摘要:茶氨酸是茶叶中特有的一种氨基酸，与茶叶品质有密切的关系；因其具有各种重要生理特性，拥有极大提高人们生活水平的作用，因此对茶氨酸的检测备受关注。本文综述了茶氨酸检测的研究现状和拉曼光谱技术的原理和特点，以及茶氨酸拉曼光谱技术研究的现状。利用inVia显微共焦激光拉曼光谱仪测试了茶氨酸纯品的拉曼光谱，并对其进行初步谱峰归属和分析，在898、937、1152、1311、1357、1452、1647cm找到了7个明显的拉曼信号，作为茶氨酸的特征峰，结果表明：拉曼光谱可能提供一种直接、准确和快速的检测茶氨酸的新方法。
关键词:茶氨酸拉曼光谱 测试 谱峰 归属 分析
引言
作为茶叶特有的氨基酸，茶氨酸是茶叶主要的呈味物质之一，其含量的高低与茶叶的质量有密切关系；同时，茶氨酸具有多种生理功能和药理活性，甚至被称为“天然的镇静剂”。茶氨酸可以改良品质、改善风味，因此也越来越多地被用作功能成分添加到食品和药品中，开发功能食品和药品，随着茶氨酸生理功能逐渐被人们所了解，其需求也日益增长，对于茶氨酸的研究也显得相当重要。加强对茶氨酸的研究,尤其是对茶叶中茶氨酸含量的测定，不仅有助于改善茶叶的品质，提高我国茶叶市场的竞争力，推动茶叶行业的发展。同时有助于茶氨酸生理功效的开发和使用。但是，目前对茶氨酸的检测虽然能够得到较准确的结果，但是操作过程比较繁琐，通常需要对茶氨酸进行前期的衍生化处理，而且精度和灵敏度也有待进一步提高。而拉曼光谱是一种基于非弹性光散射的光谱技术，具有快速、样品制备简单(很多样品无需处理，可以进行无损伤鉴别)及精确等诸多优点，被广泛应用于有机、无机、高分子、生物、环保、农业、医学等各个领域，成为重要的分析方法和手段之一，本文通过对茶氨酸的拉曼光谱的测试和分析，旨在为茶氨酸的拉曼光谱检测技术的形成提供有效的依据和参考。
2茶氨酸及其检测的研究现状
2.1茶氨酸的简要介绍
茶氨酸的系统命名为：N一乙基-T-谷氨酰胺，于1950年由日本人酒户弥二郎博士首次发现，是茶叶特有的一种氨基酸，占茶叶游离氨基酸总量的40%-70%，其分子式为C7H14N2O3，天然的茶氨酸均为L型，结构如下图所示：
图1-1：茶氨酸的结构图
2.2茶氨酸的理化特性
如上所述，自然存在的茶氨酸均为L型，纯品为白色针状结晶，熔点217-218℃(分解)，比旋光度 =0.7℃，极易溶于水，而不溶于无水乙醇和无水乙醚，水溶液呈微酸性，性质稳定，有焦糖香及类似味精的鲜爽味，茶氨酸安全无毒[2]。经25%硫酸或者6mol/L的盐酸水解可以分解为L-谷氨酸和乙胺；茶氨酸具有很强的茚三铜反应，用茚三铜显色为紫色，同时易与碱式碳酸铜生成淡紫色柱状铜盐。
2.3茶氨酸研究的生理功效
茶氨酸具有很多的生理功效，越来越多地被用于药品领域和食品领域，其药用功能对于某些疾病的预防具有相当重要的作用，而作为食品添加剂，它又能改进食品的风味。综合前人的研究成果，茶氨酸的药理功效概括如下：（1）降血压，（2）抗肿瘤，（3）镇静，松弛和保护神经，（4）改善经期综合症，（5）减肥，（6）抗疲劳；由于茶氨酸具有特定的药理功效和独特的鲜爽味，因此在食品领域中经常被当作添加剂添加到功能食品和茶饮料中，而且由于茶氨酸的安全无毒，并没有摄入量的限制。
2.4茶氨酸检测的研究现状
目前为止，茶氨酸的测定方法主要有以下几种：茚三铜显色的薄层色谱法、气相色谱法、液相色谱法和胶束电动气毛细管色谱法，以及氨基酸自动分析仪和高效液相色谱法等等。尽管各种方法都能很好地实现对茶氨酸的测定，但是各种方法都存在着一些不足。如由于茶氨酸无荧光特性，因此各种色谱法均要经过衍生后采用荧光或者紫外检测器检测，使得试样处理繁琐；而氨基酸自动分析仪不能一次性分离茶氨酸和茶叶当中的其他18种氨基酸；近年来虽然有学者提出未衍生化高效液相色谱法测定茶氨酸，在一定程度上简化了测定程序，但是不经衍生化处理，检测的灵敏度较低；而其他改进措施，如高效液相色谱-大气压电离质谱法也同样存在样品准备和实验过程繁琐等不足。
3拉曼光谱技术的介绍
3.1拉曼光谱技术的基本原理
一束光入射于试样后有有三个可能的去向：一部分光被透射，一部分光被吸收，还有一部分光被散射。散射光中的大部分，波长与入射光相同，称为瑞利散射，而一小部分由于试样中分子振动和分子转动而发生波长偏移，这种发生波长偏移的散射成为拉曼散射，其对应的光谱就是拉曼光谱。其中具有比入射光子长的波长的一部分，由光子的一部分能量传递给物质分子，称为Stokes拉曼散射；反之成为反Stokes拉曼散射。
从微观角度来讲，拉曼散射是由光子的非弹性碰撞产生的，这种散射过程不包括能级间的直接跃迁，而是一种与中间虚态有关的过程。
其中，Stokes和反Stokes拉曼散射光的频率与入射光子的频率差△V称为拉曼频移（亦称为偏移的波数）。物质内不同基团与化学键有着不同的振动能级，并且分子振动能级的改变会引发拉曼频移△V的变化，因此根据拉曼频移不仅可以判断分子中所含的化学键与基团的种类，还可以及时地发现分子结构发生的细微变化。
通常，有机分子的拉曼光谱外振动和分子内振动，外振动的谱峰一般在较低的波数，而分子内的振动则是由各个基团的振动模式决定[20]。
3.3拉曼光谱技术的特点
拉曼光谱技术能从分子水平上识别物质的结构，能准确确定物质内部所包含的的化学键和基团及其化学环境的变化。具有以下的特点：
（1）拉曼光谱测试一般不触及试样，也不必对试样做任何的修饰，因此测试之前不必预先作试样的准备和处理，也不会对样品造成损伤；
（2）不同状态的物质都可以直接用激光照射到样品上得到拉曼光谱；
（3）可以用水作为溶剂，因为水是弱的散射体；
（4）对样品数量也要求不高，甚至能够测量微克数量级的样品。
4茶氨酸拉曼光谱的初步研究
鉴于目前茶氨酸不同的检测方法都存在着各不一样的不足，以及拉曼光谱技术独特的非接触、免前期样品处理等优点，本实验中，我们将用共焦拉曼光谱测试茶氨酸纯品的拉曼光谱，并对其谱峰进行初步归属，找到茶氨酸的特征拉曼峰和拉曼频率，为后期进一步深入的研究提供参考。
4.1实验材料和方法
4.1.1实验材料
试验中使用的茶氨酸为L-茶氨酸，为粉末状，是通过微生物发酵方法得到的，购自于无锡江大百泰科技有限公司，分析纯(≥99%)；使用的样品载体为石英玻璃片。
4.1.2实验仪器
实验中使用的拉曼光谱仪为英国Renishaw公司生产的inVia显微共焦激光Raman光谱仪，inVia拉曼光谱仪是Renishaw公司于2003年生产推出的，系统的组成部分和光路如图5-1所示。相比于其他同类的激光拉曼光谱仪，inVia光谱仪的主要特点如下：
（1）灵敏度远高于其它同类拉曼谱仪；
（2）仪器精度和重复性好；
（3）可一次连续大范围扫描，无需使用低分辨率光栅；
（4）光通量大，稳定性好。
实验中采用的光源是半导体激光器，激发光波长为785nm，曝光时间为10s。
图5-1：inVia拉曼激光系统的组成部分和光路
4.2结果和讨论
实验中所测得不同功率下的茶氨酸的拉曼光谱
（1）噪声干扰较小，获得的光谱谱峰比较明显；
（2）在不同的激光功率下，测得的茶氨酸拉曼光谱谱峰位置基本一致。
为了更好地分析茶氨酸的拉曼光谱特征，我们使用Origin8对实验所测得的拉曼光谱进行取平均操作，得到如图5-4所示的拉曼光谱图：
图5-4：经分析得到的茶氨酸拉曼光谱图
通过“拣峰”，我们得到了茶氨酸的拉曼光谱的谱峰的位置，通过查阅相关文献，我们对各谱峰的进行了初步的归属，通过对观察茶氨酸的谱图以及对其谱峰的归属的总结，我们很容易发现，茶氨酸的拉曼光谱存在着比较明显的拉曼信号，这些拉曼信号可能就是茶氨酸的特征峰，将作为茶氨酸的定量和定性分析的重要依据。
而通过茶氨酸的拉曼光谱我们也可以发现茶氨酸各化学键和基团的振动呈现以下的一些特征：
(1)谱峰比较集中集中的是在800-1500cm-1之间，较高波数对应的通常是分子内部基团的振动，由此说明茶氨酸内部基团的振动情况比较复杂。
(2)碱基和氨基的振动：分子内部，茶氨酸的碱基和氨基的振动相对来说比较简单，碱基的振动主要是1642 cm-1的剪式振动，在824cm-1也可以找到一个对应于碱基的摇摆振动的峰，但是强度很弱；而羧基振动的峰集中在400-550cm-1之间，强度也比较弱。分子间电离产生的COO-相对来说会比较强，集中在1400-1550cm-1之间。NH3+则是能够发现两个强度差不多的峰，分别处于1524cm-1和1087cm-1。
(3)甲基和次甲基的振动复杂，峰的数目较多，而且强弱不一，这与茶氨酸内部甲基和次甲基数目比较多也有一定的关系。
5结论
本文综述了茶氨酸检测的研究现状和拉曼光谱技术的原理和特点，以及基于拉曼光谱技术对氨基酸的研究的现状。在此基础上，利用inVia显微共焦激光拉曼光谱仪测试了茶氨酸纯品的拉曼光谱，对其进行初步谱峰归属；并根据其拉曼光谱图，对其化学键和基团的振动特点做了初步的分析；尤其重要的是，在找到的这些明显的拉曼信号，作为茶氨酸的特征峰。
在今后的研究中，可以以此为依据，建立茶氨酸的定量检测的方法，也可以与表面增强拉曼光谱(SERS)技术相结合，进一步研究和了解茶氨酸分子的一些内部结构特征，为茶氨酸的研究，甚至是茶叶品质鉴定的研究提供更有效的参考和依据。
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