CN115308196A

CN115308196A - 一种红茶发酵过程中酚类物质的检测方法

Info

Publication number: CN115308196A
Application number: CN202210942070.3A
Authority: CN
Inventors: 王玉洁; 贾慧艳; 邓威威; 宁井铭; 袁文旋
Original assignee: Anhui Agricultural University AHAU
Current assignee: Anhui Agricultural University AHAU
Priority date: 2022-08-05
Filing date: 2022-08-05
Publication date: 2022-11-08
Anticipated expiration: 2042-08-05
Also published as: CN115308196B

Abstract

本发明提供了一种红茶发酵过程中酚类物质的检测方法，包括第一步：构建2*3IDA传感器阵列；第二步：制备红茶发酵茶样；第三步：获取传感图像信息并基于所述传感图像信息建立酚类物质指标含量检测模型；第四步：依据所述检测模型检测所述茶样中总多酚、总儿茶素、EGCG的含量。根据本发明的红茶发酵过程中酚类物质的检测方法能够实现在红茶加工中的原位进行酚类物质即三种含量总多酚、总儿茶素、EGCG含量的同时检测，设备简单、操作时间短、成本低。

Description

一种红茶发酵过程中酚类物质的检测方法

技术领域

本发明属于食品加工技术领域，具体地，本发明涉及一种红茶发酵过程中酚类物质的检测方法。

背景技术

以下对相关背景技术进行说明，但是，应该理解这些说明并不一定构成本发明的现有技术。

红茶是我国第二大畅销茶类，是出口量最多的茶类。红茶的加工工艺为鲜叶经过萎凋、揉捻、发酵、干燥精制成茶。其中，红茶发酵的实质是以儿茶素为主体的多酚类化合物发生酶促氧化反应的化学变化过程。儿茶素在多酚氧化酶的作用下，生成茶黄素、茶红素等，形成红茶特征的香气和滋味。由此红茶发酵不足与过度均影响红茶中儿茶素、茶黄素、茶红素等内含成分的含量，进而影响红茶成品茶的风味，影响红茶质量。发酵不足时，多酚类化合物氧化不充分，导致内含物质不丰富，造成红茶香低、味淡、色暗。而发酵过度时，会导致茶多酚的转化率过高，积累大量的茶红素、茶褐素，也影响红茶的品质。因此红茶中多酚类物质的含量可以作为红茶发酵进程的一个化学指标。由此可见，酚类物质的快速检测对指导红茶加工具有重要意义。

现有技术中，人们会使用一些仪器设备，例如紫外分光光度计、HPLC仪器及离心机等来检测红茶发酵过程中的EGCG(没食子儿茶素没食子酸酯)、总儿茶素、总多酚类物质含量。然而，这些方式存在设备繁重、检测不方便、耗时长、要求环境实验条件，成本高、无法实现原位检测等一系列问题和缺陷，难以在红茶加工的实验生产中推广应用。此外，由于红茶中的酚类物质主要包括总多酚、总儿茶素、EGCG，现有技术有针对其中一种的快速检测方式，但尚未有同时快速检测出这三种物质的技术。

为解决上述问题，本申请的发明人团队研发出一种红茶发酵过程中酚类物质的检测方法，其能够克服现有技术中的上述缺陷。

发明内容

本发明提出的红茶发酵过程中酚类物质的检测方法，无需使用昂贵的设备，能快速检测红茶发酵过程中的酚类物质，成本低，效率高。

本发明提供了一种红茶发酵过程中酚类物质的检测方法，包括第一步：构建2*3IDA传感器阵列；第二步：制备红茶发酵茶样；第三步：获取传感图像信息并基于所述传感图像信息建立酚类物质指标含量检测模型；第四步：依据所述检测模型检测所述茶样中总多酚、总儿茶素、EGCG的含量。

优选地，所述2*3IDA传感器阵列包括两种指示剂，分别是：邻苯二酚紫和茜素红。

优选地，所述2*3IDA传感器阵列包括三种受体，分别是苯硼酸、3-氨基苯基硼酸和3-硝基苯硼酸。

优选地，所述2*3IDA传感器阵列包括6个孔，每个孔中包含有60μL的PH值为9的10mM的4-羟乙基哌口秦乙磺酸水溶液、20μL的1mM的一种指示剂水溶液以及20μL的4mM的一种受体水溶液。

优选地，所述获取传感图像信息包括：获取2*3IDA传感器阵列在放入所述红茶发酵茶样前的图像和放入所述红茶发酵茶样前后的图像。

优选地，所述检测模型为稳定竞争性自适应重加权抽样-非线性支持向量机回归模型。

优选地，所述传感图像信息利用所述2*3IDA传感器阵列对红茶发酵茶样的茶汤中的总多酚、总儿茶素、EGCG含量进行检测前后获得的差值图像信息。

优选地，所述红茶发酵茶样制备包括：将茶水比设定为1g∶10mL，用70℃水冲泡5min，冷却至室温，吸取1mL茶汤，以0.22μm的水相滤膜过滤4次，制备得到红茶发酵茶样。

根据本发明的红茶发酵过程中酚类物质的检测方法能够实现在红茶加工中的原位进行酚类物质即三种含量总多酚、总儿茶素、EGCG含量的同时检测，设备简单、操作时间短、成本低。

附图说明

图1为根据本发明的一种2*3IDA传感器阵列的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。需要说明的是，下面参照附图对本发明的示例性实施方式进行详细描述。对示例性实施方式的描述仅仅是出于示范目的，而绝不是对本发明及其应用或用法的限制。

图1为根据本发明的一种2*3IDA传感器阵列的示意图。

实施例1构建2*3IDA传感器阵列

如前所述，现有技术中已有使用比色传感器来监测红茶发酵程度，其原理为检测红茶发酵过程中挥发性物质。由于红茶发酵过程样品中挥发物含量低且挥发物捕获较为复杂，实际应用中存在缺陷。

还有的建立指示剂置换比色传感器阵列来对绿茶和乌龙茶的茶类进行判别，但由于红茶茶汤中色素的影响，这些指示剂置换比色传感阵列无法在红茶加工工艺中应用。

但是实际上，红茶发酵工艺中主要是非挥发性的多酚类物质在酶促氧化下生成茶黄素等物质。随着发酵程度从不足、适度、过度，多酚类物质含量也呈现下降趋势，其中以儿茶素类为主要变化物质。酚类物质具有邻苯二酚结构物质，构建能够与茶叶中的具有邻苯二酚结构物质反应的传感器阵列。基于此，根据酚类分析物具有邻苯二酚结构，选择能与其反应的受体：苯硼酸(PA)、3-氨基苯基硼酸(APA)、3-硝基苯硼酸(NPA)。根据所述三个受体选择同样具有邻苯二酚结构的指示剂：邻苯二酚紫(PV)、茜素红(ARS)、溴邻苯三酚红(BR)。随后，进一步优化指示剂的选择，即进行预实验。在预实验中发现，BR指示剂与PA、APA、NPA三个受体在该实验条件下未产生颜色变化，而PV、ARS指示剂均与PA、APA、NPA三个受体反应，产生颜色变化，因此选择邻苯二酚紫(PV)、茜素红(ARS)作为优化后的两种指示剂。接着，以4-羟乙基哌口秦乙磺酸(HEPES)水溶液作为缓冲溶液，即配制10mM HEPES水溶液，使用NaOH水溶液与HCl水溶液调节10mM HEPES水溶液的PH值至9。对优化后的两个指示剂分别用蒸馏水配制水溶液浓度均为1mM的指示剂水溶液，对三个受体PA、APA、NPA分别用蒸馏水配制水溶液浓度均为4mM的受体水溶液。接着，优化指示剂与受体加入量，即，在酶标板中，单个孔加入60μL PH值为9的10mM HEPES水溶液、20μL的配制的指示剂水溶液、20μL的配制的受体水溶液，即，6个孔中的每一个中加入前述60μL的HEPES水溶液、相应的20μL的指示剂水溶液以及相应的20μL的受体水溶液，每个孔中总计有100uL的混合水溶液。由此构建出2*3IDA传感器阵列(2*3指示剂置换比色传感器阵列)，如图1中所示出的。所谓2*3IDA传感器阵列是指由两个(2个)个指示剂，如邻苯二酚紫(PV)和茜素红(ARS)，三个(3个)受体，如苯硼酸(PA)、3-氨基苯基硼酸(APA)和3-硝基苯硼酸(NPA)，2乘以3等于6，这6个点构成一个传感器阵列。

实施例2红茶发酵过程茶样制备

首先采摘茶树鲜叶，品种例如可以是农抗早，之后经室内萎凋，揉捻机揉捻，取揉捻结束后的茶叶样品为发酵0小时样品，后开始发酵，每隔30分钟取一次发酵样，即0h、0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h、3h、3.5h，共计8个红茶发酵过程样品。称为样品1、样品2、样品3、样品4、样品5、样品6、样品7和样品8。

红茶发酵过程茶样实验样品制备：每个样品各称取1g鲜样，加入10mL温度为70℃的蒸馏水，冲泡5min，获得茶汤。在本发明中，制备茶样采用的是：茶水比为1g∶10mL，用70℃水冲泡。目的是为了使茶汤中有更多的多酚类物质。但不能使色素过多影响检测。由于选择用上述的茶水比、冲泡温度和时间。将茶汤用纱布过滤出来，冷却至室温。后吸取1mL茶汤，用0.22μm的水相滤膜过滤4次，制备得到茶汤样品。0.22μm的水相滤膜由于天津市领航实验设备股份有限公司生产。使用该过滤膜能消除一部分茶汤色泽影响，这是因为该水相滤膜能过滤掉一些呈色的大分子物质，所以经过4次过滤后，茶汤颜色变浅，消除了茶汤色泽的影响。

实施例3获取传感图像信息

首先，利用具有CMOS传感器的相机，例如，光圈值f/1.6，曝光时间1/8000，ISO速度ISO-2500，对前述构建好的2*3IDA传感器阵列拍摄图像，其作为反应前图像。然后在已构建的2*3IDA传感器阵列的6个孔的每一个孔中分别加入100μL待检测的茶汤样品，反应5min，以相同参数的相机拍摄图像，其作为反应后图像。前述制备的8个样品中的每一个样品做19个生物学平行。提取反应前后图像中RGB、HSV、LAB数值，并分别计算反应前后差值。RGB代表红绿蓝三种颜色，HSV分别代表色调、饱和度和明度、LAB中L表示为亮度、AB是两个颜色通道，A包括的颜色是从深绿色，也就是低亮度值，到灰色，即，中亮度值，再到亮粉红色，即，高亮度值。B是从亮蓝色，也就是低亮度值，到灰色，即，中亮度值，再到黄色，即，高亮度值。

实施例4根据国标检测茶样中总多酚、总儿茶素、EGCG含量

根据国家标准茶叶中茶多酚和儿茶素类含量的检测方法(GB/T 8313-2008)对前面制备的8个茶样进行检测。即，对红茶发酵过程的茶样中总多酚、总儿茶素、EGCG含量进行检测。结果如表1所示：

表1国标检测8个茶样的总多酚、总儿茶素、EGCG含量

样品	总多酚(mg/g)	总儿茶素(mg/g)	EGCG(mg/g)
				0h	163.86±9.37	40.29±1.12	16.38±0.50
0.5h	155.57±13.10	27.78±0.90	8.58±0.51
				1h	148.38±14.82	22.37±0.80	6.28±0.52
1.5h	138.29±11.66	21.19±1.28	6.43±0.43
				2h	135.40±8.13	20.34±0.76	6.21±0.17
2.5h	135.04±10.70	19.02±0.61	5.33±0.28
				3h	128.33±6.07	13.18±0.47	2.51±0.23
3.5h	117.38±3.49	12.61±0.45	2.04±0.14

实施例5基于图像信息建立酚类物质指标含量检测模型

分别将上述获得的图像信息，即，每个红茶发酵样品在2*3IDA传感器阵列中反应前与反应后的RGB、HSV、LAB差值，与表1中测得的酚类指标，即总多酚、总儿茶素、EGCG含量分别作为自变量X和因变量Y矩阵。将获得的152个，即，8个红茶发酵过程样品，每个样品有19个生物学平行，8*19＝152，发酵样品分均为三个样本集1(51个样本)，2(51个样本)，3(50个样本)，建立校正集(101个)和预测集(51个)，校正集用于建立模型，预测集用于验证模型精度。即D1为：样本集1，2为校正集(102个)，3为预测集(50个)；D2为：样本集1，3为校正集(101个)，2为预测集(51个)；D3为：样本集2，3为校正集(101个)，样本集1(51个)为预测集(51个)，引入稳定竞争性自适应重加权抽样SCARS，从9个颜色变量中选择各指标相关性高的特征变量，并引入线性的偏最小二乘回归(PLS)和非线性支持向量机回归(SVR)算法，建立对应酚类指标的预测模型。在PLS中，将最大潜在变量数定为15，采用5折交叉验证获得最优的潜在变量数(模型参数)。在SVM中，将径向基函数RBF作为核函数，采用5折交叉验证和网格搜索法获得最优的模型参数。以预测集样本的预测相关系数R、均方根误差RMSEP和预测残差标准差RPD作为模型精度的评价指标，R和RPD值越大，RMSEP值越小，则模型精度越高。经过建模，获得总多酚、总儿茶素、EGCG的最优预测模型分别为SCARS-SVR，SCARS-SVR和SCARS-SVR(稳定竞争性自适应重加权抽样-非线性支持向量机回归)。也就是，SCARS-SVR(稳定竞争性自适应重加权抽样-非线性支持向量机回归)模型能预测总多酚、总儿茶素、EGCG。其中总多酚模型预测结果为Rp＝0.82，RMSEP＝8.69mg/g，RPD＝1.69；总儿茶素预测模型结果为Rp＝0.88，RMSEP＝4.01mg/g，RPD＝2.04；EGCG预测模型结果为Rp＝0.87，RMSEP＝1.53mg/g，RPD＝2.03。当RPD＞1.5时认为所建的模型能够实现准确定量。因此，基于图像信息建立的能够实现总多酚、总儿茶素、EGCG三种物质的准确检测。

下述表1为2*3IDA传感器阵列数据结合PLS和SVR进酚类物质含量预测的模型校正。

表1. 2*3IDA传感器阵列数据结合PLS和SVR进行酚类物质含量预测的模型校正

下述表2为2*3IDA传感器阵列数据结合PLS和SVR进行酚类物质含量模型的预测。

表2. 2*3IDA传感器阵列数据结合PLs-DA和svM进行酚类物质含量模型的预测

上述表1和2证明SCARS-SVR的准确度远高于SCARS-SVR模型。

相比于现有技术，本发明构建出了图像信息与测定得到的三个酚类指标，即，总多酚、总儿茶素、EGCG，的模型，由此能够精确判定出红茶加工过程中茶样内酚类物质的含量，即，总多酚、总儿茶素、EGCG的含量，从而能够实现对红茶发酵程度的判定。

作为示例，在实际的红茶加工过程中，可直接取样，在原位加工地点，制备茶汤5min后，加入2*3IDA传感器阵列中反应5min，手机拍照后，提取图像信息RGB、HSV、LAB值，代入基于图像信息建立的酚类物质指标含量检测模型，即可获知红茶发酵样品中酚类物质的含量。

下述表3至表8为前面制备的8个样品在SCARS-SVR模型中酚类物质含量的检测结果。

表3.为2＊3IDA传感器阵列中的一个点，即PV为指示剂，PA为受体的结果

表4.为2＊3IDA传感器阵列中的一个点，即ARS为指示剂，PA为受体的结果

表5.为2＊3IDA传感器阵列中的一个点，即PV为指示剂，APA为受体的结果

表6.为2＊3IDA传感器阵列中的一个点，即ARS为指示剂，APA为受体的结果

表7.为2＊3IDA传感器阵列中的一个点，即PV为指示剂，NPA为受体的结果

表8.为2＊3IDA传感器阵列中的一个点，即ARS为指示剂，NPA为受体的结果

注：上述表1至表6中的|ΔR|、|ΔG|、|ΔB|、|ΔH|、|ΔS|、|ΔV|、|ΔL|、|ΔA|、|ΔB|值为2＊3IDA传感器阵列反应前后图像R、G、B、H、S、v、L、A、B差值的绝对值

本发明相比于现有技术至少具有下述有益效果：

1)相比于现有技术，由于构建并采用了2*3IDA传感器阵列，本发明不需取样带回有实验条件的地方进行酚类物质测定，可在实际加工场地取样检测，即，原位检测发酵过程中红茶中的总多酚、总儿茶素、EGCG物质的含量；方便，快捷。

2)相比于现有技术，本发明能够同时检测茶样中的总多酚、总儿茶素、EGCG含量，弥补了现有技术的不足。

3)现有技术需要用到多种仪器设备，如紫外分光光度计、HPLC仪器、离心机等，而本发明中不需要其他仪器设备，只需要简单的拍照设备，例如，手机即可完成。

4)相比于现有技术，本发明能大幅降低检测时间，同时降低成本，提高作业效率及经济效益。

表8.本发明与现有技术中检测红茶发酵中酚类物质的对比

根据本发明的红茶发酵过程中酚类物质的检测方法能够快速、方便的同时检测红茶发酵过程中非常重要的三种酚类物质，即，总多酚、总儿茶素、EGCG的含量。设备简单、成本低、易操作、而且时间快，特别适合用于在进行红茶加工过程中的原位检测，并且精度高。

虽然参照示例性实施方式对本发明的装置进行了详细的描述，但是应当理解，本发明并不局限于文中详细描述和图中示出的具体实施方式，在不偏离权利要求书所限定的范围的情况下，本领域技术人员可以对所述示例性实施方式做出各种改型，所述改型均应落入本发明请求保护的范围。

Claims

1.一种红茶发酵过程中酚类物质的检测方法，其特征在于，包括

第一步：构建2*3IDA传感器阵列；

第二步：制备红茶发酵茶样；

第三步：获取传感图像信息并基于所述传感图像信息建立酚类物质指标含量检测模型；

第四步：依据所述检测模型检测所述茶样中总多酚、总儿茶素、EGCG的含量。

2.根据权利要求1所述的红茶发酵过程中酚类物质的检测方法，其特征在于，所述2*3IDA传感器阵列包括两种指示剂，分别是：邻苯二酚紫和茜素红。

3.根据权利要求1或2所述的红茶发酵过程中酚类物质的检测方法，其特征在于，所述2*3IDA传感器阵列包括三种受体，分别是苯硼酸、3-氨基苯基硼酸和3-硝基苯硼酸。

4.根据权利要求3所述的红茶发酵过程中酚类物质的检测方法，其特征在于，所述2*3IDA传感器阵列包括6个孔，每个孔中包含有60μL的PH值为9的10mM的4-羟乙基哌口秦乙磺酸水溶液、20μL的1mM的一种指示剂水溶液以及20μL的4mM的一种受体水溶液。

5.根据权利要求4所述的红茶发酵过程中酚类物质的检测方法，其特征在于，所述获取传感图像信息包括：获取2*3IDA传感器阵列在放入所述红茶发酵茶样前的图像和放入所述红茶发酵茶样前后的图像。

6.根据权利要求5所述的红茶发酵过程中酚类物质的检测方法，其特征在于，所述检测模型为稳定竞争性自适应重加权抽样-非线性支持向量机回归模型。

7.根据权利要求5所述的红茶发酵过程中酚类物质的检测方法，其特征在于，所述传感图像信息利用所述2*3IDA传感器阵列对红茶发酵茶样的茶汤中的总多酚、总儿茶素、EGCG含量进行检测前后获得的差值图像信息。

8.根据权利要求1所述的红茶发酵过程中酚类物质的检测方法，其特征在于，所述红茶发酵茶样制备包括：将茶水比设定为1g∶10mL，用70℃水冲泡5min，冷却至室温，吸取1mL茶汤，以0.22μm的水相滤膜过滤4次，制备得到红茶发酵茶样。