LED 光源在茶葉加工中的應(yīng)用研究進(jìn)展

余子銘，馬夢君，郭志明，程繁楊，丁坤明，劉國慶，程長松，姜 華，涂修亮

（1.咸寧市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，湖北 咸寧 437100；2.咸寧香城特色農(nóng)業(yè)技術(shù)研究院有限公司，湖北 咸寧 437100；3.咸寧芽旗香茶業(yè)發(fā)展有限公司，湖北 咸寧 437100）

LED 光源（Light emitting diode）即發(fā)光二極管光源，是一種冷光源，具有體積小、壽命長、節(jié)能環(huán)保、光電換效率高等優(yōu)點［1］?？赏ㄟ^紅光、藍(lán)光、綠光及黃光等不同光質(zhì)的組合和調(diào)控，實現(xiàn)各種不同光譜的精準(zhǔn)配置和科學(xué)控制［2］。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科研活動中采用LED 光源，能夠集中有效波長進(jìn)行近距離均衡照射［3］，提高光能利用效率，實現(xiàn)高效能、低熱負(fù)荷和緊湊空間的集約化植物生產(chǎn)［4］。

光源是茶葉生產(chǎn)加工中的重要影響因素，通過光調(diào)控，對于茶葉制品的香氣形成、湯色改善以及滋味提高等方面具有積極作用［5，6］。隨著茶葉加工中的光作用機理和光調(diào)控技術(shù)逐漸成為茶學(xué)研究的熱點問題，LED 光源在茶葉加工過程中的應(yīng)用發(fā)展速度較快［7］。本研究綜述了LED 光源對茶葉加工及其品質(zhì)形成的影響研究，以及LED 光源在綠茶、白茶、紅茶以及烏龍茶生產(chǎn)加工過程中的應(yīng)用研究進(jìn)展，并對LED光源在茶葉加工中的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

1 LED 光源在綠茶加工中的應(yīng)用

傳統(tǒng)綠茶加工工序主要是殺青、揉捻（做形）和干燥，攤放（萎凋）作為茶葉加工的預(yù)處理步驟，一般不被作為綠茶加工工序，但在名優(yōu)綠茶研究理論和生產(chǎn)實踐中被證明和廣泛應(yīng)用［8］，科學(xué)合理的鮮葉攤放（萎凋）有利于綠茶色、香、味品質(zhì)的改善。有研究認(rèn)為，光萎凋有利于提高茶葉鮮葉中某些酶的活性［9］，如脂氧合酶和糖苷酶等［10］，促進(jìn)類脂物質(zhì)和糖苷類香氣前體物質(zhì)發(fā)生酶促氧化降解，在后續(xù)加工過程中有利于綠茶香氣品質(zhì)的形成，同時促進(jìn)氨基酸、茶多酚和水浸出物等生化成分含量增加，從而提高綠茶的風(fēng)味品質(zhì)。

在人工光照萎凋研究領(lǐng)域，袁林穎等［11］采用一芽一、二葉為試驗原料，以自然光萎凋為對照，分別采用紅、黃、橙、綠、藍(lán)光質(zhì)LED 單色光進(jìn)行光照萎凋，探究了不同LED 單色光在萎凋步驟中對茶葉主要生化成分含量變化及其品質(zhì)的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與對照組（自然光萎凋）相比，適宜的LED 光萎凋有利于綠茶的主要內(nèi)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 光萎凋葉的茶多酚含量隨時間增加而下降，其中下降趨勢最明顯的是藍(lán)光萎凋；此外，不同LED 單色光萎凋葉的咖啡堿含量相對穩(wěn)定。黃海濤等［12］認(rèn)為外界環(huán)境中溫度、濕度、光照的不斷變化影響茶葉香氣品質(zhì)的形成，其茶葉感官審評結(jié)果表明，適宜的LED 光質(zhì)（如橙光、綠光）照射萎凋有利于綠茶的湯色、香氣及滋味品質(zhì)提升，在一定程度上有利于夏秋綠茶品質(zhì)的改善。因此，在夏秋綠茶加工過程中，除了可以加入一定量的單寧酶來消除部分苦澀味外［10］，還可采用LED 光質(zhì)萎凋進(jìn)行綠茶加工預(yù)處理，以改善夏秋綠茶的滋味品質(zhì)。

2 LED 光源在白茶加工中的應(yīng)用

白茶傳統(tǒng)工藝中僅包含萎凋和干燥兩道工序，萎凋工序是白茶品質(zhì)形成的關(guān)鍵，雖耗時較長，但漫長的水分散失過程使鮮葉內(nèi)部發(fā)生了一系列復(fù)雜的生理生化反應(yīng)，為白茶香氣和滋味形成奠定了基礎(chǔ)［13］。白茶萎凋方式通常分為自然（日光）萎凋、加溫萎凋與復(fù)式萎凋等，其中自然（日光）萎凋是傳統(tǒng)也是生產(chǎn)中常用的萎凋方式［14］，該萎凋方式制成的成品茶品質(zhì)最佳［15］。白茶品質(zhì)特征與萎凋過程中鮮葉成分轉(zhuǎn)化緊密相連，故品質(zhì)優(yōu)異的白茶加工應(yīng)從調(diào)控萎凋工藝開始［16］。若收茶季節(jié)時常下雨，無法進(jìn)行自然日光萎凋，鮮葉萎凋效果則無法得到保證，易造成茶葉品質(zhì)下降。因此，根據(jù)應(yīng)用需求模擬自然光的LED 光源在輔助白茶加工過程中的萎凋工序顯得格外重要。

羅玲娜等［17］探究了不同波長LED 可見光對白茶萎凋的影響，結(jié)果表明，在萎凋過程中加入LED光源，不僅縮短萎凋時長，提高茶葉生產(chǎn)效率，更有利于白茶品質(zhì)形成；其中，LED 黃光萎凋條件下白茶綜合品質(zhì)最優(yōu)。萎凋時間直接影響白茶品質(zhì)形成，若過短，茶多酚氧化不夠，茶多酚含量高造成茶湯苦澀味加重；若過長，風(fēng)味物質(zhì)消耗過多，滋味寡淡，不利于品質(zhì)的形成［18］。由此可見，LED 光源在加快茶葉萎凋進(jìn)程中起促進(jìn)作用，這與張靈枝等［19］、黃國資等［20］、張艷麗［21］關(guān)于不同光源對烏龍茶品質(zhì)的研究結(jié)果基本一致。周寒松等［22］、潘玉華等［23，24］研究發(fā)現(xiàn)，茶葉加工過程中適宜的溫度、濕度加上合理的LED 光照萎凋，有利于茶的失水及其生化成分變化協(xié)調(diào)一致，提高品質(zhì)。此外，在LED 光源萎凋影響白茶品質(zhì)研究的基礎(chǔ)上，黃藩等［25］采用LED 精量調(diào)制光源，通過高效液相色譜、超高效液相色譜串聯(lián)三重四級桿質(zhì)譜等方法，以無光處理為對照，研究日光、藍(lán)光、黃光和紅光萎凋?qū)ω暶及撞柚饕煞旨案泄倨焚|(zhì)的影響。結(jié)果表明，紅光萎凋?qū)Π撞枳涛短岣咝Ч罴?，這與羅玲娜等［17］的研究結(jié)果稍有差異，可能是兩者研究的茶葉品種不同，故萎凋過程中內(nèi)含物質(zhì)成分轉(zhuǎn)化和積累有所差異。

3 LED 光源在紅茶加工中的應(yīng)用

國內(nèi)外都有學(xué)者研究光質(zhì)對茶葉品質(zhì)的影響，如中野不二雄等［26］探討了遠(yuǎn)紅外線在制茶中的應(yīng)用，認(rèn)為采用日光萎凋處理的茶葉香氣成分顯著增加；竹尾中一等［27］研究了光質(zhì)對烏龍茶和紅茶香氣品質(zhì)的影響，認(rèn)為適宜的光質(zhì)有利于茶葉品質(zhì)形成。此外，陶漢之等［28］的研究結(jié)果表明，紅光照射條件下茶樹光合速率顯著提高，碳水化合物形成顯著增加，從而使茶多酚含量顯著提高，同時發(fā)現(xiàn)藍(lán)紫光在促進(jìn)氨基酸和蛋白質(zhì)合成方面具有積極影響。隨著消費者越來越喜愛高香紅茶，光波萎凋在紅茶加工中應(yīng)用逐漸增多，不同光質(zhì)對紅茶品質(zhì)影響的研究成為熱門［29-31］。光質(zhì)萎凋可提高茶葉中揮發(fā)性香氣物質(zhì)的種類和總量，促進(jìn)β-葡萄糖苷酶活性的提高，從而促進(jìn)花香、甜香物質(zhì)形成，而光質(zhì)萎凋?qū)扇苄蕴?、茶多酚含量的影響有所差異，但總體來說，光質(zhì)萎凋會降低酯型兒茶素含量［32-36］，從而減少茶湯中的苦澀味，進(jìn)而提高茶葉品質(zhì)。

在紅茶加工應(yīng)用中，曹藩榮等［37］采用白熾燈結(jié)合機械鼓風(fēng)對紅茶進(jìn)行補光萎凋，其制成的紅茶綜合品質(zhì)較佳。周穎等［38］的研究結(jié)果表明，茶葉制品中水浸出物含量隨紫外光照時間延長而增加，多糖含量相對穩(wěn)定，且在照射2 h 后其氨基酸、生物堿含量較高，茶多酚、茶黃素含量增加，表明紫外光照有利于工夫紅茶品質(zhì)的形成。黃藩等［39］探究了LED紅光和藍(lán)光對工夫紅茶鮮葉萎凋的影響，根據(jù)其兒茶素和氨基酸組分含量變化測定和品質(zhì)分析，結(jié)果表明，在LED 紅光萎凋條件下工夫紅茶品質(zhì)最優(yōu)。項麗慧等［34］通過對工夫紅茶黃光萎凋葉中β-葡萄糖苷酶基因（CsBG1、CsBG2）、β-櫻草糖苷酶基因（CsBP）相對表達(dá)量和β-葡萄糖苷酶活性進(jìn)行實時測定，結(jié)合感官審評對其揮發(fā)性香氣組分進(jìn)行綜合分析，結(jié)果表明，在LED 黃光萎凋條件下，CsBG1、Cs-BG2、CsBP在全萎凋過程中相對表達(dá)量均顯著上調(diào)，推測LED 黃光萎凋前期促進(jìn)了與萎凋葉香氣有關(guān)酶基因的表達(dá)，而后期調(diào)控β-葡萄糖苷酶活性增強，綜合調(diào)控促進(jìn)工夫紅茶甜花香顯現(xiàn)，品質(zhì)提升。此外，孟慧等［40］研究表明，LED 紅光、黃光和橙光處理均可促進(jìn)香氣物質(zhì)如橙花叔醇及其異構(gòu)體的生成，不同光質(zhì)處理均可顯著提高β-紫羅酮含量，其中橙光處理能較好地提高茶葉感官品質(zhì)，這與黃藩等［39］前期研究結(jié)果有所差異，可能與供試茶樹品種不同有關(guān)。羅紅玉等［41，42］探討了光質(zhì)萎凋?qū)Σ煌铇淦贩N紅茶品質(zhì)的影響，結(jié)果表明，福鼎大白茶、蜀永1 號、四川中小葉種紅茶最佳萎凋光質(zhì)均為1 500 lx 黃光，該光強的黃光萎凋可較大程度降低萎凋葉中茶多酚含量，提高氨基酸、可溶性糖含量，降低酚氨比值，且黃光萎凋制成的紅茶感官品質(zhì)最佳，這也與張貝貝等［43-45］的研究結(jié)果基本一致；其研究結(jié)果表明，紅茶香氣以黃光、紅光處理相對突出，湯色以黃光、橙光處理評分較高，滋味以黃光、橙光、紅光處理較優(yōu)，故綜合感官審評結(jié)果及理化成分分析表明，黃光萎凋條件下，紅茶各項感官品質(zhì)最佳。

LED 光源除了影響紅茶萎凋過程，還影響其光合作用。鄭潔等［46］研究發(fā)現(xiàn)紅光、藍(lán)光波段光照對植物光合作用也具有顯著影響，紅光顯著促進(jìn)糖類積累，紅光和藍(lán)光也顯著提高保衛(wèi)細(xì)胞中有機酸、糖等含量，這直接導(dǎo)致茶葉萎凋過程中光合作用初級代謝產(chǎn)物糖的增加，并促進(jìn)了茶葉次級代謝?；谝陨涎芯拷Y(jié)果，研究者根據(jù)在紅茶發(fā)酵過程中茶黃素含量從低向高變化出現(xiàn)的最高點正好是發(fā)酵適度點，采用單片機、白色LED 發(fā)光管等發(fā)明了一種確定工夫紅茶發(fā)酵適度的新方法［47，48］。

4 LED 光源在烏龍茶加工中的應(yīng)用

日光萎凋在生產(chǎn)中是一種既省時又省力的常用萎凋方式［14］，但受自然條件限制，其穩(wěn)定性和可控性較差［49］。許多學(xué)者開展針對陰雨天氣補光萎凋技術(shù)的相關(guān)研究，通過模擬萎凋過程需要的光源實現(xiàn)人工光照萎凋，解決“靠天做茶”導(dǎo)致茶葉品質(zhì)不穩(wěn)定的難題。黃國資等［20］對黃金桂品種進(jìn)行光照曬青試驗，結(jié)果表明，晴天以自然日光加工成品茶品質(zhì)最好，而陰雨天采用復(fù)合光照萎凋可以顯著提高成品茶品質(zhì)。王婷婷等［50］為解決烏龍茶陰雨天制茶難、品質(zhì)低等問題，探究了LED 藍(lán)光在雨水青萎凋過程中光響應(yīng)變化規(guī)律及理化變化的作用，結(jié)果表明，與對照組相比，LED 藍(lán)光萎凋顯著提高了烏龍茶雨水青的凈光合速率、萎凋葉水浸出物含量、可溶性總糖含量，同時降低酚氨比，獲得優(yōu)質(zhì)烏龍茶?；谝陨涎芯?，金心怡等［51］發(fā)明了一種LED 光源茶葉萎凋裝置，在一定程度上可以實現(xiàn)茶葉全天候人工控制萎凋工廠化。鄭淑琳等［52］采用紅外燈照射處理輔助武夷巖茶雨水青萎凋，發(fā)現(xiàn)LED 紅外燈對武夷巖茶生化成分和感官品質(zhì)也具有顯著促進(jìn)作用。

陳壽松等［53，54］也提出陰雨天不利于烏龍茶的日光萎凋，可借助LED 萎凋保證茶葉風(fēng)味品質(zhì)形成。其研究結(jié)果表明，與對照組相比，LED 補光的毛茶中橙花叔醇和α-法呢烯等香氣物質(zhì)含量顯著提高，說明光照顯著調(diào)控烏龍茶中萜類化合物的形成。隨后在其多次間歇LED 光源照射的研究中，采用LED 白光進(jìn)行多次光照射處理創(chuàng)新工藝試驗［55，56］，發(fā)現(xiàn)適度增加LED 光照次數(shù)顯著促進(jìn)了鐵觀音中呈花果香氣味的α-法呢烯和橙花叔醇含量的提高，該研究結(jié)果可為提高烏龍茶香氣品質(zhì)及建設(shè)烏龍茶全天候工廠化連續(xù)化加工生產(chǎn)提供理論基礎(chǔ)和科學(xué)參考。此外，游芳寧等［57，58］基于鐵觀音萎凋葉的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在溫度一致的條件下，單獨的光照因子對相關(guān)基因表達(dá)和主要萜類香氣組分生成具有顯著調(diào)控作用。王登良等［59-61］先后采用不同光波以及光照度處理對單樅茶鮮葉進(jìn)行曬青試驗，發(fā)現(xiàn)在波長＞520 nm 和光照度為13 725～16 774 lx 的光照條件下進(jìn)行30 min 曬青，所制成品茶中芳香物質(zhì)種類較多，香氣濃郁，單樅茶品質(zhì)較佳。隨后，覃玉等［62］選取黃橙光進(jìn)一步研究，發(fā)現(xiàn)黃橙光曬青條件下所制毛茶含有的芳香物質(zhì)種類和總量比全光曬青處理顯著提高，故認(rèn)為黃橙光是該茶曬青過程中香氣成分變化的主要影響因素。

歐燕清等［63］研究認(rèn)為日光曬青有利于單叢茶品質(zhì)形成，主要是因為光照處理顯著增加了茶多酚含量，并提出紫外線可能導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性從而抑制多酚類氧化酶的酶促氧化反應(yīng)，最終影響茶葉品質(zhì)。但吳秋兒等［64］、危賽明［65］研究認(rèn)為LED 紅外燈或鏑燈曬青所制烏龍茶品質(zhì)優(yōu)于日光曬青所制。李小娟等［66］采用陽光、近紅外燈、中波紫外燈3 種光源照射茶鮮葉，比較處理后的攤青葉芳香物質(zhì)的轉(zhuǎn)化作用與變化效果，同時結(jié)合碰青處理（單叢茶特有的加工工序）比較和測定攤青葉芳香化合物的轉(zhuǎn)化和含量積累，發(fā)現(xiàn)適量太陽光照射加碰青處理組的效果最明顯，有利于具有花香或清香的芳香化合物轉(zhuǎn)化與積累；尤其是碰青處理使其芳香精油含量高且香氣豐富持久，鮮爽花香和甜濃花香明顯高于其他處理組；中波紫外燈組與近紅外燈組次之，但無碰青處理組的效果顯著優(yōu)于碰青處理組；因此，該研究認(rèn)為碰青處理會導(dǎo)致攤青葉機械損傷，雖能促進(jìn)糖苷酶類水解，但紫外燈組由于其光線本身特性會對細(xì)胞造成一定的傷害，結(jié)合碰青處理會導(dǎo)致傷害過度，反而降低前期照射所產(chǎn)生的芳香物含量。所以，碰青處理要適度，否則會抵消光源照射處理的效果。

此外，潘玉華［67］初步討論了不同光質(zhì)萎凋與烏龍茶品質(zhì)之間的相關(guān)性，金心怡［68］研究認(rèn)為光照萎凋有利于提高茶鮮葉某些酶活性，促使脂質(zhì)類和糖苷類香氣前體物質(zhì)發(fā)生酶促氧化降解進(jìn)而形成香氣，提高鐵觀音的品質(zhì)。楊賢強等［69］、王金賢等［70］認(rèn)為光照處理能提高中高檔茶的香氣，光輻射可以激活茶鮮葉內(nèi)含物的變化從而改善茶葉的香氣和滋味。張艷麗［21］研究表明，LED 藍(lán)光與紅光萎凋有利于提高鐵觀音和黃旦品種制成的品茶鮮爽度，降低烏龍茶茶湯苦澀味，此研究結(jié)論與范仕勝等［71］研究認(rèn)為人工光照萎凋后萎凋葉氨基酸含量增加的結(jié)果一致，但LED 藍(lán)光促進(jìn)咖啡堿積累與其研究結(jié)果又有所不同，這可能與光質(zhì)選擇有關(guān)。

5 LED光源在茶葉加工中的應(yīng)用展望

自新型冷光源LED［72］問世以來，其研究處于快速發(fā)展中，生產(chǎn)加工中采用日光萎凋加工烏龍茶、紅茶、白茶、綠茶，不僅可以提高茶葉香氣，還可以顯著降低茶葉苦澀味［73］?；鸾艿龋?4-76］研究表明，鮮葉物理特性及呼吸特性可以通過萎凋溫度和光照度的調(diào)控促進(jìn)其向有利于品質(zhì)生成的方向發(fā)展，LED 光照萎凋處理作為替代日光萎凋的技術(shù)方法，可以解決不可控因素導(dǎo)致茶葉品質(zhì)不穩(wěn)定［77，78］的難題，對穩(wěn)定烏龍茶、高香型紅茶、白茶、綠茶的品質(zhì)具有重要價值［33］。

在茶葉生產(chǎn)加工中，萎凋工序長且萎凋程度的掌控仍需人工經(jīng)驗，故在茶葉連續(xù)化加工生產(chǎn)中實施難度較大。但如果能在茶葉加工連續(xù)化生產(chǎn)中，通過LED 光源的光質(zhì)變化處理控制萎凋進(jìn)程，也許可基本實現(xiàn)茶葉加工連續(xù)化生產(chǎn)［79］，對于未來茶葉連續(xù)化生產(chǎn)的推廣應(yīng)用和茶葉產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級意義重大。

此外，LED 光源還可以應(yīng)用在茶樹育種栽培中，對茶樹進(jìn)行專一有效的調(diào)控，在茶葉生產(chǎn)前期培育出豐富且有益的內(nèi)含成分的茶樹，這將是中國茶產(chǎn)業(yè)具有發(fā)展的新突破。在茶園生態(tài)管理方面，也可嘗試推廣LED 光伏大棚茶園。已有實踐案例證明，與露天茶園、普通大棚茶園相比，利用光伏結(jié)合LED光補償技術(shù)不僅可以有效延長茶樹生命周期，提高茶鮮葉產(chǎn)量，減少病蟲害的污染，還能實現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)、節(jié)能減排的可持續(xù)茶園發(fā)展理念。