[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

说明书

本发明涉及茶叶品质监测技术领域，具体涉及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；利用纳米化比色传感阵列捕获红茶发酵过程中挥发性物质，并应用高光谱图像技术结合主成分分析、线性判别分析等降维算法，高效提取比色阵列特征信息，采用偏最小二乘判别、多元线性判别、支持向量机、极限学习机、人工神经网络、深度信念网络等算法建立鲁棒性强、准确性高的信息融合判别模型，实现对红茶发酵程度的快速准确判别。本发明具有分析速度快、灵敏度高、成本低、样品无需预处理且便于在线无损检测的特点。

技术领域

本发明涉及茶叶品质监测技术领域，具体涉及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。

背景技术

红茶是世界上产量和销量最高的茶类，其加工工序包括萎凋、揉捻、发酵和干燥。发酵作为红茶加工的关键工序，对红茶香气、色泽、滋味品质的形成有重要影响，发酵不足和过度发酵都不利于红茶品质。们目前，茶叶品质的评价方法主要依赖感官审评和化学分析方法。传统红茶生产中，对发酵程度的掌握主要依赖有经验的制茶师傅进行感官评判。然而，对发酵叶的感官评判易受现场情况，审评员的健康状况、知识水平以及经验等影响。同时，描述性的感官审评结果难以量化，在客观性、准确性等方面有所欠缺，难以适应目前茶叶行业加工过程品质评判的需求。化学分析法能够准确对茶叶各种理化成分进行定量，但分析过程繁杂、费时费力，且只能分析单项内含物指标，不能够在线衡量红茶发酵质量，不适用于茶叶加工过程中的在线检测和快速评价。

随着发酵程度的加深，在制品香气品质转变十分明显，这与发酵过程中关键香气组分的动态变化有关。总体来说，随着发酵的进程，挥发性有机物(VOC)种类大致呈现先增加后减少的趋势。顺-己酸-3-己烯酯、顺-3-壬烯-1-醇等具有青草气和粗青气的香气成分减少；同时，具有花果香的芳香挥发性代谢物，如水杨酸甲酯、香叶醇、苯乙醇、苯乙醛等在红茶发酵过程中变化显著。然而，目前对于这些特征VOC的检测依赖气质联用(GC-MS)等化学分析方法，整个分析过程费时费力，检测结果具有严重的滞后性，无法满足红茶发酵过程原位监测的需求。综上，开发快速无损、准确可靠的发酵在制品香气数字化评价方法，对于实现红茶发酵品质的原位监测具有重要意义。

目前，电子鼻仿生传感器被广泛应用于茶叶品质的评判中。与传统人工嗅觉系统相比，比色传感器选用疏水性气敏阵列染料和基底，环境湿度的变化几乎不会对传感器产生影响，这一特点让嗅感图像化技术成为茶叶品质评价的有力嗅觉监测手段。然而，普适性气敏材料对VOC响应灵敏度低、选择性弱限制了其对动态变化的红茶发酵香气特征识别。且目前多数嗅觉传感器是基于RGB三通道获取色差向量进行统计和定量分析，这三个被检测的通道是高度相关的，并包含相对较高的噪声，基于近红外光谱可以获得嗅觉传感阵列更丰富的特征信息，有利于提高相似目标件的区分能力。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

发明内容

本发明的目的在于解决目前的红茶发酵程度监测方法相应灵敏度低、选择性弱，且获取色差向量进行统计和定量分析的RGB三通道是高度相关的，监测结果不准确的问题，提供了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。

为了实现上述目的，本发明公开了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，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的特征响应值筛选出响应高、稳定性强的气敏材料；