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我国是茶叶生产和消费第一大国,随着人民生活水平的提高,对茶叶品质特别是名优茶的品质要求也越来越高。目前,国内名优茶真伪品质的检测基本上都采用感官评定法和传统的化学方法,但这些方法存在主观性强、检测结果重复性差等缺点。本课题,以江苏名优绿茶碧螺春为研究对象,利用高光谱图像技术、色谱技术和三维荧光光谱技术等一些新技术对其内外品质进行分析并对其真伪进行甄别。本论文的主要研究内容如下:
1.高光谱图像技术在碧螺春茶叶品质真伪鉴别中的应用研究。首先利用验室高光谱检测设备采集了真伪碧螺春茶在408-1117nm范围的高光谱图像数据,通过主成分分析,优选出763.36nm和791.17nm这2个特征波长下的图像；然后,从每个特征波长下的图像中,选取了灰度共生矩阵构造的对比度、相关性、能量、均匀性四个统计量作为纹理特征值,共8个特征变量；再通过主成分分析对这8个特征变量进行压缩,提取6个主成分因子建立基于支持向量机(Support Vector Machine SVM)的碧螺春茶品质真伪鉴别模型。模型训练集的识别率为100％,预测集的识别率达到91.66％。结果表明,高光谱图像技术可以用于碧螺春茶的真伪鉴别。
2.基于色谱技术-包括气相色谱质谱联用技术(Gas Chromatography—MassSpectrometry GC-MS)和高效液相色谱技术(High Performance LiquidChromatography HPLC)鉴别碧螺春真伪的研究。采用固相微萃取技术富集了真伪碧螺春茶叶的挥发性香气成分,通过气质联用技术对其进行分析定性,鉴定出真伪品茶叶中61种挥发性香气成分,再检索NIST05质谱数据库后确定了正反匹配度均大于950的真伪碧螺春茶共同存在的9种特征香气挥发性成分；再优化了高效液相色谱技术色谱条件及样本预处理条件,分析真伪碧螺春茶样本中:表没食子儿茶素(epigallocatechin,EGC)、(+)-儿茶素[(+)-catechin,C]、表没食子儿茶素没食子酸酯(epigallocatechin gallate,EGCG)、表儿茶素(epicatechin,EC)和表儿茶素没食子酸酯(epicatechin gallate,ECG)这5种儿茶素单体的含量。利用GC-MS和HPLC技术提取色谱特征的峰面积作为模型的输入指标,在模型建立过程中,通过对主成分因子数的优化,选取前8个主成分因子数时SVM模型的鉴别率达到最高,该模型对训练集样本的回判鉴别率为100％,对预测集样本的预测鉴别率达到95.83％。以上研究结果表明,利用GC-MS和HPLC结合合适的化学计量学技术可以识别真伪碧螺春茶叶。
3.基于三维荧光光谱的碧螺春真伪鉴别研究。对获取的真伪碧螺春三维荧光光谱数据首先进行光谱预处理,对茶叶三维荧光光谱中存在的锐利散射通过斜率分析后置零处理。对校正处理后的真伪碧螺春茶叶三维荧光光谱提取:平均值,标准差,重心,相关系数,等效椭圆长轴斜率,峰度和偏度这7个统计值作为模式识别输入变量。引入线性的K最近邻距离模型以及非线性的人工神经网络模型进行比较,支持向量机模型对训练集样本的回判鉴别率为100％,对预测集样本的预测鉴别率达到97.5％,达到最佳。结果显示支持向量机模型在训练过程中自学习能力明显强于线性的K最近邻距离模型,且模型的泛化性又明显优于人工神经网络模型。研究表明通过三维荧光光谱技术提取适合的统计特征参数可以用于碧螺春茶叶的真伪鉴别。
本研究对于我国开展名优茶品质真伪的快速检测,具有重要的参考价值,对提高我国名优茶产品的国际竞争力具有重要的经济意义。