LED光源在茶叶加工中的应用研究进展.pdf

第 9 期第 44 卷第 9 期2023 年 9 月中南农业科技South-Central Agricultural Science and TechnologyVol.44 No.9Sep.，2023余子铭，马梦君，郭志明，等.LED光源在茶叶加工中的应用研究进展 J.中南农业科技，2023，44（9）：241-245LED光源（Light emitting diode）即发光二极管光源，是一种冷光源，具有体积小、寿命长、节能环保、光电换效率高等优点1。可通过红光、蓝光、绿光及黄光等不同光质的组合和调控，实现各种不同光谱的精准配置和科学控制2。在农业生产和科研活动中采用LED光源，能够集中有效波长进行近距离均衡照射3，提高光能利用效率，实现高效能、低热负荷和紧凑空间的集约化植物生产4。光源是茶叶生产加工中的重要影响因素，通过光调控，对于茶叶制品的香气形成、汤色改善以及滋味提高等方面具有积极作用5，6。随着茶叶加工中的光作用机理和光调控技术逐渐成为茶学研究的热点问题，LED光源在茶叶加工过程中的应用发展速度较快7。本研究综述了LED光源对茶叶加工及其品质形成的影响研究，以及LED光源在绿茶、白茶、红茶以及乌龙茶生产加工过程中的应用研究进展，并对LED光源在茶叶加工中的应用前景进行了展望。1LED光源在绿茶加工中的应用传统绿茶加工工序主要是杀青、揉捻（做形）和干燥，摊放（萎凋）作为茶叶加工的预处理步骤，一般不被作为绿茶加工工序，但在名优绿茶研究理论和生产实践中被证明和广泛应用8，科学合理的鲜叶摊放（萎凋）有利于绿茶色、香、味品质的改善。有研究认为，光萎凋有利于提高茶叶鲜叶中某些酶的活性9，如脂氧合酶和糖苷酶等10，促进类脂物质和糖苷类香气前体物质发生酶促氧化降解，在后续加工过程中有利于绿茶香气品质的形成，同时促进氨基酸、茶多酚和水浸出物等生化成分含量增加，从而提高绿茶的风味品质。在人工光照萎凋研究领域，袁林颖等11采用一芽一、二叶为试验原料，以自然光萎凋为对照，分别采用红、黄、橙、绿、蓝光质 LED 单色光进行光照萎凋，探究了不同LED单色光在萎凋步骤中对茶叶主要生化成分含量变化及其品质的影响。结果发现，与对照组（自然光萎凋）相比，适宜的LED光萎凋有利于绿茶的主要内含成分如氨基酸、水浸出物、可溶性糖等含量的增加；而所有LED光萎凋叶的茶多酚含量随时间增加而下降，其中下降趋势最明显的是蓝光萎凋；此外，不同 LED 单色光萎凋叶的咖啡碱含量相对稳定。黄海涛等12认为外界环境中温度、湿度、光照的不断变化影响茶叶香气品质的形成，其茶叶感官审评结果表明，适宜的LED光质（如橙光、绿光）照射萎凋有利于绿茶的汤色、香气及滋味品质提升，在一定程度上有利于夏秋绿茶品质的改善。因此，在夏秋绿茶加工过程中，除了可以加入一定量的单宁酶来消除部分苦涩味外10，还可采用LED光质萎凋进行绿茶加工预处理，以改善夏秋绿茶的滋收稿日期：2023-05-09基金项目：国家茶叶产业技术体系（CARS-19）；青砖茶降氟及快速渥堆发酵关键技术研发与示范项目（2022NYYF014）；咸宁红茶特征香气物质基础研究项目（2022ZRKX059）作者简介：余子铭（1988-），男，湖北咸宁人，初级农艺师，在读硕士研究生，研究方向为茶叶加工，（电话）18671569773（电子信箱）；通信作者，涂修亮，研究员，主要从事茶园生态研究工作，（电子信箱）。LED光源在茶叶加工中的应用研究进展余子铭1，马梦君1，郭志明1，程繁杨1，丁坤明1，刘国庆2，程长松3，姜华3，涂修亮1（1.咸宁市农业科学院，湖北 咸宁437100；2.咸宁香城特色农业技术研究院有限公司，湖北 咸宁437100；3.咸宁芽旗香茶业发展有限公司，湖北 咸宁437100）摘要：茶叶加工始终紧密围绕着“温、湿、光、风”等环境因子。茶叶加工过程中不同光源对茶叶制品中挥发性化合物等的调控作用，有利于改善茶叶的香气和滋味，从而提高茶叶风味品质。基于LED光源在茶叶加工中的诸多优越性，综述了LED光源对茶叶加工过程及其品质形成的影响研究，以及学者对LED光源在绿茶、白茶、红茶以及乌龙茶生产加工过程中的应用研究进展，并对LED光源在茶叶加工中的应用前景进行了展望。关键词：发光二极管（LED）；光源；茶叶加工；应用研究中图分类号：TS272.4文献标识码：A文章编号：2097-2083（2023）09-0241-05中南农业科技2023 年味品质。2LED光源在白茶加工中的应用白茶传统工艺中仅包含萎凋和干燥两道工序，萎凋工序是白茶品质形成的关键，虽耗时较长，但漫长的水分散失过程使鲜叶内部发生了一系列复杂的生理生化反应，为白茶香气和滋味形成奠定了基础13。白茶萎凋方式通常分为自然（日光）萎凋、加温萎凋与复式萎凋等，其中自然（日光）萎凋是传统也是生产中常用的萎凋方式14，该萎凋方式制成的成品茶品质最佳15。白茶品质特征与萎凋过程中鲜叶成分转化紧密相连，故品质优异的白茶加工应从调控萎凋工艺开始16。若收茶季节时常下雨，无法进行自然日光萎凋，鲜叶萎凋效果则无法得到保证，易造成茶叶品质下降。因此，根据应用需求模拟自然光的 LED 光源在辅助白茶加工过程中的萎凋工序显得格外重要。罗玲娜等17探究了不同波长 LED 可见光对白茶萎凋的影响，结果表明，在萎凋过程中加入 LED光源，不仅缩短萎凋时长，提高茶叶生产效率，更有利于白茶品质形成；其中，LED黄光萎凋条件下白茶综合品质最优。萎凋时间直接影响白茶品质形成，若过短，茶多酚氧化不够，茶多酚含量高造成茶汤苦涩味加重；若过长，风味物质消耗过多，滋味寡淡，不利于品质的形成18。由此可见，LED光源在加快茶叶萎凋进程中起促进作用，这与张灵枝等19、黄国资等20、张艳丽21关于不同光源对乌龙茶品质的研究结果基本一致。周寒松等22、潘玉华等23，24研究发现，茶叶加工过程中适宜的温度、湿度加上合理的LED光照萎凋，有利于茶的失水及其生化成分变化协调一致，提高品质。此外，在 LED 光源萎凋影响白茶品质研究的基础上，黄藩等25采用LED精量调制光源，通过高效液相色谱、超高效液相色谱串联三重四级杆质谱等方法，以无光处理为对照，研究日光、蓝光、黄光和红光萎凋对贡眉白茶主要生化成分及感官品质的影响。结果表明，红光萎凋对白茶滋味提高效果最佳，这与罗玲娜等17的研究结果稍有差异，可能是两者研究的茶叶品种不同，故萎凋过程中内含物质成分转化和积累有所差异。3LED光源在红茶加工中的应用国内外都有学者研究光质对茶叶品质的影响，如中野不二雄等26探讨了远红外线在制茶中的应用，认为采用日光萎凋处理的茶叶香气成分显著增加；竹尾中一等27研究了光质对乌龙茶和红茶香气品质的影响，认为适宜的光质有利于茶叶品质形成。此外，陶汉之等28的研究结果表明，红光照射条件下茶树光合速率显著提高，碳水化合物形成显著增加，从而使茶多酚含量显著提高，同时发现蓝紫光在促进氨基酸和蛋白质合成方面具有积极影响。随着消费者越来越喜爱高香红茶，光波萎凋在红茶加工中应用逐渐增多，不同光质对红茶品质影响的研究成为热门29-31。光质萎凋可提高茶叶中挥发性香气物质的种类和总量，促进-葡萄糖苷酶活性的提高，从而促进花香、甜香物质形成，而光质萎凋对可溶性糖、茶多酚含量的影响有所差异，但总体来说，光质萎凋会降低酯型儿茶素含量32-36，从而减少茶汤中的苦涩味，进而提高茶叶品质。在红茶加工应用中，曹藩荣等37采用白炽灯结合机械鼓风对红茶进行补光萎凋，其制成的红茶综合品质较佳。周颖等38的研究结果表明，茶叶制品中水浸出物含量随紫外光照时间延长而增加，多糖含量相对稳定，且在照射2 h后其氨基酸、生物碱含量较高，茶多酚、茶黄素含量增加，表明紫外光照有利于工夫红茶品质的形成。黄藩等39探究了 LED红光和蓝光对工夫红茶鲜叶萎凋的影响，根据其儿茶素和氨基酸组分含量变化测定和品质分析，结果表明，在 LED 红光萎凋条件下工夫红茶品质最优。项丽慧等34通过对工夫红茶黄光萎凋叶中-葡萄糖苷酶基因（CsBG1、CsBG2）、-樱草糖苷酶基因（CsBP）相对表达量和-葡萄糖苷酶活性进行实时测定，结合感官审评对其挥发性香气组分进行综合分析，结果表明，在LED黄光萎凋条件下，CsBG1、CsBG2、CsBP在全萎凋过程中相对表达量均显著上调，推测 LED 黄光萎凋前期促进了与萎凋叶香气有关酶基因的表达，而后期调控-葡萄糖苷酶活性增强，综合调控促进工夫红茶甜花香显现，品质提升。此外，孟慧等40研究表明，LED红光、黄光和橙光处理均可促进香气物质如橙花叔醇及其异构体的生成，不同光质处理均可显著提高-紫罗酮含量，其中橙光处理能较好地提高茶叶感官品质，这与黄藩等39前期研究结果有所差异，可能与供试茶树品种不同有关。罗红玉等41，42探讨了光质萎凋对不同茶树品种红茶品质的影响，结果表明，福鼎大白茶、蜀永 1 号、四川中小叶种红茶最佳萎凋光质均为1 500 lx黄光，该光强的黄光萎凋可较大程度降低萎凋叶中茶多酚含量，提高氨基酸、可溶性糖含量，降低酚氨比值，且黄光萎凋制成的红茶感官品质最佳，这也与张贝贝等43-45的研究结果基本一致；其研究结果表明，红茶香气以黄光、红光处理相对突出，汤242第 9 期色以黄光、橙光处理评分较高，滋味以黄光、橙光、红光处理较优，故综合感官审评结果及理化成分分析表明，黄光萎凋条件下，红茶各项感官品质最佳。LED光源除了影响红茶萎凋过程，还影响其光合作用。郑洁等46研究发现红光、蓝光波段光照对植物光合作用也具有显著影响，红光显著促进糖类积累，红光和蓝光也显著提高保卫细胞中有机酸、糖等含量，这直接导致茶叶萎凋过程中光合作用初级代谢产物糖的增加，并促进了茶叶次级代谢。基于以上研究结果，研究者根据在红茶发酵过程中茶黄素含量从低向高变化出现的最高点正好是发酵适度点，采用单片机、白色 LED 发光管等发明了一种确定工夫红茶发酵适度的新方法47，48。4LED光源在乌龙茶加工中的应用日光萎凋在生产中是一种既省时又省力的常用萎凋方式14，但受自然条件限制，其稳定性和可控性较差49。许多学者开展针对阴雨天气补光萎凋技术的相关研究，通过模拟萎凋过程需要的光源实现人工光照萎凋，解决“靠天做茶”导致茶叶品质不稳定的难题。黄国资等20对黄金桂品种进行光照晒青试验，结果表明，晴天以自然日光加工成品茶品质最好，而阴雨天采用复合光照萎凋可以显著提高成品茶品质。王婷婷等50为解决乌龙茶阴雨天制茶难、品质低等问题，探究了 LED 蓝光在雨水青萎凋过程中光响应变化规律及理化变化的作用，结果表明，与对照组相比，LED蓝光萎凋显著提高了乌龙茶雨水青的净光合速率、萎凋叶水浸出物含量、可溶性总糖含量，同时降低酚氨比，获得优质乌龙茶。基于以上研究，金心怡等51发明了一种LED光源茶叶萎凋装置，在一定程度上可以实现茶叶全天候人工控制萎凋工厂化。郑淑琳等52采用红外灯照射处理辅助武夷岩茶雨水青萎凋，发现LED红外灯对武夷岩茶生化成分和感官品质也具有显著促进作用。陈寿松等53，54也提出阴雨天不利于乌龙茶的日光萎凋，可借助 LED 萎凋保证茶叶风味品质形成。其研究结果表明，与对照组相比，LED补光的毛茶中橙花叔醇和-法呢烯等香气物质含量显著提高，说明光照显著调控乌龙茶中萜类化合物的形成。随后在其多次间歇 LED 光源照射的研究中，采用LED白光进行多次光照射处理创新工艺试验55，56，发现适度增加 LED 光照次数显著促进了铁观音中呈花果香气味的-法呢烯和橙花叔醇含量的提高，该研究结果可为提高乌龙茶香气品质及建设乌龙茶全天候工厂化连续化加工生产提供理论基础和科学参考。此外，游芳宁等57，58基于铁观音萎凋叶的转录组数据发现，在温度一致的条件下，单独的光照因子对相关基因表达和主要萜类香气组分生成具有显著调控作用。王登良等59-61先后采用不同光波以及光照度处理对单枞茶鲜叶进行晒青试验，发现在波长520 nm 和光照度为 13 72516 774 lx的光照条件下进行 30 min晒青，所制成品茶中芳香物质种类较多，香气浓郁，单枞茶品质较佳。随后，覃玉等62选取黄橙光进一步研究，发现黄橙光晒青条件下所制毛茶含有的芳香物质种类和总量比全光晒青处理显著提高，故认为黄橙光是该茶晒青过程中香气成分变化的主要影响因素。欧燕清等63研究认为日光晒青有利于单丛茶品质形成，主要是因为光照处理显著增加了茶多酚含量，并提出紫外线可能导致蛋白质变性从而抑制多酚类氧化酶的酶促氧化反应，最终影响茶叶品质。但吴秋儿等64、危赛明65研究认为 LED 红外灯或镝灯晒青所制乌龙茶品质优于日光晒青所制。李小娟等66采用阳光、近红外灯、中波紫外灯3种光源照射茶鲜叶，比较处理后的摊青叶芳香物质的转化作用与变化效果，同时结合碰青处理（单丛茶特有的加工工序）比较和测定摊青叶芳香化合物的转化和含量积累，发现适量太阳光照射加碰青处理组的效果最明显，有利于具有花香或清香的芳香化合物转化与积累；尤其是碰青处理使其芳香精油含量高且香气丰富持久，鲜爽花香和甜浓花香明显高于其他处理组；中波紫外灯组与近红外灯组次之，但无碰青处理组的效果显著优于碰青处理组；因此，该研究认为碰青处理会导致摊青叶机械损伤，虽能促进糖苷酶类水解，但紫外灯组由于其光线本身特性会对细胞造成一定的伤害，结合碰青处理会导致伤害过度，反而降低前期照射所产生的芳香物含量。所以，碰青处理要适度，否则会抵消光源照射处理的效果。此外，潘玉华67初步讨论了不同光质萎凋与乌龙茶品质之间的相关性，金心怡68研究认为光照萎凋有利于提高茶鲜叶某些酶活性，促使脂质类和糖苷类香气前体物质发生酶促氧化降解进而形成香气，提高铁观音的品质。杨贤强等69、王金贤等70认为光照处理能提高中高档茶的香气，光辐射可以激活茶鲜叶内含物的变化从而改善茶叶的香气和滋味。张艳丽21研究表明，LED蓝光与红光萎凋有利于提高铁观音和黄旦品种制成的品茶鲜爽度，降低乌龙茶茶汤苦涩味，此研究结论与范仕胜等71研究认为人工光照萎凋后萎凋叶氨基酸含量增加的结果一致，但LED蓝光促进咖啡碱积累与其研究结果又余子铭等：LED光源在茶叶加工中的应用研究进展243中南农业科技2023 年有所不同，这可能与光质选择有关。5LED光源在茶叶加工中的应用展望自新型冷光源LED72问世以来，其研究处于快速发展中，生产加工中采用日光萎凋加工乌龙茶、红茶、白茶、绿茶，不仅可以提高茶叶香气，还可以显著降低茶叶苦涩味73。滑金杰等74-76研究表明，鲜叶物理特性及呼吸特性可以通过萎凋温度和光照度的调控促进其向有利于品质生成的方向发展，LED光照萎凋处理作为替代日光萎凋的技术方法，可以解决不可控因素导致茶叶品质不稳定77，78的难题，对稳定乌龙茶、高香型红茶、白茶、绿茶的品质具有重要价值33。在茶叶生产加工中，萎凋工序长且萎凋程度的掌控仍需人工经验，故在茶叶连续化加工生产中实施难度较大。但如果能在茶叶加工连续化生产中，通过LED光源的光质变化处理控制萎凋进程，也许可基本实现茶叶加工连续化生产79，对于未来茶叶连续化生产的推广应用和茶叶产业的转型升级意义重大。此外，LED光源还可以应用在茶树育种栽培中，对茶树进行专一有效的调控，在茶叶生产前期培育出丰富且有益的内含成分的茶树，这将是中国茶产业具有发展的新突破。在茶园生态管理方面，也可尝试推广LED光伏大棚茶园。已有实践案例证明，与露天茶园、普通大棚茶园相比，利用光伏结合LED光补偿技术不仅可以有效延长茶树生命周期，提高茶鲜叶产量，减少病虫害的污染，还能实现低碳经济、节能减排的可持续茶园发展理念。参考文献：1冯超.基于多波长的LED荧光系统在茶叶种类和等级方面的研究 D.杭州：浙江大学，2013.2崔瑾，徐志刚，邸秀茹.LED 在植物设施栽培中的应用和前景 J.农业工程学报，2008，24（8）：249-253.3李玲，路国光，代大山，等.LED光源的应用发展及可靠性初探 A.中国电子学会电子制造与封装技术分会.中国电子学会可靠性分会第十四届学术年会论文选 C.北京：中国学术期刊电子杂志社，2008.253-257.4徐志刚.半导体照明光源在现代农业中的应用 A.中国科学技术协会学会学术部.经济发展方式转变与自主创新第十二届中国科学技术协会年会（第2卷）C.北京：中国学术期刊电子杂志社，2010.1-9.5ROZENBOIM I，BIRAN I，CHAISEHA Y，et al.The effect of agreen and blue monochromatic light combination on 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