[发明专利]一种高光谱耦合纳米化比色传感器监测红茶发酵程度的方法

权利要求书

1.一种高光谱耦合纳米化比色传感器监测红茶发酵程度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：代表性样品采集及感官审评：采集不同发酵时间的红茶茶样，从发酵开始起至发酵5h每隔30min采集一次样品，每次取20个发酵茶样，共220个样品，根据GB/T23776-2018中工夫红茶审评因子的评分系数，由专业茶叶审评小组对收集的发酵茶样的发酵程度进行感官评价；

S2：气敏传感器阵列材料选择：基于气敏材料与红茶发酵样品反应后阵列特征区域图像，在RGB颜色空间提取嗅觉传感器阵列颜色特征，以特征响应值筛选出响应高、稳定性强的气敏材料，筛选出的气敏材料包括5,10,15,20-四(五氟苯基)卟啉氯化铁、四甲氧基苯基卟啉钴、5,10,15,20-四苯基-21H,23H-卟吩铜(II)、四苯基卟啉锌、5,10,15,20-四苯基卟啉、四苯基卟啉铁、四对甲氧苯基卟啉铁、5,10,15,20-四苯基-21H,23H-卟吩氯化锰；

S3：纳米化比色传感器构建：利用辅助自组装法将筛选出的气敏材料进行纳米化，利用表面活性剂聚乙二醇600辅助气敏材料的纳米化自组装，制得纳米化气敏材料分散液，并将分散液固定至C2反相硅胶板基底上得到纳米化比色传感器，构建纳米化比色传感器的具体过程如下：称取筛选出的气敏材料，超声溶解于N-N-二甲基乙酰胺中，得到气敏材料溶液，将聚乙二醇600与气敏材料溶液混合，超声得到混合液，50℃恒温搅拌15min制得纳米化气敏材料分散液，并将分散液固定至C2反相硅胶板基底上，形成大小为Ф3mm的阵列点，通风干燥15min，制得2*4的纳米化比色传感器阵列；

S4：反应参数优化：利用欧氏距离法分析嗅觉传感系统响应差值，对反应时间、茶叶样本量和反应室体积进行优化；

S5：传感信息获取与特征提取：使用基于可见/近红外光谱仪的高光谱图像系统及配套采集和分析软件，对纳米化比色传感器阵列的高光谱图像进行采集，对所获取的信息进行去噪、阈值分割及特征提取；

S6：发酵程度可视化呈现：在数据矩阵层面，将与红茶发酵产生的挥发性有机物反应后的阵列图像减去反应前的阵列图像，得到颜色变量差值矩阵，利用该矩阵生成得到差值图像，用颜色可视化呈现气敏传感阵列对红茶发酵香气的响应；

S7：发酵程度判别模型的构建与优化：基于主成分分析、线性判别分析降维算法高效提取特征信息，比较偏最小二乘判别、多元线性判别、支持向量机、极限学习机、人工神经网络，深度信念网络算法，选择最优的算法建立鲁棒性强、准确性高的发酵程度评价模型，利用独立样本对模型进行验证，进一步修正和优化模型，以累计贡献率＞95％选取前n个主成分，构建红茶发酵程度定性预测模型，以预测模型的判别率和均方根误差作为模型评价指标，选取最优参数计算得到最优解。

2.如权利要求1所述的一种高光谱耦合纳米化比色传感器监测红茶发酵程度的方法，其特征在于，所述步骤S2中筛选气敏材料时，提取并计算气敏材料与红茶发酵样品相应的RGB特征值的欧式距离，以欧式距离均值＞12.22，误差＜2.44为标准筛选气敏材料。

3.如权利要求1所述的一种高光谱耦合纳米化比色传感器监测红茶发酵程度的方法，其特征在于，所述步骤S3中构建纳米化比色传感器时，聚乙二醇600与气敏材料溶液的体积比为1:9。

4.如权利要求1所述的一种高光谱耦合纳米化比色传感器监测红茶发酵程度的方法，其特征在于，所述步骤S4中以欧式距离法优化得到的最优参数为：反应时间22min，茶叶样本量3g，反应室体积50cm³。

5.如权利要求1所述的一种高光谱耦合纳米化比色传感器监测红茶发酵程度的方法，其特征在于，所述步骤S5中传感信息获取与特征提取时，利用中值滤波法消除图像噪声，基于Laplace算子对平滑后的图像进行空间卷积以获取清晰的样本图像；通过阈值分割将传感器阵列图像与基底背景分开；为消除传感器边缘部分对特征提取的影响，在获取的每个传感阵列染料点图像中搜索中心点，取中心点附近10*10pixels的图像。