CN104483414A - 一种快速鉴定无锡毫茶等级的检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种快速鉴定无锡毫茶等级的检测方法，属于无锡毫茶质量检测技术领域。首先，利用顶空-固相微萃取（HS-SPME）技术富集无锡毫茶香气，通过气相色谱-质谱联用（GC-MS）分析，构建无锡毫茶香气标准指纹图谱，该指纹图谱具有35个共有峰。其次，通过感官评价对无锡毫茶样品进行感官评分。然后，以无锡毫茶香气标准指纹图谱中35个共有香气组分的相对含量作为X矩阵，香气感官评分作为Y矩阵，建立无锡毫茶香气品质的偏最小二乘回归（PLS）模型，得到模型的相关系数为0.973，交互检验相关系数为0.947。该模型拟合度高，能够较好实现对无锡毫茶香气品质的预测，可用于快速鉴定无锡毫茶等级。
Description
技术领域
本发明涉及一种快速鉴定无锡毫茶等级的检测方法，特别是一种通过建立无锡毫茶香气品质的偏最小二乘回归（PLS）模型以判定无锡毫茶等级的方法。属于无锡毫茶质量检测技术领域。
背景技术
茶是中国的传统饮品，其香气和口味深受人们喜爱。目前茶叶品质的鉴定大多以感官审评为主，这对评审人员要求较高，而且评审结果受个人因素影响较大，具有一定局限性，尤其是对原产地茶和名茶的鉴定，缺乏客观科学的量化依据。“无锡毫茶”产于太湖之滨，是无锡特有的茶叶品种。独特的气候与地质条件赋予无锡毫茶卓越的品质，其外形多白毫、肥壮卷曲、香高、色绿、味醇厚，曾多次荣获“中茶杯”名优茶评比金奖，并于2010年被认定为无锡市非物质文化遗产。近年来，在高额利润的驱动下国内市场上充斥着大量以次充好的无锡毫茶，严重制约了无锡毫茶的市场化进程，也影响了正规无锡毫茶厂家的利益。但是目前尚没有无锡毫茶等级鉴别方法的论文或专利公开。因此，研究并寻求一种无锡毫茶等级鉴别方法，可为保护地方标志茶品及当地无锡毫茶的市场销售提供科学依据和法律保障。
指纹图谱技术是复杂化学体系质量控制的重要手段，而化学计量学对数据的处理分析及信息挖掘是指纹图谱的有效补充。随着现代应用学科间的交叉发展，指纹图谱技术与化学计量学方法相结合，可对茶叶质量控制及品质鉴别进行判断。本发明采用HS-SPME技术富集无锡毫茶香气，通过GC-MS法构建无锡毫茶香气GC-MS标准指纹图谱，在此基础上结合感官评定建立了基于无锡毫茶香气品质评价模型，可用于鉴定无锡毫茶的等级。
发明内容
本发明的目的是提供一种快速鉴定无锡毫茶等级的检测方法。
本发明的技术方案：一种快速鉴定无锡毫茶等级的检测方法，包括以下步骤：
（1）利用顶空-固相微萃取HS-SPME技术富集无锡毫茶香气，通过气相色谱-质谱联用GC-MS分析，构建无锡毫茶香气标准指纹图谱，该指纹图谱具有35个共有峰；
（2）对无锡毫茶香气进行感官审评，评分标准参考国家标准《GB/T 23776-2009：茶叶感官审评方法》，审评小组由5位经过专业培训的人员组成，其中一人为主评，评分形式采用集体评分，满分为100分，根据评分将茶样分为等级1、等级2或等级3；
（3）以无锡毫茶香气标准指纹图谱中35个共有香气组分的相对含量作为X矩阵，香气感官评分作为Y矩阵，采用回归分析，建立无锡毫茶香气品质的回归模型，鉴定无锡毫茶等级。
无锡毫茶香气GC-MS标准指纹图谱的构建方法，包括如下步骤：
（a）无锡毫茶香气的提取：将无锡毫茶粉碎，过40~100目筛，称取2.0 g样品于15 mL顶空瓶中，密封瓶口，置于40℃~90℃水浴锅内预热2~8 min后，将老化好的固相微萃取头插入样品瓶顶空部分，吸附30~50 min后抽回，立即插入GC-MS仪的GC进样口，于250℃解吸3 min，进行数据采集分析；
（b）GC-MS分析：GC条件：DB-WAX色谱柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；载气He，流速为0.8 mL/min，不分流进样；进样口温度250℃；程序升温：柱温起始温度45℃，维持2 min，随后以8℃/min升温至80℃，接着以5℃/min升温至150℃，再以10℃/min升温至230℃，维持10 min；MS条件：接口温度250℃，离子源温度200℃，电离方式EI+，电子能量70 eV，灯丝发射电流为200 μA，扫描范围35~450 amu；
（c）标准指纹图谱的确定：通过4个不同来源的18个无锡毫茶样品中提取得到的香气成分的GC-MS分析测定，比较其色谱图，确定共有特征峰，得到由其共有特征峰构成的无锡毫茶香气GC-MS标准指纹图谱；待测样品与标准指纹图谱对比，根据其相对含量组成的矩阵，应用夹角余弦相似度法或聚类分析法进行分析。
共有特征峰有35个，它们的相对保留时间RT（以18号峰为参照）的相对标准偏差RSD均小于1%；其中：
1号峰平均RT为0.14，RSD为0.27%；
2号峰平均RT为0.36，RSD为0.10%；
3号峰平均RT为0.48，RSD为0.10%；
4号峰平均RT为0.56，RSD为0.82%；
5号峰平均RT为0.57，RSD为0.16%；
6号峰平均RT为0.62，RSD为0.23%；
7号峰平均RT为 0.63，RSD为0.14%；
8号峰平均RT为0.69，RSD为0.25%；
9号峰平均RT为0.72，RSD为0.05%；
10号峰平均RT为0.76，RSD为0.05%；
11号峰平均RT为0.77，RSD为0.10%；
12号峰平均RT为0.78，RSD 为0.16%；
13号峰平均RT为0.85，RSD为0.30%；
14号峰平均RT为0.87，RSD为0.40%；
15号峰平均RT为0.89，RSD为0.71%；
16号峰平均RT为0.93，RSD为0.18%；
17号峰平均RT为0.96，RSD为0.04%；
18号峰平均RT为1.00，RSD为0%；
19号峰平均RT为1.02，RSD为0.60%；
20号峰平均RT为1.07，RSD为0.24%；
21号峰平均RT为1.13，RSD为0.62%；
22号峰平均RT为1.16，RSD 为0.62%；
23号峰平均RT为1.30，RSD 为0.72%；
24号峰平均RT为1.31，RSD 为0.80%；
25号峰平均RT为1.32，RSD 为0.40%；
26号峰平均RT为1.39，RSD 为0.62%；
27号峰平均RT为1.40，RSD 为0.10%；
28号峰平均RT为1.41，RSD 为0.05%；
29号峰平均RT为1.43，RSD 为0.08%；
30号峰平均RT为1.46，RSD 为0.06%；
31号峰平均RT为1.49，RSD 为0.12%；
32号峰平均RT为1.50，RSD 为0.08%；
33号峰平均RT为1.57，RSD 为0.10%；
34号峰平均RT为1.66，RSD 为0.10%；
35号峰平均RT为1.85，RSD 为0.10%。
本发明的有益效果：本发明建立了无锡毫茶香气GC-MS标准指纹图谱，以其35个共有特征峰的平均相对含量组成的矩阵，结合感官评分，建立了无锡毫茶香气品质的PLS模型，其相关系数为0.973，交互检验相关系数为0.947。该模型拟合度高，预测效果与实际基本符合，可用于快速鉴定无锡毫茶等级。
附图说明
图1为本发明的无锡毫茶香气GC-MS指纹图谱，图中共有模式中标示了35个共有峰的峰号，图中还包括8个无锡毫茶样品香气成分的总离子流重叠图。
各峰保留时间（min）分别为：1号峰—2.17；2号峰—5.75；3号峰—7.66；4号峰—8.86；5号峰—9.08；6号峰—9.88；7号峰—10.07；8号峰—10.96；9号峰—11.35；10号峰—12.08；11号峰—12.26；12号峰—12.36；13号峰—13.45；14号峰—13.83；15号峰—14.12；16号峰—14.70；17号峰—15.27；18号峰—15.86；19号峰—16.15；20号峰—17.04；21号峰—17.29；22号峰—18.37；23号峰—20.64；24号峰—20.76；25号峰—21.57；26号峰—21.98；27号峰—22.32；28号峰—22.40；29号峰—22.77；30号峰—23.33；31号峰—23.74；32号峰—23.82；33号峰—25.02；34号峰—26.56；35号峰—29.45。
图2为基于35个共有香气组分的无锡毫茶香气品质的PLS模型。
具体实施方式
下面用实施例来进一步说明本发明，但本发明并不受其限制。
实施例1
1.样品与仪器
1.1 样品
4个不同来源的18个无锡毫茶样品均为2013年春茶，所有茶样均经茶叶品种研究所鉴定为无锡毫茶。
1.2 仪器
Trace MS气相色谱-四级杆质谱联用仪(美国Finnigan公司)；手动SPME进样器(美国Supelco公司)；15 mL顶空瓶（上海安谱科学仪器有限公司）；DB-WAX色谱柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)。
2.方法与结果
2.1 无锡毫茶香气的提取：将无锡毫茶粉碎，过70目筛，称取2.0 g样品于15 mL顶空瓶中，密封瓶口，置于80℃水浴锅内预热5 min后，将老化好的碳分子筛/二乙烯基苯/聚二甲基硅氧烷固相微萃取头插入顶空瓶顶空部分，吸附40 min后抽回，立即插入GC-MS仪的GC进样口，于250℃解吸3 min，进行数据采集分析。
2.2 GC-MS分析：GC条件：DB-WAX色谱柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；载气He，流速为0.8 mL/min，不分流进样；进样口温度250℃；程序升温：柱温起始温度45℃，维持2 min，随后以8℃/min升温至80℃，接着以5℃/min升温至150℃，再以10℃/min升温至230℃，维持10 min。MS条件：接口温度250℃，离子源温度200℃，电离方式EI+，电子能量70 eV，灯丝发射电流为200 μA，扫描范围35~450 amu。
2.3 共有峰的确定：通过18个无锡毫茶样品中提取得到的香气成分的GC-MS分析测定，比较其色谱图（如图1所示），找出其共有特征峰（共35个峰），得到无锡毫茶香气GC-MS标准指纹图谱，共有特征峰以18号峰为参照的相对保留时间RT的相对标准偏差RSD均小于1%；其中
1号峰平均RT为0.14，RSD为0.27%；
2号峰平均RT为0.36，RSD为0.10%；
3号峰平均RT为0.48，RSD为0.10%；
4号峰平均RT为0.56，RSD为0.82%；
5号峰平均RT为0.57，RSD为0.16%；
6号峰平均RT为0.62，RSD为0.23%；
7号峰平均RT为 0.63，RSD为0.14%；
8号峰平均RT为0.69，RSD为0.25%；
9号峰平均RT为0.72，RSD为0.05%；
10号峰平均RT为0.76，RSD为0.05%；
11号峰平均RT为0.77，RSD为0.10%；
12号峰平均RT为0.78，RSD 为0.16%；
13号峰平均RT为0.85，RSD为0.30%；
14号峰平均RT为0.87，RSD为0.40%；
15号峰平均RT为0.89，RSD为0.71%；
16号峰平均RT为0.93，RSD为0.18%；
17号峰平均RT为0.96，RSD为0.04%；
18号峰平均RT为1.00，RSD为0%；
19号峰平均RT为1.02，RSD为0.60%；
20号峰平均RT为1.07，RSD为0.24%；
21号峰平均RT为1.13，RSD为0.62%；
22号峰平均RT为1.16，RSD 为0.62%；
23号峰平均RT为1.30，RSD 为0.72%；
24号峰平均RT为1.31，RSD 为0.80%；
25号峰平均RT为1.32，RSD 为0.40%；
26号峰平均RT为1.39，RSD 为0.62%；
27号峰平均RT为1.40，RSD 为0.10%；
28号峰平均RT为1.41，RSD 为0.05%；
29号峰平均RT为1.43，RSD 为0.08%；
30号峰平均RT为1.46，RSD 为0.06%；
31号峰平均RT为1.49，RSD 为0.12%；
32号峰平均RT为1.50，RSD 为0.08%；
33号峰平均RT为1.57，RSD 为0.10%；
34号峰平均RT为1.66，RSD 为0.10%；
35号峰平均RT为1.85，RSD 为0.10%；
它们构成了无锡毫茶香气品质的指纹特征。
2.4 GC-MS方法学考察：
精密度试验：称取1号无锡毫茶样品5份，按照2.1条件下富集茶叶香气，并在2.2条件下连续进样5次，对各共有峰的相对保留时间（以18 号峰的保留时间为参照）和相对峰面积进行统计。结果表明，各共有峰的相对保留时间和相对峰面积的相对标准偏差（RSD）均小于1%，表明无锡毫茶香气的色谱指纹分析精密度试验符合要求。
重复性试验：称取1号无锡毫茶样品，平行制备5份，分别按照2.1和2.2条件下富集和分析茶叶香气，对各共有峰的相对保留时间（以18 号峰的保留时间为参照）和相对峰面积进行统计。结果表明，各共有峰的相对保留时间的RSD<1%，相对峰面积的RSD＜3%。
稳定性试验：称取1号无锡毫茶样品5份，分别在0，4，8，12，24 h后分别按照2.1和2.2条件下富集和分析茶叶香气，对各共有峰的相对保留时间（以18 号峰的保留时间为参照）和相对峰面积进行统计。结果表明，各共有峰的相对保留时间的RSD<1%，相对峰面积的RSD＜5%。
以上试验显示，上述指纹图谱测定方法精密、稳定、可靠。
2.5 对无锡毫茶样品香气进行感官审评
评分标准参考国家标准《GB/T 23776-2009：茶叶感官审评方法》，审评小组由5位经过专业培训的人员组成，其中一人为主评，评分形式采用集体评分，满分为100分。结果显示，9个茶样带有清花香且香气持久，香气得分为90~99，茶叶等级为1级；8个茶样带有清香、花香尚显，香气得分80~89，茶叶等级为2级；1个茶样有明显的火工香，香气闷，得分70~79，茶叶等级为3级。
2.6建立无锡毫茶香气品质的PLS模型
以无锡毫茶样品35个共有香气组分相对含量数据作为X矩阵，香气感官评分作为Y矩阵，建立香气品质的PLS回归模型。模型主成分解释的自变量X的变异值CXV为0.538，CYV为0.994，相关系数（R2）为0.973，表明该回归方程自变量总体和因变量之间有着良好的相关性，即无锡毫茶香气组分整体数据和香气感官评分有良好的相关性。
2.7 PLS回归模型的检验
采用留一法交叉验证（Leave-one-out cross-validation）对PLS回归模型进行检验，得到交叉验证预测值与实际值相关系数Q2为0.947，预测均方根误差RMSEC为1.032，说明该模型有较好的预测能力。35个香气组分的无锡毫茶样香气品质的PLS回归模型如图2所示，通过建立的回归模型预测无锡毫茶样品香气得分以及茶样香气描述如表1所示。由表1可知，PLS模型预测得到的无锡毫茶感官评分与实际得分基本相符，说明该模型有较强的预测能力。
表1 PLS回归模型对无锡毫茶香气评分的预测效果及茶样香气描述
Claims (2)
1.一种快速鉴定无锡毫茶等级的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）利用顶空-固相微萃取HS-SPME技术富集无锡毫茶香气，通过气相色谱-质谱联用GC-MS分析，构建无锡毫茶香气标准指纹图谱，该指纹图谱具有35个共有峰；
（2）对无锡毫茶香气进行感官审评，评分标准参考国家标准《GB/T 23776-2009：茶叶感官审评方法》，审评小组由5位经过专业培训的人员组成，其中一人为主评，评分形式采用集体评分，满分为100分，根据评分将茶样分为等级1、等级2或等级3；
（3）以无锡毫茶香气标准指纹图谱中35个共有香气组分的相对含量作为X矩阵，香气感官评分作为Y矩阵，采用回归分析，建立无锡毫茶香气品质的回归模型，鉴定无锡毫茶等级。
2.根据权利要求1所述的快速鉴定无锡毫茶等级的检测方法，其特征在于，所述步骤（3）中回归分析采用偏最小二乘回归法PLS，建立无锡毫茶香气品质的PLS模型，辨别不同等级的无锡毫茶样品品质。
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