CN106645021A - 一种卟啉近红外全息探针判别名优绿茶原产地的方法 - Google Patents

一种卟啉近红外全息探针判别名优绿茶原产地的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种卟啉近红外全息探针判别名优绿茶原产地的方法，具体涉及基于四甲基吡啶基卟啉近红外光区全息探针快速对名优绿原产地溯源的智能方法。首先利用卟啉分子本身具有大π共轭环状结构，可通过轴向配位、氢键、静电作用等与不同名优绿茶中化学成分分子间发生相互作用，由于四甲基吡啶基卟啉在近红外光区具有稳定的光敏性质，因此可将其作为近红外区全息探针传感不同产区的名优绿茶的近红外光谱响应信号与其相互作用的变化，根据这种特异性的变化，采用基于贝叶斯临界值的偏最小二乘判别分析方法简单快速实现名优绿茶原产地溯源。本发明是一种简单、实用、低成本的绿色检测技术，可有效的为名优绿茶原产地进行保护。

Description

一种卟啉近红外全息探针判别名优绿茶原产地的方法
技术领域
本发明涉及一种基于光敏性材料水溶性四甲基吡啶基卟啉近红外光区全息探针快速对名优绿茶原产地溯源的方法
背景技术
茶叶起源于中国，经中国五千年的传承，我们对茶的了解也逐渐加深，如今更是传播到了世界各地，最终发展成为三大世界无酒精饮品之一。绿茶属于不发酵茶，年产量为全国是六大初制茶之首。名优绿茶多产于中国西南部，如江浙一带的龙井、碧螺春；安徽、河南一带的碧螺春、信阳毛尖；四川一带的竹叶青；贵州一带的都匀毛尖、云雾毛尖等。茶叶品质影响茶汤的口感风味，也关系着人体健康。目前，国内的名优绿茶市场，以次充好、以假乱真的现象比较严重，尤其是利用非原产地绿茶冒充原产地绿茶，这严重影响了名牌绿茶的声誉，既损害了消费者的利益，也不利于中国名优绿茶品牌的建立与维护。因此，发展快速溯源名优绿茶原产地方法具有重要现实意义。绿茶的上乘品种必须兼顾“色，香，味，形”四个方面优良，然而仅仅依据感官评价方法对茶叶的香味，外形，颜色和质感区分名优绿茶产区，其评判结果依赖经验，容易受到外界以及主观因素的影响。仪器分析方法也常被用于分析茶叶产区和品质分析，但是色谱类分析方法往往耗时费力，所需试剂较多，难以达到满足市场上低成本、快速分析的要求。光谱分析中近红外光谱由于其方便、快捷、高效的特点，具备市场上低成本、快速分析的条件，但其灵敏度不够高。
卟啉化合物因其具有光敏特性，而且具有较大的平面共轭结构，在400nm-500nm范围的紫外光谱中有很强的紫外吸收带，摩尔吸收系数很大，因此可以用于分析化学中作为一种稳定性良好、灵敏度高的显色剂来检测很多种类的金属离子。此外卟啉化合物也可以作为电化学或者生物传感器中的修饰电极，直接或者间接的去检测一些氨基酸、多肽类等物质。根据现有文献方法，基于四甲基吡啶基卟啉近红外光区对绿茶品质鉴别方法未见报道，本发明通过利用卟啉分子本身因具有大π共轭环状结构的特征，能通过轴向配位、氢键、静电作用与不同产区名优绿茶成分分子间相互作用，导致不同产区名优绿茶与其作用后光谱变化的灵敏度提高，以达到充分利用其光敏性实现光学检测甄别不同产区的名优绿茶的目的。
发明内容
本发明提供一种卟啉近红外全息探针判别名优绿茶原产地的方法，其特征在于，按如下步骤制得：
(1)四甲基吡啶基卟啉添加到名优绿茶样品的制备；
具体为：首先称取一定量的四甲基吡啶基卟啉粉末，加水溶解，通过紫外光谱测得吸光度算出其相关浓度，再取丙酮进行稀释得到四甲基吡啶基卟啉溶液样品；再用粉碎绿茶，过200目筛；然后加入的四甲基吡啶基卟啉溶液进入绿茶粉末中，搅拌均匀，最后放入真空干燥24小时后，在红外灯下研磨，获得四甲基吡啶基卟啉均匀添加到名优绿茶的测试样品；其中四甲基吡啶基卟啉加入质量相对于绿茶粉末质量之比为1×10-5之上；
(2)以均匀混合了四甲基吡啶基卟啉作为近红外光区探针的绿茶测试样品进行近红外光谱扫描；
(3)基于贝叶斯临界值的偏最小二乘判别方法溯源名优绿茶产地。
步骤(3)中是通过采用贝叶斯概率计算四甲基吡啶基卟啉作为近红外光区探针的绿茶近红外全息光谱数据，并获取甄别每种不同产地名优绿茶时，能最小分类错误率假阳性和假阴性名优绿茶产区的贝叶斯临界值，然后基于贝叶斯临界值的偏最小二乘判别分析方法获得每种不同产地名优绿茶的辨识图，依据阈值的接受域，溯源其原产地。
本发明中四甲基吡啶基卟啉作为近红外光区探针的名优绿茶样品的光谱采集是以空气为背景参比，并以均匀混合了四甲基吡啶基卟啉作为近红外光区探针的绿茶样品作为被测试样，充分利用四甲基吡啶基卟啉在近红外光区的光敏特性，从而获取得到的是四甲基吡啶基卟啉与不同产区绿茶作用后具有不同差异的近红外光谱。
本发明中基于贝叶斯临界值的偏最小二乘判别方法快速溯源名优绿茶产地，是通过采用贝叶斯概率计算四甲基吡啶基卟啉作为近红外光区探针的绿茶近红外全息光谱数据，并获取甄别每种不同产地名优绿茶时，能最小分类错误率假阳性和假阴性名优绿茶产区的贝叶斯临界值，然后基于贝叶斯临界值的偏最小二乘判别分析方法获得每种不同产地名优绿茶的辨识图，依据阈值的接收域，溯源其原产地。
本发明所阐述的基于四甲基吡啶基卟啉近红外光区全息探针快速溯源名优绿茶原产地的方法，能充分借助光敏性材料四甲基吡啶基卟啉与不同名优绿茶作用后的近红外光区差异谱，相比直接利用绿茶近红外光谱，能具有更高的灵敏度和更强的特异性。
附图说明
图1为基于甲基吡啶基卟啉与不同名优绿茶作用后的近红外光区差异谱。(a)六种不同产区的60个龙井茶测试样差异谱；(b)四种不同产区的40个信阳毛尖茶测试样差异谱
图2贝叶斯临界值的偏最小二乘判别分析方法获得六种不同产地类别的龙井茶的辨识图；(a)对第一种产地类别的龙井茶辨识图；(b)对第二种产地类别的龙井茶辨识图；(c)对第三种产地类别的龙井茶辨识图；(d)对第四种产地类别的龙井茶辨识图；(e)对第五种产地类别的龙井茶辨识图；(f)对第六种产地类别的龙井茶辨识图；虚线为临界值，箭头方向为阈值接受域。
图3贝叶斯临界值的偏最小二乘判别分析方法获得四种不同产地类别的信阳毛尖名优绿茶的辨识图；(a)对第一种产地类别的信阳毛尖茶辨识图；(b)对第二种产地类别的信阳毛尖辨识图；(c)对第三种产地类别的信阳毛尖辨识图；(d)对第四种产地类别的信阳毛尖辨识图；虚线为临界值，箭头方向为阈值接受域。
具体实施方式
下面申请人将结合具体的实施例对本发明作进一步的详细说明，以使本领域的技术人员更加清楚地理解本发明。但以下内容不应理解为是对本发明的权利要求书请求保护范围的限制。
实施例：
实施例1：基于四甲基吡啶基卟啉近红外光区全息探针快速溯源六种龙井茶的原产地
主要仪器：Antaris Ⅱ傅立叶变换近红外光谱仪；
(1)四甲基吡啶基卟啉添加到六个不同产区龙井茶样品的制备；
称取一定量的四甲基吡啶基卟啉粉末，加入少量水溶解，通过紫外分光光度计测其吸光度算出浓度为1.335×10-3mol/L，再取一定量丙酮进行稀释得到四甲基吡啶基卟啉溶液浓度为1.335×10-4mol/L。将来自种六个不同产区的龙井茶(六个产区分别为：西湖、狮峰、新昌、翁家山、富阳、淳安)用转速为25000r/min的高速万能粉碎机粉碎龙井茶样品，得到的粗品过200目筛，取0.8g龙井茶粉末，加入0.1ml浓度为1.335×10-4mol/L的四甲基吡啶基卟啉溶液以及2ml的丙酮溶液混匀，真空干燥24小时后，在红外灯下进行研磨，使四甲基吡啶基卟啉在龙井茶粉末中混合均匀，从而得到均匀的四甲基吡啶基卟啉的龙井茶测试样品。
(2)四甲基吡啶基卟啉作为近红外光区探针的六种不同产区龙井茶样品的光谱采集；
取制备得到的50mg四甲基吡啶基卟啉的龙井茶粉样品置于测量杯中，以空气为参比，在4000-10000cm-1波数范围进行近红外光谱扫描，每个不同产区的龙井茶测试样品随机取了10个，共收集了60个四甲基吡啶基卟啉作为近红外光区探针的龙井茶样品的全息差异谱，见图1(a)；
(3)基于贝叶斯临界值的偏最小二乘判别方法快速溯源六种龙井茶产地；
对于采集得到的四甲基吡啶基卟啉作为近红外光区探针的龙井茶样品的全息差异谱进行随机划分，60个四甲基吡啶基卟啉龙井茶样品差异光谱被划分为38个训练样本和22个预测样本；采用贝叶斯概率计算四甲基吡啶基卟啉作为近红外光区探针的龙井茶近红外全息光谱数据，并获取甄别每种不同产地龙井时，能最小分类错误率假阳性和假阴性龙井产区的贝叶斯临界值，从而得到六个不同产区类别的临界阈值分别为：第一类别西湖龙井为0.5035；第二类别狮峰龙井为0.4989；第三类别新昌龙井为0.4992；第四类别翁家山龙井为0.5045；第五类别富阳龙井为0.5022；第六类别淳安龙井为0.5014。当辨识西湖龙井时，大于0.5035这一阈值，则溯源为第一类别西湖龙井；当辨识狮峰龙井时，大于0.4989这一阈值，则溯源为第二类别狮峰龙井；当辨识新昌龙井时，大于0.4992这一阈值，则溯源为第三类别新昌龙井；当辨识翁家山龙井时，大于0.5045这一阈值，则溯源为第四类别翁家山龙井；当辨识富阳龙井时，大于0.5022这一阈值，则溯源为第五类别富阳龙井；当辨识淳安龙井时，大于0.5014这一阈值，则溯源为第六类别淳安龙井。辨识正确率达到100％，该方法对每一类别的不同产区龙井茶识别灵敏度和特异性均达到1.
实施例2：基于四甲基吡啶基卟啉近红外光区全息探针快速溯源四种信阳毛尖名优绿茶的原产地
主要仪器：Antaris Ⅱ傅立叶变换近红外光谱仪；
(1)四甲基吡啶基卟啉添加到四个不同产区信阳毛尖名优绿茶样品的制备；
称取一定量的四甲基吡啶基卟啉粉末，加入少量水溶解，通过紫外分光光度计测其吸光度算出浓度为1.335×10-3mol/L，再取一定量丙酮进行稀释得到四甲基吡啶基卟啉溶液浓度为1.335×10-4mol/L。将来自种四个不同产区的信阳毛尖名优绿茶(四个产区分别为：董家河、东双河、谭家河、罗山)用高速万能粉碎机粉碎，得到的粗品过200目筛，取0.8g信阳毛尖绿茶粉末，加入0.1ml浓度为1.335×10-4mol/L的四甲基吡啶基卟啉溶液以及2ml的丙酮溶液混匀，真空干燥24小时后，在红外灯下进行研磨，使四甲基吡啶基卟啉在信阳毛尖茶粉末中混合均匀，从而得到均匀的四甲基吡啶基卟啉的信阳毛尖茶测试样品。
(2)四甲基吡啶基卟啉作为近红外光区探针的四种不同产区信阳毛尖名优绿茶样品的光谱采集；
取制备得到的50mg四甲基吡啶基卟啉的信阳毛尖茶粉样品置于测量杯中，以空气为参比，在4000-10000cm-1波数范围进行近红外光谱扫描，每个不同产区的信阳毛尖茶叶测试样品随机取了10个，共收集了40个四甲基吡啶基卟啉作为近红外光区探针的信阳毛尖名优绿茶样品的全息差异谱，见图1(b)；
(3)基于贝叶斯临界值的偏最小二乘判别方法快速溯源四种信阳名优绿茶产地；
对于采集得到的四甲基吡啶基卟啉作为近红外光区探针的信阳毛尖名优绿茶样品的全息差异谱进行随机划分，40个四甲基吡啶基卟啉信阳毛尖茶样品差异光谱被划分为24个训练样本和16个预测样本；采用贝叶斯概率计算四甲基吡啶基卟啉作为近红外光区探针的信阳毛尖茶近红外全息光谱数据，并获取甄别每种不同产地信阳毛尖时，能最小分类错误率假阳性和假阴性信阳毛尖绿茶产区的贝叶斯临界值，从而得到四个不同产区类别的临界阈值分别为：第一类别董家河信阳毛尖为0.5027；第二类别东双河信阳毛尖为0.5001；第三类别谭家河信阳毛尖为0.4998；第四类别罗山信阳毛尖为0.5000。当辨识董家河信阳毛尖时，大于0.5027这一阈值，则溯源为第一类别董家河信阳毛尖；当辨识东双河信阳毛尖时，大于0.5001这一阈值，则溯源为第二类别东双河信阳毛尖；当辨识谭家河信阳毛尖时，大于0.4998这一阈值，则溯源为第三类别谭家河信阳毛尖；当辨识罗山信阳毛尖时，大于0.5000这一阈值，则溯源为第四类别罗山信阳毛尖。辨识正确率达到100％，该方法对每一类别的不同产区信阳毛尖名优绿茶识别灵敏度和特异性均达到
本发明公开了基于四甲基吡啶基卟啉近红外光区全息探针快速对名优绿原产地溯源的方法。其重点在于创造性地利用卟啉分子本身具有大π共轭环状结构，可通过轴向配位、氢键、静电作用等与不同产地名优绿茶中化学成分分子间发生相互作用，并将其作为近红外区全息探针传感不同产区名优绿茶的近红外光谱相互作用的变化的差异信号谱，根据这种特异性的变化，采用基于贝叶斯临界值的偏最小二乘判别分析方法简单快速实现名优绿茶原产地溯源。相比当前感官评价方法更为科学客观，相比色谱质谱类分析方法简单、省时省耗材，相比单纯近红外光谱方法，由于本发明巧妙的基于一种卟啉近红外全息探针高灵敏传感与不同名优绿茶作用后的差异谱，从而使得其检测灵敏度和特异性得以提高，该发明方法技术简单、实用、灵敏度高、成本低，对名优绿茶原产地保护具有的市场价值和应用前景。
本发明巧妙的利用的不是绿茶样品直接的近红外光谱判别其原产地，而是将四甲基吡啶基卟啉作为近红外光区全息探针，采集它与其不同产地绿茶混合作用后的差异谱进行原产地判别，充分利用了卟啉分子本身具有大π共轭环状结构，可通过轴向配位、氢键、静电作用等与不同名优绿茶中化学成分分子间在近红外全息谱中发生相互作用的光敏特性，从而能够高灵敏和高特异性检测到不同产地名优绿茶的特征差异，再基于贝叶斯临界值的偏最小二乘判别分析方法计算该近红外光区特征的全息差异谱，进而准确判别名优绿茶的不同产地。

Claims (2)

1.一种卟啉近红外全息探针判别名优绿茶原产地的方法，其特征在于，按如下步骤制得：
(1)四甲基吡啶基卟啉添加到名优绿茶样品的制备；
具体为：首先称取一定量的四甲基吡啶基卟啉粉末，加水溶解，通过紫外光谱测得吸光度算出其相关浓度，再取丙酮进行稀释得到四甲基吡啶基卟啉溶液样品；再用粉碎绿茶，过200目筛；然后加入的四甲基吡啶基卟啉溶液进入绿茶粉末中，搅拌均匀，最后放入真空干燥24小时后，在红外灯下研磨，获得四甲基吡啶基卟啉均匀添加到名优绿茶的测试样品；其中四甲基吡啶基卟啉加入质量相对于绿茶粉末质量之比为1×10-5之上；
(2)以均匀混合了四甲基吡啶基卟啉作为近红外光区探针的绿茶测试样品进行近红外光谱扫描；
(3)基于贝叶斯临界值的偏最小二乘判别方法溯源名优绿茶产地。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(3)中是通过采用贝叶斯概率计算四甲基吡啶基卟啉作为近红外光区探针的绿茶近红外全息光谱数据，并获取甄别每种不同产地名优绿茶时，能最小分类错误率假阳性和假阴性名优绿茶产区的贝叶斯临界值，然后基于贝叶斯临界值的偏最小二乘判别分析方法获得每种不同产地名优绿茶的辨识图，依据阈值的接受域，溯源其原产地。
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