茶葉和速溶茶粉品質(zhì)可見-近紅外光譜檢測方法及便攜式儀器開發(fā)研究.pdf

1、在茶葉深加工過程中，茶多酚和咖啡因含量實(shí)時(shí)快速檢測可保證其最終產(chǎn)品的質(zhì)量，傳統(tǒng)的化學(xué)檢測方法檢測時(shí)間長、檢測費(fèi)用高，無法滿足茶葉加工過程中快速檢測的要求。目前光譜分析技術(shù)在茶葉及產(chǎn)品的品質(zhì)檢測應(yīng)用中多采用商業(yè)化的實(shí)驗(yàn)室近紅外光譜儀，儀器價(jià)格昂貴，體積和質(zhì)量大，攜帶和使用不便，不適應(yīng)現(xiàn)場或在線檢測。鑒于此，本課題以企業(yè)實(shí)際應(yīng)用為目標(biāo)，設(shè)計(jì)和開發(fā)了一套便攜式可見/近紅外光譜檢測系統(tǒng)，并在茶葉深加工過程中原料和速溶茶粉中茶多酚和咖啡因含量快速

2、檢測上得到應(yīng)用。具體研究內(nèi)容如下:
　　(1)便攜式可見/近紅外光譜檢測系統(tǒng)硬件開發(fā)。從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，開發(fā)的硬件系統(tǒng)核心是主要是由微型結(jié)構(gòu)的分光系統(tǒng)和檢測器組成，其中檢測器采用2048位線陣電荷耦合元件（ILX554B，SONY公司，日本），分光系統(tǒng)采用狹縫寬度為25μm的固定光柵光譜儀（SD1200，OTO Photonics公司，臺灣）。采用10瓦和+5V的鹵素?zé)艄庠?，并利用Y型光纖（QR400-7-VIS-BX，海洋光學(xué)公司

3、，美國）作為光傳導(dǎo)部件。工作過程中，由光源發(fā)出的光通過Y型光纖的入射光端口，到達(dá)探頭端并照射在樣品上，經(jīng)樣品反射。攜帶有樣本信息的反射光將進(jìn)入Y型光纖的另一個(gè)端口，通過狹縫，到達(dá)光譜儀的分光系統(tǒng)，最終照射在檢測器上，再經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換和A/D轉(zhuǎn)換并通過USB傳輸?shù)诫娔X中，從而獲得樣品的光譜信息。整個(gè)硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)緊湊，成本低、攜帶和使用方便，可以滿足茶葉和速溶茶粉快速在線檢測的要求。
　　(2)便攜式可見/近紅外光譜檢測系統(tǒng)軟件開發(fā)。

4、首先從軟件的開發(fā)平臺、需求和流程等方面進(jìn)行了深入的分析，采用了Microsoft Foundation Classes和多線程技術(shù)，利用模塊化思想將軟件分為光譜儀控制模塊、輸入輸出文件模塊、圖形顯示模塊和光譜建模分析模塊，滿足模塊間低耦合、模塊內(nèi)高內(nèi)聚等要求，使代碼簡潔、易于維護(hù)，其中光譜建模分析模塊結(jié)合了PLS算法，方便了用戶建模分析，整個(gè)軟件的交互界面美觀，操作簡單。
　　(3)便攜式可見/近紅外光譜檢測系統(tǒng)在茶葉品質(zhì)快速檢測

5、上的應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)以深加工原料綠茶為對象，利用便攜式可見/近紅外光譜檢測系統(tǒng)采集綠茶樣本光譜數(shù)據(jù)，篩選和優(yōu)化數(shù)據(jù)處理方法，從光譜信息中挖掘相應(yīng)的特征波段，建立綠茶中茶多酚和咖啡因的定量分析模型。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)變量變換預(yù)處理后，采用聯(lián)合區(qū)間偏最小二乘方法建立的模型要優(yōu)于全波段偏最小二乘回歸模型。利用預(yù)測集中20個(gè)獨(dú)立樣本分別對茶多酚含量模型和咖啡因含量模型分別進(jìn)行測試，測試結(jié)果顯示，茶多酚含量模型的相關(guān)系數(shù)和預(yù)測均方根誤差分別為R

6、p=0.8804和RMSEP=1.5400;咖啡因含量模型的相關(guān)系數(shù)和預(yù)測均方根誤差分別為Rp=0.7815和RMSEP=0.3390。研究還對該便攜式可見/近紅外光譜檢測系統(tǒng)檢測結(jié)果的穩(wěn)定性進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果顯示該系統(tǒng)對同一樣本三次平行檢測值的變異系數(shù)能控制在5％以內(nèi)，顯示了較好的穩(wěn)定性。研究成果表明該便攜式可見/近紅外光譜檢測系統(tǒng)可用于茶葉深加工原料中茶多酚和咖啡因含量的快速檢測，為工業(yè)中茶葉深加工原料品質(zhì)快速判斷提供切實(shí)可行的方法。

7、
　　(4)便攜式可見/近紅外光譜檢測系統(tǒng)在速溶茶粉品質(zhì)快速檢測上的應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)以茶葉深加工產(chǎn)品——速溶綠茶粉為對象，利用便攜式可見/近紅外光譜檢測系統(tǒng)采集速溶綠茶粉樣本的光譜數(shù)據(jù)，篩選和優(yōu)化數(shù)據(jù)處理方法，從光譜信息中挖掘相應(yīng)的特征波段，建立速溶綠茶粉中茶多酚和咖啡因的定量分析模型。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)變量變換預(yù)處理后，采用聯(lián)合區(qū)間偏最小二乘方法建立的模型要優(yōu)于全波段偏最小二乘回歸模型。利用預(yù)測集中20個(gè)獨(dú)立樣本分別對茶多酚含

8、量模型和咖啡因含量模型分別進(jìn)行測試，測試結(jié)果顯示，茶多酚含量模型的相關(guān)系數(shù)和預(yù)測均方根誤差分別為Rp=0.8826和RMSEP=4.8200;咖啡因含量模型的相關(guān)系數(shù)和預(yù)測均方根誤差分別為Rp=0.8717和RMSEP=0.5400。研究還對該便攜式可見/近紅外光譜檢測系統(tǒng)檢測結(jié)果的穩(wěn)定性進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果顯示該系統(tǒng)對同一樣本三次平行檢測值的變異系數(shù)能控制在5％以內(nèi)，顯示了較好的穩(wěn)定性。研究成果表明該便攜式可見/近紅外光譜檢測系統(tǒng)可用于茶