錢 和 寧 煒 顧林平 黃爭鳴 馬惠民 蔣鐵鋒

摘要為對茶葉質(zhì)量安全進(jìn)行有效跟蹤與追溯,對產(chǎn)地進(jìn)行快速、準(zhǔn)確、簡捷地鑒別,探討利用RFID技術(shù)、鉛同位素指紋溯源技術(shù)、近紅外光譜分析技術(shù)、X射線熒光技術(shù)以及熱分析技術(shù),建立茶葉質(zhì)量安全跟蹤與追溯體系,一旦發(fā)現(xiàn)茶葉存在質(zhì)量安全問題,可結(jié)合茶葉產(chǎn)品信息數(shù)據(jù)庫對茶葉質(zhì)量進(jìn)行跟蹤與追溯,以查出問題的環(huán)節(jié)并對茶葉的產(chǎn)地進(jìn)行鑒定。

關(guān)鍵詞茶葉;溯源技術(shù);鑒定

中圖分類號S571.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號 1007-5739(2009)14-0023-03

近年來,隨著貿(mào)易的發(fā)展和市場競爭的加劇,茶葉的生產(chǎn)和銷售面臨越來越多的問題,茶葉質(zhì)量安全危機(jī)頻繁發(fā)生,使茶葉市場魚目混珠,秩序混亂,品牌被平庸化。因此,對茶葉質(zhì)量安全進(jìn)行有效跟蹤與追溯,對產(chǎn)地進(jìn)行快速、準(zhǔn)確、簡捷地鑒別,已成為一個亟待解決的課題。

1茶葉的質(zhì)量跟蹤與追溯

跟蹤(Tracking)與追溯(Tracing)是2個在實(shí)施方向上完全相反的概念。跟蹤是指通過標(biāo)識項(xiàng)目,從供應(yīng)鏈的上游至下游直至 POS銷售點(diǎn),跟隨一個特定單元或一批產(chǎn)品運(yùn)行路徑的能力。對于茶葉來說,跟蹤就是茶農(nóng)或供應(yīng)鏈上的節(jié)點(diǎn)企業(yè)跟蹤某一批茶葉去向的能力。追溯是指通過記錄標(biāo)識項(xiàng)目或一組項(xiàng)目的源頭,從供應(yīng)鏈下游至上游識別一個特定單元或一批產(chǎn)品來源的能力,即消費(fèi)者在POS銷售點(diǎn)通過記錄標(biāo)識回溯某個實(shí)體運(yùn)輸、銷售、加工和種植能力。對于茶葉單獨(dú)來說,就是消費(fèi)者在銷售點(diǎn)通過茶葉上的標(biāo)識查詢茶葉的運(yùn)輸加工和種植等信息。

茶葉質(zhì)量跟蹤與追溯體系實(shí)質(zhì)是茶葉信息的記錄與傳遞體系,它通過對茶葉信息的正確識別、如實(shí)記錄與有效傳遞來發(fā)揮作用,解決茶葉質(zhì)量安全問題;跟蹤與追溯系統(tǒng)建立的目的在于識別、跟蹤和追溯有關(guān)茶葉種植、加工、運(yùn)輸、倉儲和銷售過程中的相關(guān)活動信息。若發(fā)現(xiàn)茶葉存在質(zhì)量問題,就可以利用標(biāo)識追蹤產(chǎn)品到特定的地區(qū)、鄉(xiāng)村或農(nóng)戶,確定茶葉質(zhì)量問題的來源,以便采取有效糾正措施。茶葉質(zhì)量跟蹤與追溯體系的建立,為茶農(nóng)、消費(fèi)者和社會提供潛在益處,對穩(wěn)定茶葉銷售市場、保證和穩(wěn)定茶葉質(zhì)量具有重要意義。

2RFID技術(shù)

2.1 特點(diǎn)

無線射頻識別技術(shù)(Radio Frequency Identification)[1]近年來成為國際上的一個熱點(diǎn) 。利用無線射頻傳輸技術(shù)來檢索和存儲數(shù)據(jù)并自動識別目標(biāo)對象,是非接觸式 自動識別技術(shù)的一種。一個RFID系統(tǒng)一般由應(yīng)答器(信號發(fā)射機(jī))、讀寫器(信號接受機(jī))和發(fā)射接收天線(Antenna)幾部分組成。應(yīng)答器是信息的載體,每個應(yīng)答器具有唯一的電子編碼,安置于標(biāo)識目標(biāo)對象物體上。常用的應(yīng)答器形式是電子標(biāo)簽。讀寫器是用來讀寫標(biāo)簽信息的設(shè)備,其形式可設(shè)計(jì)為便攜式或固定式。天線是在標(biāo)簽和讀取器間傳遞射頻信號的接收與發(fā)射裝置。在系統(tǒng)工作過程中,閱讀器通過天線發(fā)送出一定頻率的射頻信號可無接觸地讀取附著在待識別物體之上的標(biāo)簽,并識別標(biāo)簽中所保存的具有約定格式電子數(shù)據(jù),然后將讀取的數(shù)據(jù)發(fā)送到電腦系統(tǒng)進(jìn)行處理,從而達(dá)到自動識別標(biāo)識物體的目的。

2.2跟蹤與追溯茶葉質(zhì)量的4個環(huán)節(jié)

建立茶葉質(zhì)量跟蹤與追溯體系,就是把所有的茶葉種植、生產(chǎn)加工、運(yùn)輸倉儲、銷售等過程信息,一項(xiàng)不漏地收集和保存起來,以便及時發(fā)現(xiàn)茶葉質(zhì)量在哪一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題。而要做到上述要求,至少需要做好茶葉種植、生產(chǎn)加工、倉儲、銷售等環(huán)節(jié)的信息處理。

2.2.1茶葉種植環(huán)節(jié)。茶葉種植環(huán)節(jié)是茶葉質(zhì)量追溯的最后環(huán)節(jié)、跟蹤的第1個環(huán)節(jié)。該環(huán)節(jié)利用RFID技術(shù)給每一個種植戶分配1個編號,這樣一旦發(fā)現(xiàn)茶葉存在質(zhì)量問題,就可以利用編號及茶葉標(biāo)識追溯有關(guān)茶葉種植環(huán)節(jié)的各項(xiàng)信息。如茶園的面積、產(chǎn)量、茶樹品種、管理責(zé)任人等茶園基本信息;茶園的栽培、耕作、施肥、除草、農(nóng)藥使用等茶園農(nóng)事活動信息。

2.2.2茶葉加工環(huán)節(jié)。茶葉加工環(huán)節(jié)是茶葉跟蹤與追溯的重要環(huán)節(jié)。此環(huán)節(jié)利用上一環(huán)節(jié)提供的各項(xiàng)信息及本環(huán)節(jié)的具體狀況對茶葉物流單元進(jìn)行唯一和有效標(biāo)識,以便問題發(fā)生時可以追溯和跟蹤茶葉加工環(huán)節(jié)的信息,如鮮葉采收日期、產(chǎn)地、采收人員、采收形式、采收時的天氣狀況、采收鮮葉數(shù)量與質(zhì)量、鮮葉批號、調(diào)運(yùn)日期;茶葉加工單位、加工廠區(qū)、車間詳細(xì)信息、加工相關(guān)人員信息、成品半成品批次等可跟蹤與追溯的有效信息。

2.2.3茶葉倉儲、運(yùn)輸環(huán)節(jié)。倉儲運(yùn)輸環(huán)節(jié)也是事關(guān)茶葉質(zhì)量的重要環(huán)節(jié),利用射頻技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對茶葉運(yùn)輸過程的全程跟蹤,防止茶葉被人為調(diào)換。利用RFID也可以確定茶葉所在位置,了解倉庫設(shè)施的具體狀況。如倉庫所在地、倉庫設(shè)施、茶葉存儲批號、出入庫日期等信息。

2.2.4茶葉銷售環(huán)節(jié)。銷售環(huán)節(jié)是質(zhì)量追溯的第1環(huán)節(jié)、跟蹤的最后環(huán)節(jié)。本過程應(yīng)建立完整的資料信息,如生產(chǎn)廠家、生產(chǎn)批次、銷售批次和數(shù)量等信息,確保出現(xiàn)問題時可以及時處理。

3鉛同位素指紋溯源技術(shù)

3.1鉛同位素指紋技術(shù)特點(diǎn)

鉛有4種穩(wěn)定同位素208Pb、207Pb、206Pb、204Pb。由于鉛同位素分子的質(zhì)量數(shù)大,不同同位素分子之間相對質(zhì)量差小,幾乎不產(chǎn)生同位素分餾。因此,在次生作用過程中,即使所在系統(tǒng)的物理化學(xué)條件發(fā)生改變,它們的同位素組成一般也不會發(fā)生變化。其同位素比值主要受源區(qū)初始鉛含量的影響,基本不受形成后所處地球化學(xué)環(huán)境的影響。因此,在環(huán)境污染研究方面,常常利用鉛同位素這種特殊的“指紋”特征來示蹤鉛污染的來源。

鉛的4種天然的同位素中,204Pb的半衰期為1.4×1017年,半衰期很長,一般都把它當(dāng)成穩(wěn)定的參考同位素處理,而206Pb、207Pb和208Pb則是U和Th的衰變產(chǎn)物,其豐度在不斷變化。由于鉛的同位素比值變化可以用質(zhì)譜精確地測量出來,因此這種變化通常被用于環(huán)境污染的標(biāo)識物。由于各地區(qū)在地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地質(zhì)年齡和礦物質(zhì)含量上存在差異以及各地區(qū)降水分布的不同,造成不同地區(qū)鉛的同位素組成不同。因此,鉛同位素組成具有地區(qū)特征。

鉛污染的普遍存在已引起國內(nèi)外環(huán)境科學(xué)工作者的廣泛關(guān)注。早在1960年,Chow等就研究了北美汽油和煤的鉛同位素組成并用以示蹤環(huán)境鉛的來源。1990年以來,鉛同位素示蹤技術(shù)被廣泛用于環(huán)境研究,以監(jiān)測和研究鉛的來源變化,并取得了一些重要進(jìn)展和認(rèn)識,結(jié)果表明,鉛同位素組成可以有效地指示鉛污染的來源。

根據(jù)各種污染來源物質(zhì)的鉛同位素組成以及鉛同位素的地區(qū)特征,鉛同位素技術(shù)可用于跟蹤鉛的來源和去向,識別并推測各種污染源以及計(jì)算其污染程度的貢獻(xiàn)率,同時還可進(jìn)行產(chǎn)地溯源,達(dá)到產(chǎn)品保真與防偽目的。

目前,“溯源技術(shù)”研究集中以穩(wěn)定同位素質(zhì)譜技術(shù)為基礎(chǔ),其具有以下優(yōu)點(diǎn):①靈敏度高。目前精確的化學(xué)分析方法較難測定10-29g的水平,但是用同位素測量方法可檢測10-19~10-14g水平的劑量。②實(shí)驗(yàn)手續(xù)簡便。應(yīng)用同位素技術(shù)可不必經(jīng)過提取或純化手段即可進(jìn)行測量,從而減少許多繁雜的分離、分析工作,加速了實(shí)驗(yàn)進(jìn)程。③用同位素的方法可以分被追蹤物質(zhì)是實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)固有的,還是試驗(yàn)過程中新加入的[2]。

3.2 應(yīng)用

康海寧等[3]應(yīng)用微波消解處理樣品,電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定,考察了不同產(chǎn)地、不同種類的29種茶葉中的Pb元素的含量。原始數(shù)據(jù)經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化處理后,結(jié)合聚類分析和主成分分析,對來自江西、云南、廣東和福建4個地區(qū)的茶葉進(jìn)行了產(chǎn)地判別。對不同種類的茶葉(紅茶、綠茶、烏龍茶、黑茶)也進(jìn)行了區(qū)分,結(jié)果令人滿意。茶葉中礦質(zhì)元素的含量可作為茶葉產(chǎn)地判別的測量指標(biāo)之一。

4近紅外光譜指紋分析技術(shù)

4.1特點(diǎn)

近紅外光(NIR)是指介于可見光和中紅外光之間的電磁波,波長范圍是7 80~2 526nm,波數(shù)范圍為4 000~12 820cm-1。一般有機(jī)物在該區(qū)的近紅外光譜吸收主要是含氫團(tuán)(-OH、-CH、-NH、-SH、-PH)的伸縮、振動、彎曲等引起的倍頻和合頻的吸收。不同基團(tuán)或同一基團(tuán)在不同環(huán)境中產(chǎn)生的光譜在吸收峰位置和強(qiáng)度上有所不同。根據(jù)朗伯-比爾吸收定律(Lambert -Beer Law),隨著樣品成分組成或者結(jié)構(gòu)的變化,其光譜特征也將發(fā)生變化。近紅外光譜具有豐富的結(jié)構(gòu)和組成信息,適用于碳?xì)溆袡C(jī)物的性質(zhì)分析與組分測定。

近紅外分析具有速度快、成本低以及重現(xiàn)性好等優(yōu)點(diǎn),國內(nèi)外學(xué)者先后利用近紅外光譜方法定性和定量地分析了茶葉中的蛋白質(zhì)、咖啡堿、氨基酸、多酚類以及水分含量,現(xiàn)在也可應(yīng)用在對茶葉的鑒別上。

4.2應(yīng)用

趙杰文、陳全勝等[4]選擇龍井、碧螺春、毛峰和鐵觀音4種名茶,對其分別粉碎過篩,按照樣本抽取的規(guī)則選取樣本后進(jìn)行近紅外光譜的掃描,得到平均原始光譜后,采用主要成分分析結(jié)合馬氏距離的模式識別方法進(jìn)行分析,最后選用6 500~5 300cm-1范圍內(nèi)的光譜數(shù)據(jù),進(jìn)行多元散射校正(MSC)預(yù)處理,選用8個主成分?jǐn)?shù)據(jù)建立預(yù)測模型最佳,說明近紅外光譜在茶葉鑒別上的可行性。占茉莉等[5]從浙江杭州等4大龍井產(chǎn)茶區(qū)采集28個龍井綠茶樣品,用GPS標(biāo)記種植具體地理位置,烘干后粉碎過篩,四分法隨機(jī)稱取后置于光譜儀積分球上的旋轉(zhuǎn)樣品杯種掃描,每個樣品重復(fù)10次,取平均值,預(yù)處理后,用Tensor37 FT—IR 自帶的OPUS/IDENT光譜定性分析軟件對原始光譜進(jìn)行預(yù)處理、光譜距離計(jì)算(因子算法)、主成分分析(R型:譜圖數(shù)據(jù)進(jìn)行了中心化和標(biāo)準(zhǔn)化處理)、聚類分析(系統(tǒng)聚類法聚類,距離采用歐式距離,聚類方法采用離差平方和法)。對原始光譜進(jìn)行1階求導(dǎo),并進(jìn)行矢量歸一化處理,不同地區(qū)茶葉的近紅外光譜存在差異并且更加顯著,光譜的重疊峰明顯分開,更細(xì)致地反映樣品的光譜特征。對近紅外光譜進(jìn)行導(dǎo)數(shù)處理可提高光譜分辨率,找到各官能 團(tuán)所對應(yīng) 的吸收峰位置。結(jié)果表明,在7 432.3 ~6 155.7cm-1和5 484.6~4 192.5 cm-1 波段附近,富陽、縉云、新昌3個產(chǎn)地龍井茶的光譜差異較大,該區(qū)域?yàn)椴瓒喾雍吞穷惖闹饕諈^(qū)。在4 500cm-1和5 200 cm-1波數(shù)處吸光度值波動較大,該區(qū)間主要表征為水的特征吸收峰,說明不同產(chǎn)地茶葉的水分含量差異較大。為減少水分對產(chǎn)地溯源的影響,建議在建立產(chǎn)地溯源模型時去掉表征水分的光譜信息。不同產(chǎn)區(qū)龍井茶近紅外光譜存在差異,對茶葉的近紅外光譜進(jìn)行相關(guān)處理后,各地域龍井茶光譜的特征明顯。不同地域龍井茶的近紅外光譜的主成分空間分布有明顯的不同。因此,合適的光譜預(yù)處理方法和光譜區(qū)間的選取是進(jìn)行主成分分析的必要條件。根據(jù)光譜距離對光譜進(jìn)行聚類分析,整體聚類結(jié)果較好,利用茶葉的近紅外光譜,結(jié)合主成分分析和聚類分析可以快速、準(zhǔn)確、低廉地對茶葉原產(chǎn)地進(jìn)行鑒別。

5X射線熒光技術(shù)

X射線熒光技術(shù)已應(yīng)用于金屬含量的檢測,根據(jù)不同產(chǎn)地茶葉中金屬含量的差異,利用X射線熒光技術(shù)進(jìn)行茶葉產(chǎn)地的鑒別試驗(yàn)研究。繞秀勤[6]等提出利用X射線熒光技術(shù),結(jié)合模式識別技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)地鑒別的方法,將不同產(chǎn)地的樣品分組,分別采集其本分組、其X射線熒光光譜,提取其主成分,分別計(jì)算各個樣本組的主成分均值作為樣本中心點(diǎn),計(jì)算待測樣本到各樣本組中心的馬氏距離,將其歸類到馬氏距離值最小的類中,實(shí)現(xiàn)樣本分類。采用Niton792便攜式X射線熒光儀對安吉、金華、杭州和臺州等4個不同地區(qū)120個茶葉樣本進(jìn)行鑒別試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)3~13 keV波段是X射線熒光光譜分析技術(shù)進(jìn)行茶葉產(chǎn)地鑒別的有效波段,前4個主成分可用于茶葉的產(chǎn)地鑒別,試驗(yàn)的誤差率為4.2%。

6熱分析技術(shù)

聶光華[7]用差示掃描量熱法(DSC)和熱重法(TG/DTG)對同期采摘的不同原產(chǎn)地的茶葉進(jìn)行熱分析研究。

差示掃描量熱法(DSC)是在程控溫度下測量輸入到物質(zhì)和參比物之間功率差與溫度關(guān)系的技術(shù)。由于試樣的熱量變化隨時可得到補(bǔ)償,試樣與參比物的溫度始終相等,避免了參比物與試樣之間的熱傳遞,故儀器反應(yīng)靈敏,分辨率高,重現(xiàn)性好。實(shí)驗(yàn)中使用的CDR-4P型差動熱分析儀采用計(jì)算機(jī)自動采集數(shù)據(jù)系統(tǒng),測量誤差小于1%。用國際熱分析協(xié)會(ICTA)規(guī)定的光譜純校準(zhǔn)物質(zhì)In和Sn對儀器校準(zhǔn),實(shí)驗(yàn)條件為:試樣質(zhì)量3~5mg,加熱速率10℃/min,參考物質(zhì)為光譜純Al2O3,靜態(tài)空氣氣氛,鉑金坩堝。在上述實(shí)驗(yàn)條件下,對鶴峰茶葉和恩施茶葉從室溫到600℃進(jìn)行DSC掃描。熱重法是在程序控制溫度下借助熱天平以獲得物質(zhì)的質(zhì)量與溫度關(guān)系的一種技術(shù)。儀器用光譜純的Ni校準(zhǔn)。使用WRT-2P熱重分析儀在程序溫度控制(等速升溫)下,用10℃/min的升溫速率測量茶葉樣品從室溫到600℃的熱重曲線。結(jié)果發(fā)現(xiàn),不同產(chǎn)地的茶葉,因鞣質(zhì)含量、半纖維素和纖維素的含量不同,其熱化學(xué)性質(zhì)必然存在差異。因此,熱分析方法是一種鑒別不同原產(chǎn)地茶葉的有效方法。通過熱分析法建立不同原產(chǎn)地茶葉的標(biāo)準(zhǔn)熱譜曲線,從加熱失重、焓變和峰的位置可快速簡便地鑒別不同產(chǎn)地的茶葉,提高對偽劣茶葉進(jìn)行監(jiān)管的科學(xué)性。

通過上述技術(shù)可以對茶葉產(chǎn)品進(jìn)行唯一標(biāo)識,以建立茶葉質(zhì)量跟蹤與追溯體系,保證茶農(nóng)對茶葉的跟蹤和消費(fèi)者對茶葉產(chǎn)品信息的追溯,提高茶葉企業(yè)應(yīng)對突發(fā)事件的能力,有利于打破貿(mào)易壁壘,提高產(chǎn)品競爭力,減少處理突發(fā)事件的費(fèi)用,增強(qiáng)消費(fèi)者的購買欲,建立可追溯體系是我國茶葉市場發(fā)展的必然選擇。

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