一种茶叶种类鉴别和21种特征成分含量测定的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于分析化学领域，具体涉及一种茶叶种类鉴别和21种特征成分含量测 定的方法。
【背景技术】
[0002] 自"神农尝百草，得'茶'而解之"时，茶叶已经被认为具有药用价值。近年来国内 外的大量研宄也表明茶叶具有抗癌、抗衰老、防治心脑血管疾病、提高人体免疫力乃至抗艾 滋病等多种奇特功效。这些奇特功效是茶叶中各种有效成分综合作用的结果。茶叶主要功 能性成分包括多酚、生物碱、茶氨酸、黄酮醇、酚酸等。茶叶的分类与其成分含量关系密切， 因此可通过对茶叶特征成分含量的检测来进行茶叶品种和品质分类。而中国是产茶大国， 中国茶树品种资源丰富，不同茶叶产地种植了多种茶树品种。茶树品种不同，茶叶的滋味肯 定不同；而同一品种的茶叶，其滋味也受产地环境的影响而不同。在国内外，茶叶种类分类 和品质鉴定大多数是通过人的感官审评来评定的。但人的感觉器官的灵敏度易受外界因素 的干扰，从而影响评定的准确性；而且感官审评方法要求评茶人员具有丰富的实践经验，一 般的人员很难满足上述的要求，不可避免地会产生一些人为误差。因此，长期以来，茶叶科 研工作者都致力于茶叶种类品质的量化识别研宄，期望采用科学的仪器测定茶叶，用科学 计量上的品质指标来评价茶叶品质。
[0003] 数量分类是将数学的方法和计算机技术引入植物分类学研宄中。主成分分析是利 用降维的思想，将原来的指标重新组合成一组彼此无关、信息互不重叠的新的综合指标；同 时根据一定原则和实际需要，从中抽取较少的几个综合指标来反映原来指标所携带的较高 比例的信息量。在茶叶种类和品质的量化识别中，近年来机器视觉技术、光谱技术、电子鼻 技术和电子舌技术等新技术的发展，为茶叶种类和品质量化识别提供了广阔的前景。通过 主成分分析，以可见-近红外光谱、氨基酸、同位素、矿质元素、气味、汤色等为指标进行茶 品种和品质分类。主成分分析和聚类分析多是应用在茶叶香气成分、矿质元素和蛋白质指 标上，也有少量应用单独应用于个别少量的茶多酚、纤维素等指标上。章剑扬等采用主成 分分析和聚类分析方法可以找到表达不同茶类和产地的主要金属元素，且可以进行模拟量 化，还可能找出不同茶类品质变化的趋势。李志伟运用主成分分析的方法，对茶叶样本的特 征性指标（钾、钙、磷、蛋白质）进行分类分析。郭丽等采用顶空固相微萃取-气质联用法 (HS-SPME-GC-MS)测定12个白茶样的香气成分，利用主成分分析法构建白茶的香气质量评 价模型，模型具有客观性和可操作性，可替代感官审评法对白茶香气品质进行评价。申金明 对不同地区的绿茶和红茶所含纤维素、半纤维素、木质素、多酚、咖啡碱、氨基酸等6个化学 参数作为分类依据，运用模糊K均值聚类分析方法对其进行分类。陈椽根据茶叶制法和品 质的不同，参照习惯上的分类，按照黄烷醇含量的次序，将茶分为绿茶、黄茶、黑茶、白茶、青 茶、红茶六大类，符合茶叶内在变化由简到繁、由少到多的逐步发展的规律，加强了分类的 系统性和科学性。康海宁等通过高效液相色谱/二极管阵测器（HPLC/DAD)同时测定茶叶 中5种儿茶素和咖啡碱，采用聚类分析，并以这6种活性成分为指标对红茶、黑茶、绿茶、乌 龙茶等茶叶进行分类。未见将21个特征成分其中包含茶多酚、茶氨酸、生物碱、酚酸和黄烷 醇5大类功能成分为指标的分类研宄方法。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种茶叶种类鉴别和21种特征成分含量测定的方法，能 够实现不同茶种类特别是铁观音和白茶的有效区分，为茶叶分类提供一个客观、可靠的方 法。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案： 一种茶叶种类鉴别和21种特征成分含量测定的方法，选取茶叶标准样，测定标准样中 21种特征成分的含量为指标建立样本矩阵，应用主成分分析法和聚类分析法，选取主成分 中权重最大的化学成分为区分因子，以区分因子作为自变量，计算同一类茶叶标准样之间 的平方欧氏距离，获得标准样的平方欧氏距离范围，再测定待测样的区分因子的特征成分 含量，分别计算其与茶叶标准样的平方欧氏距离范围，判定待测样的种类。
[0006] 所述的21种特征成分为茶氨酸、没食子酸、没食子酸儿茶素（GC)、咖啡碱、茶叶 碱、表没食子儿茶素（EGC)、儿茶素（C)、绿原酸、可可碱、咖啡酸、对香豆酸、表儿茶素（EC)、 表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG)、没食子儿茶素没食子酸酯（GCG)、表儿茶素没食子酸 酯（ECG)、芦丁、阿魏酸、芥子酸、杨梅素、槲皮素、山奈酚。
[0007] 所述的高效液相色谱-二级管阵列检测器法的条件为：采用C18色谱柱，柱温为 30~50°C，以乙腈和0. 1-lwt. %甲酸溶液的混合液为流动相梯度洗脱，流动相流速为0. 8mL/ min ;检测波长为：茶氨酸203nm、其它成分为280nm，检测时间为70min，进样量为5-20 μ L。
[0008] 所述的茶产品的前处理为：将1.0 OOOg茶叶、浓缩茶或茶树叶片干样样品均匀粉 碎，或于液氮中冷冻60s后取出、迅速捣碎，采用50wt. %乙醇溶液进行超声提取20min，加水 定容至50mL，5000rpm/min离心，上清液经0. 22 μ m有机滤膜过滤，备用。
[0009] 本发明的显著优点在于： 1)可以同时对多酚、生物碱、茶氨酸、黄酮醇、酚酸进行测定，提高茶产品中各种有效成 分的分离度，较全面地反映茶叶的化学成分和品质特性，有利于茶叶质量控制，通过谱图建 立茶叶指纹图谱，为原产地域和地理标志名茶的保护提供技术支持。
[0010] 2)不需要对样品做特殊处理，就能将茶产品中酚酸、儿茶素、黄烷酮、生物碱、茶氨 酸等五种不同类别的21种特征成分很好地分离，节省了检测时间和成本。
【附图说明】
[0011] 图1是52个茶样散点分布图。
[0012] 图2是不同茶叶间树状图。
【具体实施方式】
[0013] 一种茶叶种类鉴别和21种特征成分含量测定的方法，选取茶叶标准样，测定标准 样中21种特征成分的含量为指标建立样本矩阵，应用主成分分析法和聚类分析法，选取主 成分中权重最大的化学成分为区分因子，以区分因子作为自变量，计算同一类茶叶标准样 之间的平方欧氏距离，获得标准样的平方欧氏距离范围，再测定待测样的区分因子的特征 成分含量，分别计算其与茶叶标准样的平方欧氏距离范围，判定待测样的种类。
[0014] 所述的21种特征成分为茶氨酸、没食子酸、没食子酸儿茶素（GC)、咖啡碱、茶叶 碱、表没食子儿茶素（EGC)、儿茶素（C)、绿原酸、可可碱、咖啡酸、对香豆酸、表儿茶素（EC)、 表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG)、没食子儿茶素没食子酸酯（GCG)、表儿茶素没食子酸 酯（ECG)、芦丁、阿魏酸、芥子酸、杨梅素、槲皮素、山奈酚。标准样品用50wt.%乙醇配制成 lmg/mL的标准液，用逐级稀释法配成不同浓度的混合标样，-20°C保存备用。
[0015] 所述的高效液相色谱-二级管阵列检测器法的条件为：采用C18色谱柱，柱温为 30~50°C，以乙腈和0. 1-lwt. %甲酸溶液的混合液为流动相梯度洗脱(见表1)，流动相流速 为0. 8mL/min ;检测波长为：茶氨酸203nm、其它成分为280nm，检测时间为70min，进样量为 5_20 u L0
[0016] 所述的茶产品的前处理为：将1.0 OOOg茶叶、浓缩茶或茶树叶片干样样品均匀粉 碎，或于液氮中冷冻60s后取出、迅速捣碎，采用50wt. %乙醇溶液进行超声提取20min，加水 定容至50mL，5000rpm/min离心，上清液经0. 22 μ m有机滤膜过滤，备用。
[0017] 表1梯度洗脱程序： 主成分分析
对照（1)的21项特征成分含量进行主成分分析，以各化学成分标准品为变量，按照下 列（1)按照下列计算各主成分与变量的相关系数，获得相关系数矩阵；再以相关系数矩阵 为基础，将主成分按照方差贡献率大小降维排列，取累积方差贡献率达到80%以上的前N个 主分；计算各化学成分占该N个主成分的权重，分别选取权重最大的化学成分为各主成分 中代表主成分作为区分因子。选择新得到的变量尽可能地表征原变量数据结构特征而不丢 失?目息。
[0018] 根据奇异值分解（SVD)，对量测矩阵Y进行分解 Y = USVt (1) t表示转置，USV分别表示为得分矩阵、特征值矩阵和载荷矩阵，以此作为茶叶含量判 定的依据。
[0019] 聚类分析 平方欧式距离的测定方法为采用SPSS的Analyze模块下层次聚类分析中的组间联结 法，以区分因子作为自变量，计算同一产地的标准样之间的平方欧式距离。
[0020] 以样品的21个特征成分指标含