CN103134850B - 一种基于特征香气的茶叶品质快速检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于特征香气的茶叶品质快速检测装置及检测方法，能够通过对茶叶香气的特征信息进行分析处理，快速准确的对茶叶品质进行定量、定性分析。本发明利用气敏传感器阵列对送入气敏传感装置反应室的茶叶样本气味聚集气体进行分析，通过计算机与数据库中的数据进行比较，按照使用者需求输出被测样品的品质等级信息或被测样品的特征香气含量信息，能够通过对茶叶香气的特征信息进行分析处理，快速准确的对茶叶品质进行定量、定性分析，极大地简化了检测步骤，无需被测样品的预处理，避免了因感官审评而带来的人为因素干扰，使得测定结果更加客观准确，为茶叶品质检测提供了一种新型的无损检测装置和检测方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种茶叶品质的检测装置及检测方法，尤其涉及一种基于特征香气的茶叶品质快速检测装置及检测方法。
背景技术
茶叶香气由种类繁多的低含量挥发性物质组成，挥发性物质的含量虽然只占茶叶干重的0.02%，但对形成茶香起到了重要作用。茶叶的香气是决定茶叶品质与风味的重要因素，从上世纪五十年代开始，国内外的科研工作者开展了大量关于茶叶香气的研究工作。目前，很多研究者尝试通过提取茶叶香气的整体特征信息来研究茶叶的品质。但由于茶树品种、气候条件、加工过程等诸多因素的影响，即使相同品种的茶叶也会存在香气的差别，如何正确识别不同品种和不同品质的茶叶成为茶叶行业的研究方向。在茶叶的加工过程中，不同的加工方法可以显著影响风味物质的形成。例如在绿茶的加工过程中，不同的工艺引起香气上的很大差别，炒青茶包含苯甲醇、香叶醇、吡嗪、吡咯等焦糖香气物质，通常具有栗香或清新气味；蒸青茶包含鲜爽型的芳樟醇及其氧化物，青草香明显。目前国内外学者关于茶叶香气品质的研究主要靠感官评定和理化检测。感官评定主观性强、重复性差，只能对茶叶进行定性的评价。理化方法评定通常采用GC/MS方法，处理程序复杂，操作繁琐，需要对被测样品进行粉碎、萃取等预处理工作，不具有实时性，而且不同的香气提取方法对分析结果影响很大。采用GC/MS方法处理也仅能得出一些微观的气味特征，无法和茶叶的整体气体特征进行结合。
申请号为CN86200132的专利《茶叶等级评定仪》公开了一种用于评定茶叶品质等级的电子仪器，利用茶叶等级与容重之间的关系，对茶叶的等级进行预测。申请号为CN91224753.3的专利《茶叶等级测试仪》公开了一种利用测量介电常数来区分茶叶品质的装置，以理化方法代替感官审评，避免人为因素的干扰。但是上述两种对茶叶品质的评测方法都存在一定的局限性，效果不佳。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于特征香气的茶叶品质快速检测装置及检测方法，能够通过对茶叶香气的特征信息进行分析处理，快速准确的对茶叶品质进行定量、定性分析。
本发明采用下述技术方案：
一种基于特征香气的茶叶品质快速检测装置，包括采样室和气敏传感装置反应室，采样室和气敏传感装置反应室通过气泵连接，气敏传感装置反应室内设置有气敏传感装置，气敏传感装置的信号输出端连接信号采集模块的信号输入端，信号采集模块的信号输出端连接计算机。
所述的气敏传感装置为由多个不同的交叉敏感的金属氧化物气敏传感器并联组成的气敏传感器阵列。
所述的信号采集模块采用数据采集卡。
所述的气泵为与采样室可拆卸连接的微型气泵。
一种基于特征香气的茶叶品质快速检测方法，包括以下步骤
A：对不同品质的茶叶进行GC/MS分析，建立不同品质茶叶特征香气含量的数据库；
B：将不同品质的茶叶样品分别置于采样室，待顶部气体平衡后，利用微型气泵把采样室内的顶部气体送入气敏传感装置反应室；利用气敏传感装置对顶部气体进行分析，并将气体种类及与浓度有关的信息转换成电信号；利用信号采集模块采集气敏传感装置发送的电信号，并将电信号经去噪处理后送入计算机进行分析；
C:根据计算机分析结果，通过定量分析的方法建立不同品质茶叶特征香气的电信号与数据库中茶叶特征香气含量的关系模型；
D：按照步骤B所述的方法，对被测样品进行检测，经计算机分析处理后显示相应结果。
所述的A步骤包括以下步骤
a1:对不同品质的茶叶进行GC/MS分析，得总离子流图；
a2:对总离子流图中各峰进行质谱扫描得到质谱图,并通过计算机进行质谱数据库检索和人工谱图解析,将各峰的质谱裂片与文献核对，查对有关质谱资料，对基峰、质核比和相对丰度方面进行比较,分别对各峰加以确认,得到不同品质茶叶特征香气含量的数据库，确定不同茶叶的品质等级评判标准。
所述的D步骤包括以下步骤
d1:计算机对信号采集模块送入的数据进行处理，并判断检测模式，如果进行定性检测模式，进入步骤d2；如果进行定量检测模式，进入步骤d3；
d2:计算机将处理后的数据与数据库进行对比，显示被测样品的品质等级信息；
d3:计算机将处理后的数据与数据库进行对比，判断数据库中是否存在相同类型的茶叶特征香气含量的关系模型；如果有，则利用数据库中建立的同类型的茶叶特征香气含量的关系模型进行计算，并显示被测样品的特征香气含量信息；如果没有，计算机提示使用者先进行数据库更新，将此类型茶叶的相关信息录入数据库，再进行检测。
C步骤中所述的定量分析的方法为多元线性回归、主成分回归、偏最小二乘法、二次多项式逐步回归或人工神经网络分析方法。
所述的气敏传感装置为由多个不同的交叉敏感的金属氧化物气敏传感器并联组成的气敏传感器阵列。
本发明利用气敏传感器阵列对送入气敏传感装置反应室的茶叶样本气味聚集气体进行分析，通过计算机与数据库中的数据进行比较，按照使用者需求输出被测样品的品质等级信息或被测样品的特征香气含量信息，能够通过对茶叶香气的特征信息进行分析处理，快速准确的对茶叶品质进行定量、定性分析，极大地简化了检测步骤，无需被测样品的预处理，避免了因感官审评而带来的人为因素干扰，使得测定结果更加客观准确，为茶叶品质检测提供了一种新型的无损检测装置和检测方法。
附图说明
图1为本发明的原理框图。
具体实施方式
如图1所示，本发明所述的基于特征香气的茶叶品质快速检测装置包括采样室和气敏传感装置反应室，采样室和气敏传感装置反应室通过气泵连接，操作人员可根据试验要求选取合适大小的采样室，气泵为与采样室可拆卸连接的微型气泵。气敏传感装置反应室内设置有气敏传感装置，气敏传感装置为由多个不同的交叉敏感的金属氧化物气敏传感器并联组成的气敏传感器阵列，气敏传感装置的信号输出端连接信号采集模块的信号输入端，信号采集模块的信号输出端连接计算机。
本实施例中，气敏传感装置为由4个不同的交叉敏感的金属氧化物气敏传感器并联组成的气敏传感器阵列，气敏传感器阵列可以对气体或干扰气体的存在作出响应，与单个气敏传感器相比，气敏传感器阵列扩大了检测范围，降低了干扰，其灵敏度、可靠性和重复性都有了很大的提高，同时，四个气敏传感器组成气敏传感器阵列还具有体积较小、仪器便于携带的优点。采样室和气敏传感装置反应室是各自独立的，采样室可使茶叶样本气味聚集，由微型气泵把聚集气体带到气敏传感装置反应室与气敏传感装置发生反应，有利于减少对下一个样本的干扰。
本发明所述的基于特征香气的茶叶品质快速检测方法，包括以下步骤：
A：对不同品质的茶叶进行GC/MS分析，建立不同品质茶叶特征香气含量的数据库；
B：将不同品质的茶叶样品分别置于采样室，待顶部气体平衡后，利用微型气泵把采样室内的顶部气体送入气敏传感装置反应室；利用气敏传感装置对顶部气体进行分析，并将气体种类及与浓度有关的信息转换成电信号；利用信号采集模块采集气敏传感装置发送的电信号，并将电信号经去噪处理后送入计算机进行分析；
C:根据计算机分析结果，通过定量分析的方法建立不同品质茶叶特征香气的电信号与数据库中茶叶特征香气含量的关系模型；
D：按照步骤B所述的方法，对被测样品进行检测，经计算机分析处理后显示相应结果。
所述的A步骤包括以下步骤
a1:对不同品质的茶叶进行GC/MS分析，得总离子流图；
a2:对总离子流图中各峰进行质谱扫描得到质谱图,并通过计算机进行质谱数据库检索和人工谱图解析,将各峰的质谱裂片与文献核对，查对有关质谱资料，对基峰、质核比和相对丰度等方面进行比较,分别对各峰加以确认,得到不同品质茶叶特征香气含量的数据库，确定不同茶叶的品质等级评判标准。
所述的D步骤包括以下步骤
d1:计算机对信号采集模块送入的数据进行处理，并判断检测模式，如果进行定性检测模式，进入步骤d2；如果进行定量检测模式，进入步骤d3；
d2:计算机将处理后的信号采集模块送入的数据与数据库进行对比，通过显示模块显示被测样品的品质等级信息；
d3:计算机将处理后的信号采集模块送入的数据与数据库进行对比，判断数据库中是否存在相同类型的茶叶特征香气含量的关系模型；如果有，则利用数据库中建立的同类型的茶叶特征香气含量的关系模型进行计算，并将被测样品的特征香气含量信息通过显示模块显示；如果没有，通过显示模块提示使用者先进行数据库更新，将此类型茶叶的相关信息录入数据库，再进行检测。
C步骤中所述的定量分析的方法为多元线性回归、主成分回归、偏最小二乘法、二次多项式逐步回归或人工神经网络等分析方法。本实施例中，通过二次多项式逐步回归方法建立气敏传感装置发送信号与信阳毛尖茶叶香气特征含量之间的非线性关系。用计算机得到的气敏传感装置响应值数据库作为自变量，香气物质香叶醇、橙花叔醇、顺-茉莉酮和β-紫罗酮含量等分别作为因变量，用5个等级信阳毛尖茶叶各样本的试验数据建立模式，即可通过测试集对二次多项式逐步回归模型进行计算，并得到香叶醇、橙花叔醇、顺-茉莉酮和β-紫罗酮含量预测值和测试值的相关系数分别为0.97、0.94、0.90和0.94，相应误差平均值分别为1.7%、2.5%、5.9%和3.2%。
本发明首先建立相关数据库及关系模型，即通过GC/MS分析建立不同品质茶叶特征香气含量的数据库；利用气敏传感器阵列对各种不同品质的茶叶样品进行分析，通过定量分析的方法建立不同品质茶叶特征香气的电信号与数据库中茶叶特征香气含量的关系模型。然后在检测被测样品时，对送入气敏传感装置反应室的茶叶样本气味聚集气体进行分析，利用计算机与预先建立的数据库中的数据进行比较，按照使用者需求输出被测样品的品质等级信息或被测样品的特征香气含量信息，能够通过对茶叶香气的特征信息进行分析处理，快速准确的对茶叶品质进行定量、定性分析，极大地简化了检测步骤，无需被测样品的预处理，避免了因感官审评而带来的人为因素干扰，使得测定结果更加客观准确，为茶叶品质检测提供了一种新型的无损检测装置和检测方法。
Claims (4)
1.一种基于特征香气的茶叶品质快速检测方法，其特征在于：包括以下步骤
A：对不同品质的茶叶进行GC/MS分析，建立不同品质茶叶特征香气含量的数据库；
B：将不同品质的茶叶样品分别置于采样室，待顶部气体平衡后，利用微型气泵把采样室内的顶部气体送入气敏传感装置反应室；利用气敏传感装置对顶部气体进行分析，并将气体种类及与浓度有关的信息转换成电信号；利用信号采集模块采集气敏传感装置发送的电信号，并将电信号经去噪处理后送入计算机进行分析；所述的气敏传感装置为由多个不同的交叉敏感的金属氧化物气敏传感器并联组成的气敏传感器阵列；
C:根据计算机分析结果，通过定量分析的方法建立不同品质茶叶特征香气的电信号与数据库中茶叶特征香气含量的关系模型；
D：按照步骤B所述的方法，对被测样品进行检测，经计算机分析处理后显示相应结果。
2.根据权利要求1所述的基于特征香气的茶叶品质快速检测方法，其特征在于：所述的A步骤包括以下步骤
a1:对不同品质的茶叶进行GC/MS分析，得总离子流图；
a2:对总离子流图中各峰进行质谱扫描得到质谱图,并通过计算机进行质谱数据库检索和人工谱图解析,将各峰的质谱裂片与文献核对，查对有关质谱资料，对基峰、质核比和相对丰度方面进行比较,分别对各峰加以确认,得到不同品质茶叶特征香气含量的数据库，确定不同茶叶的品质等级评判标准。
3.根据权利要求2所述的基于特征香气的茶叶品质快速检测方法，其特征在于，所述的D步骤包括以下步骤：
d1:计算机对信号采集模块送入的数据进行处理，并判断检测模式，如果进行定性检测模式，进入步骤d2；如果进行定量检测模式，进入步骤d3；
d2:计算机将处理后的数据与数据库进行对比，显示被测样品的品质等级信息；
d3:计算机将处理后的数据与数据库进行对比，判断数据库中是否存在相同类型的茶叶特征香气含量的关系模型；如果有，则利用数据库中建立的同类型的茶叶特征香气含量的关系模型进行计算，并显示被测样品的特征香气含量信息；如果没有，计算机提示使用者先进行数据库更新，将此类型茶叶的相关信息录入数据库，再进行检测。
4.根据权利要求3所述的基于特征香气的茶叶品质快速检测方法，其特征在于：C步骤中所述的定量分析的方法为多元线性回归、主成分回归、偏最小二乘法、二次多项式逐步回归或人工神经网络分析方法。
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