CN107271387A - 葡萄酒颜色的三维色空间L*C*h*测量量化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种葡萄酒颜色的三维色空间L*C*h*测量量化方法,可以利用在CIE 1976(L*a*b*)色空间(也称CIELAB色空间)方法的原理对葡萄酒的颜色进行数字化描述，L*值、C*值、h*值三个物理量组合标示任何一种葡萄酒颜色。与现有测量分级方法相比，本发明提供的葡萄酒颜色的分级方法利用葡萄酒颜色的“三维数字坐标”值，用三维参数的组合代替传统的对颜色“目视感受→思维判断→语言描述”的表示方法。
Description
技术领域
本发明涉及检测技术领域，更具体而言，本发明涉及一种葡萄酒颜色的三维色空间L*C*h*测量量化方法。
背景技术
葡萄酒以其优美的体态、悦目的色泽、显著的营养与保健功效，成为消费者越来越喜欢的健康饮品。颜色是葡萄酒品鉴、分级中重要的质量指标之一，包含了花色苷和酚类含量、储存酒龄、葡萄品种、品质及风味等信息，酒颜色的好坏会直接影响到其质量的整体评价。
通常，按照葡萄酒颜色可以将其分为以下三种：红葡萄酒，酒液颜色为紫红，宝石红，石榴红等；白葡萄酒，酒液颜色为柠檬黄或金色，采用白葡萄品种酿造；桃红葡萄酒，酒液颜色介于红葡萄酒和白葡萄酒之间。而桃红葡萄酒与红葡萄酒的颜色，目前的方法无法区别，只是凭借印象进行分类，无法量化。
目前，国内的质量标准对葡萄酒颜色的评定没有统一、客观的标准方法。国内正规评价时一般参考O.I.V.(国际葡萄与葡萄酒组织Organisation Internationale de laVigne et du vin，O.I.V.)“目视感受+语言描述”方法，需要受过训练的多个专业评酒员根据目视感觉用相近的描述性语言给出近似的结果，采用“成对比较法”、“加权评分法”、“模糊数学法”等繁杂的实验方法，如果还存在差异则用举手表决的方式决定。该方法受外界和自身的影响大，缺乏准确性，即使是经过训练的熟练人员也会存在困难。有专家用单波长的吸光度来对葡萄酒的颜色进行测定，并不能真实的反应颜色的变化，出现了使颜色提高25％～45％，甚至使红色提高60％～100％的结论，这种测定不能够重现人类肉眼看到的颜色，也无法达到葡萄酒颜色分类分级的要求。
另外，葡萄酒的透明度也是评价葡萄酒种类和品质的重要指标之一。而目前对葡萄酒的品鉴，需要明亮的光源、白色的室内布景、适宜的温度和湿度等一系列苛刻的条件，且受人为主观影响因素较大，因此，期望提出一种能够不依赖于外界条件，能够客观地对葡萄酒进行检测和分析的方法。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中存在的缺陷，提供一种葡萄酒颜色测量量化分级方法，能够客观地评定葡萄酒的颜色，实现颜色描述的数字化及颜色数据的传输与保存。
根据色度学原理，要完整地表达葡萄酒颜色的属性，需要三维空间。在CIE1976(L*a*b*)色空间(也称CIELAB色空间)方法里，任何颜色，都可以处理为L*、a*和b*三个分量，这3个分量用于表示色空间的三维空间中的一个点的颜色，换言之，任何葡萄酒颜色，都可以用L*a*b*中三个分量L*、a*、b*标示出色空间的位置。更进一步地，可以用L*值、C*值、h*值三个物理量组合标示不同的葡萄酒颜色，对葡萄酒颜色进行分类，其中，C*值表示彩度，h*值表示色调角。
本发明提供一种葡萄酒颜色的三维色空间L*C*h*测量量化方法，包括以下步骤：
提供光源，使光源的光线能够入射到盛有待检测的葡萄酒溶液的容器中；
将穿过盛有待检测的葡萄酒溶液的容器的出射光传导至光谱信号处理装置中；
所述光谱信号处理装置按照数据采样间隔对传导到其中的光谱信号采集吸光度Abs信号值，并将信号值传输至数据处理单元，数据处理单元根据不同波长对应的吸光度Abs信号值计算得到待检测的葡萄酒溶液的空间色度值L*、a*、b*值；
通过L*、a*、b*值计算C*值和h*值，并根据L*值、C*值和h*值确定待检测葡萄酒的分类。
优选地，将明度L*划分为十个等级，分别为L*1、L*2、L*3、L*4、L*5、L*6、L*7、L*8、L*9和L*10，对应的L*值分别为L*1：0.0～10.0、L*2：10.1～20.0、L*3：20.1～30.0、L*4：30.1～40.0、L*5：40.1～50.0、L*6：50.1～60.0、L*7：60.1～70.0、L*8：70.1～80.0、L*9：80.1～90.0和L*10：90.1～100.0。
还优选地，将彩度值C*划分为十一个等级，分别为C*1、C*2、C*3、C*4、C*5、C*6、C*7、C*8、C*9、C*10和C*11，对应的C*值分别为是C*1：0.00～10.00，C*2：10.01～20.000，C*3：20.01～30.00，C*4：30.01～40.00，C*5：40.01～50.00，C*6：50.01～60.00，C*7：60.01～70.00，C*8：70.01～80.00，C*9：80.01～90.00，C*10：90.01～100.00，C*11：≥100.01。
还优选地，将色调角值h*按照弧度划分为四十个等级，分别为h*1、h*2、h*3、h*4、h*5、h*6、h*7、h*8、h*9、h*10、h*11、h*12、h*13、h*14、h*15、h*16、h*17、h*18、h*19、h*20、h*21、h*22、h*23、h*24、h*25、h*26、h*27、h*28、h*29、h*30、h*31、h*32、h*33、h*34、h*35、h*36、h*37、h*38、h*39和h*40，对应的h*值分别为h*1：0.00～0.16、h*2：0.17～0.31、h*3：0.32～0.47、h*4：0.48～0.63、h*5：0.64～0.79、h*6：0.80～0.94、h*7：0.95～1.10、h*8：1.11～1.26、h*9：1.27～1.41、h*10：1.42～1.57、h*11：1.58～1.73、h*12：1.74～1.88、h*13：1.89～2.04、h*14：2.05～2.20、h*15：2.21～2.36、h*16：2.37～2.51、h*17：2.52～2.67、h*18：2.68～2.83、h*19：2.84～2.98、h*20：2.99～3.14、h*21：-3.13～-2.99、h*22：-2.98～-2.84、h*23：-2.83～-2.68、h*24：-2.67～-2.52、h*25：-2.51～-2.37、h*26：-2.36～-2.21、h*27：-2.20～-2.05、h*28：-2.04～-1.89、h*29：-1.88～-1.74、h*30:-1.73～-1.58、h*31:-1.57～-1.42、h*32:-1.41～-1.27、h*33:-1.26～-1.11、h*34:-1.10～-0.95、h*35:-0.94～-0.80、h*36:-0.79～-0.64、h*37:-0.63～-0.48、h*38:-0.47～-0.32、h*39:-0.31～-0.17和h*40:-0.16～-0.01。
还优选地，将色调角值h*按照角度划分为四十个等级，分别为h*1、h*2、h*3、h*4、h*5、h*6、h*7、h*8、h*9、h*10、h*11、h*12、h*13、h*14、h*15、h*16、h*17、h*18、h*19、h*20、h*21、h*22、h*23、h*24、h*25、h*26、h*27、h*28、h*29、h*30、h*31、h*32、h*33、h*34、h*35、h*36、h*37、h*38、h*39和h*40，对应的h*值分别为h*1：0.00°～9.00°、h*2：9.01°～18.00°、h*3：18.01°～27.00°、h*4：27.01°～36.00°、h*5：36.01°～45.00°、h*6：45.01°～54.00°、h*7：54.01°～63.00°、h*8：63.01°～72.00°、h*9：72.01°～81.00°、h*10：81.01°～90.00°、h*11：90.00°～99.00°、h*12：99.01°～108.00°、h*13：108.01°～117.00°、h*14：117.08°～126.00°、h*15：126.01°～135.00°、h*16：135.01°～144.00°、h*17：144.01°～153.00°、h*18：153.01°～162.00°、h*19：162.01°～171.00°、h*20：171.01°～180.00°、h*21：180.01°～189.00°、h*22：189.01°～198.00°、h*23：198.01°～207.00°、h*24：207.01°～216.00°、h*25：216.01°～225.00°、h*26：225.01°～234.00°、h*27：234.01°～243.00°、h*28：243.01°～252.00°、h*29：252.01°～261.00°、h*30：261.01°～270.00°、h*31：270.01°～279.00°、h*32：279.01°～288.00°、h*33：288.01°～297.00°、h*34：297.01°～306.00°、h*35：306.01°～315.00°、h*36：315.01°～324.00°、h*37：324.01°～333.00°、h*38：333.01°～342.00°、h*39：342.01°～351.00°和h*40：351.01°～360.00°。
本发明提供的葡萄酒颜色的三维色空间测量量化分级方法可以利用CIE 1976(L*a*b*)色空间原理对葡萄酒的颜色进行数字化描述，L*值、C*值、h*值三个物理量组合的方式表示葡萄酒颜色，可以描述的颜色种类为4400种，远远超过感官描述，从而以数字化的描述客观且准确地确定葡萄酒的分类。与现有分级方法相比，本发明提供的葡萄酒颜色的分级方法利用葡萄酒颜色的“三维数字坐标”值，用三维参数的组合代替传统的对颜色“目视感受→思维判断→语言描述”的表示方法，其优点是：
1)实现测定、表示、传递的数字化；
2)测定数据可储存记录，可以实现葡萄酒颜色特征的复原；
3)实现异地、远程的颜色特征量值传递，消除信息交流障碍；
4)避免人员因颜色视觉的差异，提高了分析精度；
5)实现了数字化的量值溯源；
6)配合样品自动进样装置，可实现全自动、批量化的检测工作。
附图说明
图1为色彩空间各参数关系图；
图2为测得的葡萄酒样品的L*值分布图；
图3为测得的葡萄酒样品的C*值分布图；
图4为测得的葡萄酒样品的h*值分布图。
具体实施方式
下面结合具体实施例详细说明本发明。
图1为色彩空间各参数关系图。在CIE 1976(L*a*b*)色彩空间中，L*为色空间中的明度，a*为色空间中的红/绿色品指数值，b*为色空间中的黄/蓝色品指数值，C*为色空间的彩度值，h*为色空间的色调角值。
L*、C*、h*色度值是从CIE 1976(L*a*b*)色彩空间推导出来的，因此，一种颜色既可以用L*、a*、b*表示，也可以用L*、C*、h*表示。采用L*C*h*符合日常生活中对色彩进行描述的习惯，色彩修正更加便于理解，更加直观和易于控制。
在图1中，圆形的中心为中性灰色，平面圆的径向表示彩度，从圆周向圆心过渡，表示色彩饱和度降低，按彩色环的辐射轴从0到100，圆心的饱和度为零，圆周上的饱和度最大。
色调角h*是a*与b*的函数值，用弧度值或角度值表示，表示偏离红-绿色品轴或黄-蓝色品轴的角度。代表该点在a*-b*坐标系中到坐标原点的连线与+a*轴逆时针的夹角正对的一段弧度或者角度。当这段弧长等于圆的半径时，两条射线的夹角大小为1弧度，当这段弧长正好等于圆周长的360分之一时的夹角的大小为1度。其换算关系为弧度＝度×π/180，度＝弧度×180°/π。
在对葡萄酒样品进行检测时，除杂质和气体等干扰，提供标准光源D65，使光源穿过待测量的葡萄酒样品，利用光谱信号处理装置对穿过葡萄酒的光谱进行测量，所述光谱信号处理装置按照数据采样间隔，测定其在380nm～780nm的可见光谱内每间隔5nm的一组吸光度，并将信号值传输至数据处理单元，分别取反对数换算为相应的透光率，与CIE D65标准光源相对光谱功率因数和CIE1964标准色度观察者的色匹配函数的积，经归一化后得到该样品的三刺激值，然后用CIE 1976(L*a*b*)色空间计算公式，计算出样品的CIE 1976(L*a*b*)的色度值参数，根据下列公式分别计算出葡萄酒颜色的CIE1976(L*a*b*)色空间的L*、a*、b*：
其中，X0、Y0和Z0为标准色度观察者中的标准色刺激值；Xn、Yn和Zn为待测葡萄酒的色刺激值。根据计算得到的L*、a*、b*值可以确定葡萄酒的分类。
再计算彩度C*值和色调角H*值，计算公式分别为：
应理解，以L*、a*、b*值为基础，还可以计算与之相关的各种指标，例如，色差△E。有利地，根据葡萄酒的空间色度L*、a*、b*值计算两个葡萄酒溶液之间的色差△E，可以准确地区别两个颜色近似的葡萄酒，而不必依赖于人眼的观察而产生误判。色差△E的计算公式为：
其中，L* i和L* i’分别为两个葡萄酒的L*值，a* i和a* i’分别为两个葡萄酒的a*值,b* i和b* i’分别为两个葡萄酒的b*值。
在本实施方案中，取450个葡萄酒样品，图2至图4为测得的葡萄酒样品的L*、C*、h*值分布图。下面对葡萄酒样品的L*、C*、h*值进行量化分级分析。
明度值L*的量化分析
明度值L*为颜色的亮度值，在(0，100)区域内变化。L*＝0指示黑色，L*＝100指示白色。葡萄酒样品的明度主要在40以下，其中20以下的占总样品数的36.0％；于20至40之间的占总样品数的48.2％；大于40至60之间的占总样品数的11.3％；大于60至80之间的占总样品数的0.1％；大于80至100之间的占总样品数的3.6％；最低明度值为0.47，是2012年的甘肃产干红。因此，将葡萄酒的明度值L*分为十级，葡萄酒的明度值L*分级参见下表：
| 序号 | L*分级 | L*范围 | 语言描述 |
| 1 | L*1 | 0.0～10.0 | 墨黑 |
| 2 | L*2 | 10.1～20.0 | 暗黑 |
| 3 | L*3 | 20.1～30.0 | 灰黑 |
| 4 | L*4 | 30.1～40.0 | 微亮 |
| 5 | L*5 | 40.1～50.0 | 灰亮 |
| 6 | L*6 | 50.1～60.0 | 清亮 |
| 7 | L*7 | 60.1～70.0 | 透亮 |
| 8 | L*8 | 70.1～80.0 | 清澈 |
| 9 | L*9 | 80.1～90.0 | 明亮 |
| 10 | L*10 | 90.1～100.0 | 清晰 |
可以将测得的葡萄酒的L*值对应到上表的分级中，例如，L*值为31.2的葡萄酒在L*分级表的30.1～40.0范围，对应的级别是L*4，对应的特征为微亮。
彩度C*的量化分析
用距离表示相同明度的中性灰色的距离的程度，也称彩度，是主观心理量。
彩度C*在坐标中被体现为a*和b*的坐标点，C*值是距离坐标点的距离。距离原点越近，中性灰度则强烈，颜色色彩越暗；数值越大，颜色饱和程度越大，颜色越鲜艳。样品检测数据显示，C*值分布在3.54～176.37之间，40～90之间的分布是主要趋势。所以分类上负值不能作为考虑的因素，同时要考虑人眼在CIE1976(L*a*b*)色空间的识别特点，在超过100的边缘区域，分辨率不佳。因此，考虑划分为11个级别比较合适，分别是C*1：0.00～10.00，C*2：10.01～20.000，C*3：20.01～30.00，C*4：30.01～40.00，C*5：40.01～50.00，C*6：50.01～60.00，C*7：60.01～70.00，C*8：70.01～80.00，C*9：80.01～90.00，C*10：90.01～100.00，C*11：≥100.01。，彩度值C*分级参见下表：
| 序号 | C*分级 | C*范围 | 语言描述 |
| 1 | C*1 | 0.00～10.00 | 浅淡 |
| 2 | C*2 | 10.01～20.000 | 清纯 |
| 3 | C*3 | 20.01～30.00 | 纯净 |
| 4 | C*4 | 30.01～40.00 | 秀丽 |
| 5 | C*5 | 40.01～50.00 | 浓郁 |
| 6 | C*6 | 50.01～60.00 | 厚重 |
| 7 | C*7 | 60.01～70.00 | 饱满 |
| 8 | C*8 | 70.01～80.00 | 艳丽 |
| 9 | C*9 | 80.01～90.00 | 鲜艳 |
| 10 | C*10 | 90.01～100.00 | 光艳 |
| 11 | C*11 | ≥100.01 | 浓艳 |
可以根据上表中的C*值对应的语言描述，根据C*值的大小对葡萄酒进行分类。
色调角值h*的量化分析
色调角也称色相，是指能够比较确切地表示某种颜色色调的名称。色调角h*在坐标中被体现为距离a*轴(红色)的角度，色调角h*值的绝对值越大，表示色彩的成分越多，其色相越不鲜明。色相从a*-b*坐标中的a*轴坐标开始，逆时针的方向偏转，在第一、二象限内为正值，在第三、四象限内为负值。H*越接近a*轴或者b*轴，表示颜色越靠近红色(绿色)或者黄色(蓝色)，颜色越纯正，h*的极值在(0～±π，0°～±180°)之间。
在图4中，h*在0.01至1.00之间的分布是主要趋势。考虑到葡萄酒的颜色以红色、黄色等暖色调为主，酒的颜色偏黄、偏红，仅有个别略微偏绿，没有偏蓝的。分类上负值要涵盖近可能多的颜色分类，同时考虑人眼在CIE 1976(L*a*b*)色空间的中对纯色分辨率比较高的特点，更方便的区分繁多的样品。葡萄酒的色调角值h*弧度分级参见下表：
相应地，葡萄酒的色调角值h*角度分级参见下表：
可以根据上表中的h*值对应的语言描述，根据h*值的大小对葡萄酒进行分类。
综合以上L*值、C*值、h*值的三维空间量化分级表，可以确定4400种不同颜色的葡萄酒。例如，某葡萄酒测量出其颜色特征值L*值为31.2，C*值为22.78，h*值为0.32，按照L*C*h*色空间量化分级方法的划分，L*值31.2在L*分级的30.1～40.0范围，对应的级别是L*4；C*值22.78在C*分级的20.1～30.00范围，对应的级别是C*3；h*值0.32在h*分级的0.01～0.47范围，对应的级别是h*3；组合后的葡萄酒颜色级别是L*4C*3h*3,而传统的方法是的评价是“微亮、纯净、玫瑰红”。以此方式，可以直观地、准确地且客观地确定葡萄酒的分类。
应理解，可以将L*、C*、h*的等级进行更加详细地划分，也就是说，葡萄酒具有更多的种类描述，使葡萄酒的分类更加精细。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (5)
1.一种葡萄酒颜色的三维色空间L*C*h*测量量化方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供光源，使光源的光线能够入射到盛有待检测的葡萄酒溶液的容器中；
将穿过盛有待检测的葡萄酒溶液的容器的出射光传导至光谱信号处理装置中；
所述光谱信号处理装置按照数据采样间隔对传导到其中的光谱信号采集吸光度Abs信号值，并将信号值传输至数据处理单元，数据处理单元根据不同波长对应的吸光度Abs信号值计算得到待检测的葡萄酒溶液的空间色度值L*、a*、b*值；
通过L*、a*、b*值计算C*值和h*值，并根据L*值、C*值和h*值确定待检测葡萄酒的分类。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将明度L*划分为十个等级，分别为L*1、L*2、L*3、L*4、L*5、L*6、L*7、L*8、L*9和L*10，对应的L*值分别为0.0～10.0、10.1～20.0、20.1～30.0、30.1～40.0、40.1～50.0、50.1～60.0、60.1～70.0、70.1～80.0、80.1～90.0和90.1～100.0。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将彩度值C*划分为十一个等级，分别为C*1、C*2、C*3、C*4、C*5、C*6、C*7、C*8、C*9、C*10和C*11，对应的C*值分别为是C*1：0.00～10.00，C*2：10.01～20.000，C*3：20.01～30.00，C*4：30.01～40.00，C*5：40.01～50.00，C*6：50.01～60.00，C*7：60.01～70.00，C*8：70.01～80.00，C*9：80.01～90.00，C*10：90.01～100.00，C*11：≥100.01。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将色调角值h*按照弧度划分为四十个等级，分别为h*1、h*2、h*3、h*4、h*5、h*6、h*7、h*8、h*9、h*10、h*11、h*12、h*13、h*14、h*15、h*16、h*17、h*18、h*19、h*20、h*21、h*22、h*23、h*24、h*25、h*26、h*27、h*28、h*29、h*30、h*31、h*32、h*33、h*34、h*35、h*36、h*37、h*38、h*39和h*40，对应的h*值分别为h*1：0.00～0.16、h*2：0.17～0.31、h*3：0.32～0.47、h*4：0.48～0.63、h*5：0.64～0.79、h*6：0.80～0.94、h*7：0.95～1.10、h*8：1.11～1.26、h*9：1.27～1.41、h*10：1.42～1.57、h*11：1.58～1.73、h*12：1.74～1.88、h*13：1.89～2.04、h*14：2.05～2.20、h*15：2.21～2.36、h*16：2.37～2.51、h*17：2.52～2.67、h*18：2.68～2.83、h*19：2.84～2.98、h*20：2.99～3.14、h*21：-3.13～-2.99、h*22：-2.98～-2.84、h*23：-2.83～-2.68、h*24：-2.67～-2.52、h*25：-2.51～-2.37、h*26：-2.36～-2.21、h*27：-2.20～-2.05、h*28：-2.04～-1.89、h*29：-1.88～-1.74、h*30:-1.73～-1.58、h*31:-1.57～-1.42、h*32:-1.41～-1.27、h*33:-1.26～-1.11、h*34:-1.10～-0.95、h*35:-0.94～-0.80、h*36:-0.79～-0.64、h*37:-0.63～-0.48、h*38:-0.47～-0.32、h*39:-0.31～-0.17和h*40:-0.16～-0.01。
5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，将色调角值h*按照角度划分为四十个等级，分别为h*1、h*2、h*3、h*4、h*5、h*6、h*7、h*8、h*9、h*10、h*11、h*12、h*13、h*14、h*15、h*16、h*17、h*18、h*19、h*20、h*21、h*22、h*23、h*24、h*25、h*26、h*27、h*28、h*29、h*30、h*31、h*32、h*33、h*34、h*35、h*36、h*37、h*38、h*39和h*40，对应的h*值分别为h*1：0.00°～9.00°、h*2：9.01°～18.00°、h*3：18.01°～27.00°、h*4：27.01°～36.00°、h*5：36.01°～45.00°、h*6：45.01°～54.00°、h*7：54.01°～63.00°、h*8：63.01°～72.00°、h*9：72.01°～81.00°、h*10：81.01°～90.00°、h*11：90.00°～99.00°、h*12：99.01°～108.00°、h*13：108.01°～117.00°、h*14：117.08°～126.00°、h*15：126.01°～135.00°、h*16：135.01°～144.00°、h*17：144.01°～153.00°、h*18：153.01°～162.00°、h*19：162.01°～171.00°、h*20：171.01°～180.00°、h*21：180.01°～189.00°、h*22：189.01°～198.00°、h*23：198.01°～207.00°、h*24：207.01°～216.00°、h*25：216.01°～225.00°、h*26：225.01°～234.00°、h*27：234.01°～243.00°、h*28：243.01°～252.00°、h*29：252.01°～261.00°、h*30：261.01°～270.00°、h*31：270.01°～279.00°、h*32：279.01°～288.00°、h*33：288.01°～297.00°、h*34：297.01°～306.00°、h*35：306.01°～315.00°、h*36：315.01°～324.00°、h*37：324.01°～333.00°、h*38：333.01°～342.00°、h*39：342.01°～351.00°和h*40：351.01°～360.00°。
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|---|---|---|---|---|
| CN114001824A (zh) * | 2021-10-28 | 2022-02-01 | 上海豫园珠宝时尚集团有限公司 | 一种足金表面颜色差的检验检测方法 |
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| CN105548038A (zh) * | 2015-11-28 | 2016-05-04 | 济南海能仪器股份有限公司 | 葡萄酒颜色的测定方法 |
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