CN108007878A - 一种便携式茶氨酸检测仪器及检测方法 - Google Patents
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Abstract
一种便携式茶氨酸检测仪器，包括密闭腔和显示模块；密闭腔内部依次为光源、加热装置、冷却装置、反应池、光电检测模块、控制模块、显示模块；所述加热装置、冷却装置、反应池通过管道相连，管道上设有气动阀、气动泵，所述光源中包括产生570nm的可见光光源和产生740nm可见光源的，根据朗伯‑比尔定律，不同浓度的茶氨酸和茚三酮反应产生的络合物对特定波长的可见光吸光度的差异，实现对茶氨酸浓度的快速检测。和GB/T8314相比，改变茶氨酸、缓冲溶液和茚三酮比例，不需要做空白样对比。
Description
技术领域
本发明属于生物检测技术领域，具体涉及一种检测茶氨酸的检测仪器及检测方法。
背景技术
茶叶是由茶树的幼芽嫩叶经过一系列工序制成的，主要化学成分有茶氨酸、茶多酚、茶蛋白、咖啡碱等。茶氨酸(N-乙基-γ-谷氨酞胺)是茶叶中特有的一种氨基酸，茶氨酸的含量直接决定茶叶的品质。茶氨酸占茶叶游离氨基酸的50%以上，茶氨酸在干茶叶中含量大约为1%-2%。茶氨酸不仅鲜爽，具有缓解苦涩、增加茶汤香甜味的作用，而且还具有拮抗咖啡碱引起的神经***兴奋，以及降血压的功效。
茶氨酸的测定方法包括电化学分析法、纸层析和薄层色谱法、气相色谱法、离子交换色谱法、毛细管电泳法和高效液相色谱法等。GB/T8314《茶游离氨基酸总量的测定》中采用茚三酮显色法，利用a-氨基酸在pH 8.0的条件下与茚三酮共热，形成紫色络合物，再利用分光光度法在特定波长下测定其含量。其作为常规检测指标，通常只在实验室的条件下进行。对茶树快速选育来说，需要在田间鉴定的基础上，采用边筛选、边扩繁、边进行区域试验和叶片解剖结构鉴定的方法，选育出合适的方法作为制黑茶的优良类型，并对入选类型株系的物候期、产量、品质和抗逆性进行同步鉴定，品种选育周期为10左右年。因此，在田间鉴定时，需要一种便携式检测仪器，能够现场快速检测新鲜茶叶中茶氨酸的含量，帮助品种快速筛选，实现茶叶品种快速选育。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种便携式检测茶氨酸仪器以及用该仪器快速检测茶氨酸的方法。
为了解决该技术问题，本发明设计了一种便携式茶氨酸检测仪器以及快速检测茶氨酸的方法，检测原理是：根据朗伯-比尔定律，不同浓度的茶氨酸和茚三酮反应产生的络合物对特定波长的可见光吸光度的差异，实现对茶氨酸浓度的快速检测。和GB/T8314相比，改变茶氨酸、缓冲溶液和茚三酮比例，研制成便携式仪器，便于野外检测，简化了实验室繁琐的步骤；本仪器自动加热升温、冷却的方式代替GB/T8314中沸水浴加热、自然冷却的方式，可以更好的控制加热温度，缩短反应时间。
整个仪器由光源模块、加热装置、冷却装置、反应池、光电检测模块、控制模块、显示模块等部分组成。
所述光源模块由LED1和LED2组成；LED1产生570nm的特定波长的可见光，LED2产生740nm的特定波长的可见光。不同浓度的茶氨酸溶液对570nm的可见的吸光度不同，而对740nm的可见光不吸收，通过茶氨酸溶液的570nm的可见光的吸光度减去740nm可见光的吸光度，达到消除背景干扰的目的。茶氨酸检测时，开启570nm的可见光源和740nm的可见光源，同时照射茶氨酸样品，检测经过茶氨酸样品的570nm可见光和740nm的可见光的光强，通过解算，消除背景干扰，用于替代GB/T8314中空白样作用；
所述加热装置、冷却装置、反应池通过管道相连，管道上设有气动阀，茶叶的浆液通过液位差由加热装置通过管道流入冷却装置最后流到反应池中。也可以在连接冷却装置与反应池的管道上设置气动泵，静置后的茶叶清液通过气动泵由冷却装置输送到反应池中；
反应池放置待测试的茶叶清液；
所述光电检测模块用来探测光强，由光电探测管和信号调理电路组成；光电探测管将光信号转换为电信号，并通过信号调理电路进行放大、滤波后转换成标准模拟电信号；
所述控制模块控制加热装置、冷却装置及它们之间的气动阀（或气动泵）的开关，并控制LED光源来产生特定波长的光，将光电检测模块输出的标准模拟电信号通过采样、保持转换为数字信号，以及对数字信号进行处理、计算、进一步控制显示模块。
所述显示模块把测试、分析的数据进行显示。
GB/T8314国标法测量一个样本大约需要2小时，而该方法时间大概为几十分钟，缩短了测量时间，可应用在茶树选育和茶叶产品生产过程中的快速测定。
利用该便携式仪器，检测新鲜茶叶中茶氨酸的步骤如下：
步骤1：仪器开启
（1）本仪器采用蓄电池作为电源，接通电源，开启570nm的可见光源和750nm的可见光源；将仪器调零；
步骤2：新鲜茶叶样品处理
（1）茶叶清洗；
（2）通过打浆机将茶叶制成浆液，取滤液于加热装置；
（3）往滤液中加入配置好的pH 8.0磷酸盐缓冲液和2%水合茚三酮，使滤液、pH 8.0磷酸盐缓冲液、2%水合茚三酮三者的比值为1:1:0.5；
（4）设定加热时间，然后开启加热装置与冷却装置中的阀门，通过液位差由加热装置流到冷却装置，开启冷却装置中的风扇，静置冷却至常温，关闭冷却风扇；
步骤3：待测样品的检测
（1）茶叶浆液静置冷却后，开启冷却装置与反应池之间的气动泵阀门将上层清液抽取到反应池中，***自动启动对茶叶浆液进行测试；
（2）仪器显示茶氨酸测试结果。
步骤4：仪器的清洗
（1）将加热装置、冷却装置中的容器以及反应池依次取出；
（2）分别用清水冲洗三次，晾干以备下次使用；
（3）最后将加热装置、冷却装置中的容器以及反应池复原到仪器中。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、和国家标准相比，本发明便携式仪器中加热装置、冷却装置、反应池通过管道相连，管道上设有气动阀，茶叶的浆液通过液位差由加热装置流到冷却装置，由冷却装置抽取到反应池，不需要空白样对照，实现了茶氨酸便携式检测，而国标法检测茶氨酸需要在实验室操作。
2、本专利将茶氨酸的理化性质和快速检测仪器有机组合，实现茶氨酸的快速检测。国标法测量一个样本大约需要2小时，而该方法时间大概为几十分钟，大大缩短了测量时间，可应用在茶树品种快速选育以及茶叶产品生产过程中的快速测定，仪器可工业化生产。
附图说明
图1 仪器组成示意图
图2 茶氨酸、红茶、绿茶1号、绿茶3号、绿茶6号全波段扫描图
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。该实施例仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
图1为仪器组成示意图，由密闭腔和显示模块组成，密闭腔内部依次为光源模块（1）、加热装置（2）、冷却装置（3）、反应池（4）、光电检测模块（5）、控制模块（6）、显示模块（7）。
所述光源模块（1）由LED1和LED2组成；LED1产生570nm的特定波长的可见光，LED2产生740nm的特定波长的可见光。不同浓度的茶氨酸溶液对570nm的可见的吸光度不同，而对740nm的可见光不吸收，通过茶氨酸溶液的570nm的可见光的吸光度减去740nm可见光的吸光度，达到消除背景干扰的目的。茶氨酸检测时，开启570nm的可见光源和740nm的可见光源，同时照射茶氨酸样品，检测经过茶氨酸样品的570nm可见光和740nm的可见光的光强，通过解算，消除背景干扰，用于替代GB/T8314中空白样作用；光电检测模块（5）为型号LSSPD-U3.2用来探测可见光强度；控制模块（6）为型号STM32ZET6，内置12位逐次逼近型ADC，把光电检测模块的输出的模拟信号转化为数字信号，微控制器在对检测信号进行解算和控制光源模块的工作；显示模块（7）为型号0.96’OLED，将检测、解算结果进行显示。
所述加热装置（2）、冷却装置（3）、反应池（4）通过管道相连，管道上设有气动阀（a）、气动泵（b），茶叶的浆液通过液位差由加热装置（2）流到冷却装置（3），再将冷却装置（3）中的上层清液通过气动泵（b）抽取到反应池（4）中。
检测原理为：依据朗伯-比尔定律，相同波长的单色光经过不同浓度的茶氨酸与茚三酮形成的络合物产生不同的吸光度，由于吸光度不同使照射到光电管上的单色光的能量不同，因此产生大小不同的电流信号。
利用该仪器检测茶氨酸的步骤如下：
步骤1：仪器开启
1）、接通电源，本仪器采用蓄电池作为电源，同时开启光源（1）中的570nm的可见光光源LED1和740nm可见光源LED2；仪器调零，显示模块（7）为0；
步骤2： 新鲜茶叶样品处理
1）、茶叶清洗；
2）、称取1.0g新鲜茶叶放置于加热装置（2），加10ml纯净水，开启加热装置（2）的搅拌器1min，将茶叶搅匀；
3）、往加热装置（2）中加入配置好的pH 8.0磷酸盐缓冲液10ml，2%水合茚三酮5ml；开启加热，设定加热时间15min；
4）、开启加热装置（2）与冷却装置（3）间的阀门（a），通过液位差由加热装置（2）流到冷却装置（3），开启冷却装置（3）中的风扇2min，静置冷却至常温，关闭冷却风扇；
步骤3：待测样品的检测
1）、茶叶浆液静置冷却后，开启冷却装置（3）与反应池（4）之间的气动泵的阀门（b），将上层清液抽取到反应池（4）中，***自动启动光源LED1对茶叶清液进行光吸收测试；
2）、仪器显示茶氨酸测试结果。
表1为将新鲜茶叶用国标法GB/T8314检测以后，再配成茶氨酸浓度为0.20 mg/ml、0.30 mg/ml、0.40 mg/ml、0.50 mg/ml、0.60 mg/ml的水溶液，用便携式仪器所测得的茶氨酸浓度见表1，相对误差<10%，相应的曲线如图2所示，说明此仪器可以用来检测。
步骤4：仪器的清洗
1）、将加热装置（2）、冷却装置（3）中的容器以及反应池（4）依次取出；
2）、分别用清水冲洗三次，晾干以备下次使用；
3）、最后将加热装置（2）、冷却装置（3）中的容器以及反应池（4）复原到仪器中。
Claims (2)
1.一种便携式茶氨酸检测仪器，其特征在于：包括密闭腔和显示模块；密闭腔内部依次为光源（1）、加热装置（2）、冷却装置（3）、反应池（4）、型号为LSSPD-U3.2光电检测模块（5）、型号为STM32ZET6的控制模块（6）、型号为0.96’OLED显示模块（7）；所述光源（1）中包括产生570nm的可见光光源LED1和产生740nm可见光源的LED2；所述加热装置（2）、冷却装置（3）、反应池（4）通过管道相连，管道上设有气动阀（a）、气动泵（b）；所述控制模块（6）内置12位逐次逼近型ADC，用来把光电检测模块的输出的模拟信号转化为数字信号和用来对检测信号进行解算和控制光源模块工作的以及显示模块（7）。
2.用权利要求1所述的检测仪器检测茶氨酸的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：仪器开启
1）接通电源；本仪器采用蓄电池作为电源，同时开启光源（1）中的570nm的可见光光源LED1和740nm可见光源LED2；调零；
步骤2：新鲜茶叶样品处理
1）茶叶清洗；
2）通过打浆机将茶叶制成浆液，取滤液于加热装置（2）；
3）往滤液中加入配置好的pH 8.0磷酸盐缓冲液和2%水合茚三酮，使滤液、pH 8.0磷酸盐缓冲液、2%水合茚三酮三者的比值为1：0.5：1；
4）设定时间加热；然后开启加热装置（2）与冷却装置（3）中的阀门（a），通过液位差由加热装置（2）流到冷却装置（3），开启冷却装置（3）中的风扇，静置冷却至常温；
步骤3：待测样品的检测
1）茶叶浆液静置冷却后，开启气动泵、阀门（b），将上层清液抽到反应池（4）中，***自动对茶叶浆液进行光吸收测试；
2）仪器显示茶氨酸测试结果；
步骤4：仪器的清洗
1）将加热装置（2）、冷却装置（3）中的容器以及反应池（4）依次取出；分别用清水冲洗三次，晾干以备下次使用。
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|---|
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