[发明专利]一种基于近红外光谱技术的普洱茶聚类分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种普洱茶的检测方法，特别涉及一种基于近红外光谱技术的普洱茶聚类分析方法。

背景技术

云南普洱茶以其悠久的历史，丰富的文化以及甘醇的韵味享誉全球。而近些年来，随着养生、保健成为了普通百姓日常生活的主题，普洱茶减肥、降血脂、降血压、抗癌等独特的保健功效一经报道，立刻吸引了社会各界，尤其是各方学者的广泛关注，民间更是随之兴起了一股买普洱、藏普洱、饮普洱的热潮。在“普洱热”兴起的同时，人们渐渐意识到，在普洱茶生产过程当中的质量控制环节，仍然存在着较大的问题。例如普洱茶成分复杂，各组分难以单独定性或定量分析，使得研究人员难以入手，而产业内部各生产厂家标准不一、仍主要依赖人工主观品评等，为普洱茶的质量控制造成了很大困难。

普洱茶的复杂性、整体性决定了其整体质量评价的必要性。然而，常规的现代仪器分析多注重于普洱茶微观化学成分的研究，而将普洱茶本身各种成分的综合作用和相互关系割裂开来，这种运用于普洱茶质量标准的分析方法很难适应普洱茶的综合、宏观的整体评价标准；而传统的鉴别鉴定方法又容易受到主观性和经验性影响。

目前在普洱茶生产过程中的质量控制一环，以质量检验人员的经验为基础的感官品评仍然占据主导地位，其主观性强、准确性和重现性较差的缺点逐渐暴露出来。针对这一难题，本发明中利用傅里叶变换近红外光谱技术结合适当的谱图预处理方法和聚类分析算法，实现了对多种普洱茶样品聚类与定性分析，模型判别准确率能达到90%以上，稳定性与重现性极高。该方法被证明在普洱茶的品质分析与质量控制方面具有较大的应用价值和乐观的应用前景。

傅里叶变换近红外光谱法利用近红外光谱技术结合计算机算法对普洱茶进行“无损、快速”检测，既能客观反映普洱茶内在物质基础，又能在宏观上有效控制普洱茶整体质量。

近红外普洱茶品质分析光谱技术与计算机算法技术的有机结合，是解决复杂混合物定性和定量分析的一个崭新思路，它突破了复杂物系统分析的传统技术路线，使混合物分析既能宏观定性整体属性，又能微观定量各组分特性，该系统的建立和完善必将为普洱茶产业的发展起到重要的推动作用。

发明内容

本发明根据研究，发现傅里叶变换近红外光谱法利用近红外光谱技术结合计算机算法对普洱茶进行“无损、快速”检测，准确性高，操作简便。本发明是这样实现的：

本发明提供一种基于近红外光谱技术的普洱茶聚类分析方法，该方法包括如下步骤：

(1)采集已知种类普洱茶样品的近红外光谱图；

(2)谱图预处理；

(3)建立数据模型；

(4)对已建立数据模型进行聚类分析算法验证，确定最佳算法；

(5)对未知(待测)样品进行检测。

其中：

步骤(1)方法是：将某一已知种类的普洱茶样品烘干后粉碎过筛，所得样品粉末采集一张以上的近红外光谱图；

步骤(2)方法是：上步所得光谱图依次经过批量归一化处理、批量基线校正处理以及剔除异常样本点处理；

步骤(3)方法是：使用聚类分析软件建立数据模型；

步骤(4)方法是：对数据模型进行聚类分析算法验证，其中聚类分析算法包括线性判别分析、支持向量机、自适应提升、k临近、分类与回归树，选择出一种精度高的算法。

步骤(5)方法是：对未知或与步骤(1)已知种类的普洱茶类似的样品烘干后粉碎过筛，所得样品粉末采集一张以上的近红外光谱图，所得光谱图依次经过批量归一化处理、批量基线校正处理以及剔除异常样本点处理，再进行聚类分析，其结果用分类识别率和拒绝率来评价。

其中：

所述近红外光谱的采集，方法如下：普洱茶样品在60℃烘箱中烘干至恒重，使用粉碎机粉碎后过300目筛，所得样品粉末使用积分球采集近红外谱图，近红外光谱仪参数设置：光谱扫描范围10000~4000cm^-1，谱图32次叠加，扫描速率0.5cm^-1/s，谱图分辨率4cm^-1；

其中：

所述谱图预处理方法为：批量归一化处理、批量基线校正处理以及剔除异常样本点处理，方法如下：

批量归一化：即对于同种类样品的近红外谱图，首先扣除平均值，再除以均方差值，在最大程度上消除在实验操作中由于样品装填高度的细微差异以及红外光谱仪光源扰动而造成的系统误差，保证了谱图的一致性(图1A、图1B)。