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提神醒腦——來看近紅外如何幫您品鑒茶葉

步琦 2022-11-22 | 閱讀：648

提神醒腦——來看近紅外如何幫您品鑒茶葉

茶葉源于中國，早期是祭祀用品，隨后用于烹飪和入藥，最后才發(fā)展成為一種飲料。區(qū)別于風(fēng)味多樣的加工茶，傳統(tǒng)的原葉茶主要可以分為綠茶、黃茶、烏龍茶、紅茶、黑茶和白茶，而綠茶又是我國產(chǎn)量最多的一類茶，接近九成的產(chǎn)茶省區(qū)都生產(chǎn)綠茶，每年綠茶的產(chǎn)量占茶葉總產(chǎn)量的一半以上。綠茶不僅在國內(nèi)深受歡迎，在全世界也是一種被廣泛喜愛的無酒精飲品，出口茶葉中 80% 以上都是綠茶，由此可見一斑。

特級(jí)綠茶屬于綠茶中評(píng)價(jià)最高的一類，其不僅外形美觀，而且所泡之茶茶湯清亮，香氣濃郁，口感宜人。特級(jí)茶有著非常嚴(yán)格的采摘標(biāo)準(zhǔn)和明確的加工要求，通常只在春季由人工按照一芽一葉的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行采茶。盡管特級(jí)綠茶具有非常高的價(jià)值，但其與普通綠茶的區(qū)別，很難僅僅通過外觀來判斷。目前為止，若需要明確地鑒定出特級(jí)綠茶，最為權(quán)威的方法是由一組專業(yè)人士對(duì)標(biāo)準(zhǔn)品和樣品進(jìn)行感官評(píng)定，從而判斷樣品的優(yōu)劣。這種鑒定方法條件相對(duì)苛刻，且費(fèi)時(shí)費(fèi)力，對(duì)于有大批量檢測(cè)需求的情況就非常不友好且不現(xiàn)實(shí)。

近紅外光譜分析作為一種快速無損的分析技術(shù)，其在食品的質(zhì)量控制中已被廣泛應(yīng)用。浙江大學(xué)范方媛課題組使用近紅外分析建立了無損區(qū)分特級(jí)綠茶與其它等級(jí)綠茶的模型。

樣品準(zhǔn)備

從市場(chǎng)中購買 279 個(gè)綠茶樣品，其中 127 個(gè)為特級(jí)， 152 個(gè)為其它等級(jí)，測(cè)量前用塑料袋密封并在 -20 ℃ 環(huán)境下儲(chǔ)存。

測(cè)量參數(shù)

光譜范圍：10000 cm-¹-4000 cm^-1，分辨率2 cm^-1，使用漫反射測(cè)量方式，每次稱重 10g 茶葉，每個(gè)樣品測(cè)量三次取平均光譜。

▲ 茶葉樣品的原始近紅外光譜

光譜預(yù)處理

光譜多元信號(hào)校正、中心化處理和 Savitzky-Golay 求導(dǎo)（一階導(dǎo)和二階導(dǎo)）。

▲ 茶葉樣品經(jīng)預(yù)處理后的近紅外光譜

感官評(píng)價(jià)

根據(jù)國標(biāo)（GB/T23776）要求，一共六位評(píng)審專家對(duì)樣品的外形、湯色、香氣、滋味、葉底進(jìn)行打分，然后根據(jù)每個(gè)維度不同權(quán)重綜合計(jì)算最終得分，滿分為 100。

模型校正

不同等級(jí)的樣品分別分成兩個(gè)數(shù)據(jù)集，其中 185 個(gè)樣品用于交互檢驗(yàn)校正，94 個(gè)樣品用于驗(yàn)證模型效果。建模方法分別采用了經(jīng)典偏最小二乘（PLS）以及優(yōu)化的區(qū)間偏最小二次（siPLS）算法。使用均方根誤差（RMSE）和預(yù)測(cè)偏差比（RPD）來評(píng)價(jià)模型的預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。

▲ 最終優(yōu)化模型對(duì)外部驗(yàn)證樣品預(yù)測(cè)結(jié)果

經(jīng)過優(yōu)化后的模型對(duì) 185 個(gè)建模樣品和 94 個(gè)外部驗(yàn)證樣品的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度分別達(dá)到了 97% 和 93%，證明模型夠較為精準(zhǔn)地區(qū)分特級(jí)綠茶與其它等級(jí)綠茶，相比于傳統(tǒng)的感官鑒定，近紅外能夠做到快速無損分析，對(duì)大批量的檢測(cè)鑒定具備獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。應(yīng)用中采用的是步琦 NIRFlex 系列近紅外光譜儀，多種配置和穩(wěn)定性能助力科學(xué)研究。

參考文獻(xiàn)

Chunlin Li. Rapid and non-destructive discrimination of special-grade flat green tea using Near-infrared spectroscopy[J]. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 2019, 206(5): 254-262.

步琦傅里葉變換光譜儀

NIRFlex N-500

NIRFlex N-500 獨(dú)特的偏振干涉儀設(shè)計(jì)，相比經(jīng)典傅里葉近紅外光譜儀，在簡(jiǎn)化光路空間的同時(shí)，極大地提升了設(shè)備的抗震能力，更能通過實(shí)驗(yàn)室、生產(chǎn)車間、倉庫等多種復(fù)雜測(cè)量環(huán)境的考驗(yàn)。
NIRFlex N-500 模塊化的設(shè)計(jì)，4 種測(cè)量池以及多達(dá)近 20 種的測(cè)量附件，能夠滿足幾乎所有的測(cè)量場(chǎng)景。更換快捷方便，一臺(tái)機(jī)器就能完成多樣品形態(tài)的測(cè)量分析工作。
NIRFlex N-500 貼心的雙燈源設(shè)計(jì)，一旦主燈能量降低到閾值之下，就自動(dòng)切換至副燈，不會(huì)造成分析間斷而影響生產(chǎn)效率。
NIRFlex N-500 內(nèi)置校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)物，搭配功能全面且強(qiáng)大的軟件套件，保證數(shù)據(jù)安全，滿足 GMP 及 21 CFR Part 11 的要求，為制藥行業(yè)提供安全穩(wěn)定的分析手段。