华中农业大学学报, 2015, 34(01):123-127.

[2]Kasemsumran,S.;Thanapase,W.;Kiatsoonthon,A.Feasibility of near-infrared spectroscopy to detect and to quantify adulterants in cow milk[J]. Analytical Sciences 2007, 23(7):907-910．

[3]熊利华. 近红外光谱法快速检测茶叶中粗纤维、水分和灰分的研究[D].东华理工大学,2018.

PART 03

仪器推荐

3.1

产品简介

NIRPro是一款传统CT光路设计和线阵列InGaAs检测器的近红外光纤光谱仪。NIRPro具备良好的温度稳定性，在5~35℃温度范围内波长偏移不超过2个像素。采用N.A0.11高通量光路以及可配置的不同刻线光栅，相比于同类型产品，该产品具备更好的灵敏度和一致性。