提神醒脑——来看近红外如何帮您品鉴茶叶

2022-11-18 13:44:53, CZK


提神醒脑——来看近红外如何帮您品鉴茶叶


茶叶源于中国,早期是祭祀用品,随后用于烹饪和入药,最后才发展成为一种饮料。区别于风味多样的加工茶,传统的原叶茶主要可以分为绿茶、黄茶、乌龙茶、红茶、黑茶和白茶,而绿茶又是我国产量最多的一类茶,接近九成的产茶省区都生产绿茶,每年绿茶的产量占茶叶总产量的一半以上。绿茶不仅在国内深受欢迎,在全世界也是一种被广泛喜爱的无酒精饮品,出口茶叶中 80% 以上都是绿茶,由此可见一斑。


特级绿茶属于绿茶中评价最高的一类,其不仅外形美观,而且所泡之茶茶汤清亮,香气浓郁,口感宜人。特级茶有着非常严格的采摘标准和明确的加工要求,通常只在春季由人工按照一芽一叶的标准进行采茶。尽管特级绿茶具有非常高的价值,但其与普通绿茶的区别,很难仅仅通过外观来判断。目前为止,若需要明确地鉴定出特级绿茶,最为权威的方法是由一组专业人士对标准品和样品进行感官评定,从而判断样品的优劣。这种鉴定方法条件相对苛刻,且费时费力,对于有大批量检测需求的情况就非常不友好且不现实。


近红外光谱分析作为一种快速无损的分析技术,其在食品的质量控制中已被广泛应用。浙江大学范方媛课题组使用近红外分析建立了无损区分特级绿茶与其它等级绿茶的模型。


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样品准备

从市场中购买 279 个绿茶样品,其中 127 个为特级, 152 个为其它等级,测量前用塑料袋密封并在 -20 ℃ 环境下储存。


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测量参数

光谱范围:10000 cm-1-4000 cm-1,分辨率2 cm-1,使用漫反射测量方式,每次称重 10g 茶叶,每个样品测量三次取平均光谱。

茶叶样品的原始近红外光谱

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光谱预处理

光谱多元信号校正、中心化处理和 Savitzky-Golay 求导(一阶导和二阶导)。

茶叶样品经预处理后的近红外光谱

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感官评价

根据国标(GB/T23776)要求,一共六位评审专家对样品的外形、汤色、香气、滋味、叶底进行打分,然后根据每个维度不同权重综合计算最终得分,满分为 100。


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模型校正

不同等级的样品分别分成两个数据集,其中 185 个样品用于交互检验校正,94 个样品用于验证模型效果。建模方法分别采用了经典偏最小二乘(PLS)以及优化的区间偏最小二次(siPLS)算法。使用均方根误差(RMSE)和预测偏差比(RPD)来评价模型的预测的准确性。

最终优化模型对外部验证样品预测结果


经过优化后的模型对 185 个建模样品和 94 个外部验证样品的预测准确度分别达到了 97% 和 93%,证明模型够较为精准地区分特级绿茶与其它等级绿茶,相比于传统的感官鉴定,近红外能够做到快速无损分析,对大批量的检测鉴定具备独特的优势。应用中采用的是步琦 NIRFlex 系列近红外光谱仪,多种配置和稳定性能助力科学研究。


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参考文献

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.

步琦傅里叶变换光谱仪

 NIRFlex N-500 



  • NIRFlex N-500 独特的偏振干涉仪设计,相比经典傅里叶近红外光谱仪,在简化光路空间的同时,极大地提升了设备的抗震能力,更能通过实验室、生产车间、仓库等多种复杂测量环境的考验。


  • NIRFlex N-500 模块化的设计,4 种测量池以及多达近 20 种的测量附件,能够满足几乎所有的测量场景。更换快捷方便,一台机器就能完成多样品形态的测量分析工作。


  • NIRFlex N-500 贴心的双灯源设计,一旦主灯能量降低到阈值之下,就自动切换至副灯,不会造成分析间断而影响生产效率。


  • NIRFlex N-500 内置校准标准物,搭配功能全面且强大的软件套件,保证数据安全,满足 GMP 及 21 CFR Part 11 的要求,为制药行业提供安全稳定的分析手段。







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