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摘 要:茶叶中含有多种成分,利用近红外光谱能够对其进行快速检测。其中,茶多酚作为衡量茶叶品质的重要指标之一,对其含量检测具有重要意义。本文选取信阳毛尖茶作为样本,利用近红外光谱法,结合偏最小二乘法建立茶多酚含量模型,选取65个样本作为校正集,15样本作为预测集。预测集的相关系数为0.9755,均方根为0.0293。
关键词:信阳毛尖;近红外光谱;茶多酚;偏最小二乘法模型
中图分类号:TS272 文献标识码:A DOI:10.11974/nyyjs.20160932215
引言
信阳毛尖作为信阳名片,因具有“细、圆、光、直、多白毫、香高、味浓、汤色绿”的独特风格而享誉中外。信阳毛尖品质优异,外形细、圆、光、多白毫,色泽翠绿。常喝信阳毛尖对人体有清心明目、提神醒脑等作用。信阳毛尖含有多种对人体有益的成分,比如氨基酸,茶多酚类,可溶性糖等[1]。其中茶多酚类为重要成分之一,它的含量决定了茶叶的色香味,而且对人体还有一定的保健作用,例如抗辐射、排毒等。茶多酚作为衡量茶叶品质的重要指标,对其含量检测具有重要的现实意义。
现如今茶多酚含量的检测基本上有2种方法:理化分析法,此法检测结果准确,但是比较麻烦,耗时耗力还须破坏试剂和样本;光谱分析法,此方法简单快速,而且无污染,不损坏,有着很高的应用价值[3]。
近红外光谱技术主要利用光谱仪采得的样本光谱数据与理化检验所得到的相对准确的值进行建模分析,然后对未知数据进行快速预测的一种分析方法,运用范围很广[4-6]。
本文主要利用近红外光谱法对不同种类的信阳毛尖茶进行采样建模分析,以实现对其茶多酚含量的快速测定,取得了良好效果。
1 测量过程
1.1 试验仪器
试验采用了荷兰Avantes公司生产的Avaspec-NIR256-2.5TEC型光纤光谱仪,此光谱仪扫描范围为1000~2500nm,波长范围内的应用分辨率为6~90nm,灵敏度为70000(单位:计数/微瓦每毫秒积分时间)。实验中将样本放置的专用托盘上,将光谱仪与计算机相连,光纤将光线照射到样本上,光谱仪将接收到的反射光谱传入计算机。再采用MATLAB7.0来建立模型。采集系统如图1所示。
1.2 试验样本
采用不同时节、年份、产地等信阳毛尖80种,分别对其茶多酚含量按GB/TB8313-2008标准进行理化检测,测的相关数据作为标准值以备用。部分值如表1所示。
1.3 试验方法
1.3.1 光谱采集
将研磨过后的茶叶样本放置于近红外光谱仪专用的托盘中,并将其摊放均匀,然后开始采集样本的吸收光谱。设置扫描次数为32次,工作温度控制在20~25℃,对每个样本重复扫描3次,对3次采集的光谱进行平均处理。
1.3.2 光谱预处理
为了避免试验中存在的极大的影响建模分析精确度的各种干扰,需要在建模之前对采得的光谱数据进行预处理。本实验选取了几种常见的光谱预处理方式对原始光谱进行预处理,包括平滑处理、多元散射校正、导数处理等[7]。对比每种预处理方式对建模分析精确度的影响,以确定最佳的预处理方式。
2 结果与分析
2.1 光谱采集结果
如图2所示为80种信阳毛尖茶叶所采集的原始近红外光谱图,由于存在干扰,需要将原始光谱进行预处理,以最大限度的消除噪声。
从图2可以看出,在1000~2500nm波段上,信阳毛尖茶叶的光谱图包含了丰富的信息,从图形上来看,光谱图形曲线大致相同,这是由于茶叶所含化学成分基本相同所决定的,波峰波谷的值的不同只是由于年份或者某些成分含量的些许差异而导致吸光度的不同。
2.2 建模分析与预测
本实验从80个样本中随机抽取其中的65个样本用作校正集,剩余的15个样本作为预测集,选用全波段光谱信息,以理化检验数据为标准值,对其进行偏最小二乘建模分析。
根据建模分析标准,相关系数R越接近1表示样本相关性越好,RMSE值越接近0表示预测的误差越小。不同的预处理方法对预测有很大的影响,其中原始光谱的R值最小,RMSE值最大,误差较大,而经过平滑处理的光谱数据R值最接近于1,RMSE值也最小,所以,经过平滑处理的光谱数据的模型要优于原始光谱和其他处理方式。所以选用经过平滑处理的预处理方式。
经过平滑处理的光谱数据,采用偏最小二乘法建模得出部分结果如表所示:
经过建模分析,利用训练的模型对预测集进行预测,得到的预测集相关系数为0.9755,最大误差为3.87%,最小误差为1.22%,均方根为0.0293,如图所示,为预测值与实际值的相关系数图。
3 结语
随着科技的发展,茶叶工业也在迅速进步,快速检测茶叶成分成为重要的发展目标。本实验利用近红外光谱技术对信阳毛尖茶叶中的茶多酚含量进行快速检测,未知样本只需经过简单处理,采集其近红外光谱数据即可得到以往需要复杂理化测试才能得到的结果,且预测值与实际值相关性良好。本实验通过采集样本光谱数据,并对光谱进行预处理,选择最优方法建立偏最小二乘模型,其预测相关系数为0.9755,均方根误差为0.0293。实验表明,运用近红外光谱对信阳毛尖茶叶中茶多酚含量的快速检测比较准确,并可拓展至其他各成分检测。
参考文献
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[2]陈宗懋,俞永明,梁国彪,等.品茶图鉴[M].北京:中国友谊出版公司,2006.
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