CN105866203B - 一种基于电子舌检测信息的白毫银针滋味等级判别方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于电子舌检测信息的白毫银针滋味等级判别方法，包括样液制备、采集检测信息、判别式方程的构建和各等级样品质心距离的计算。本发明的判别方法，有效地解决了“人工审评”过程由于“感官疲劳”而不能长时间进行审评的问题；较好地消除了不同审评人员间的判别结果误差，提高了滋味等级审评结果的稳定性和一致性；审评全过程方便快捷，消耗时间短，每个样品从制样到完成判别的全过程仅需5min；模型分析结果表明具有良好的稳定性，与人工审评结果的一致性高于90％。本发明具有很好的实用价值，对白毫银针生产过程中自动化控制手段的应用，以及最终茶叶产品品质的评价表述及销售流通具有重大意义。

Description

一种基于电子舌检测信息的白毫银针滋味等级判别方法
技术领域
本发明涉及一种茶叶等级判别方法，具体涉及一种基于伏安型电子舌检测信息的白毫银针滋味等级判别方法，属食品技术领域。
背景技术
白毫银针，属白茶类，中国十大名茶之一，产地为福建省福鼎市和政和县。由于其采用肥壮的茶芽为原料，因此制成的成品茶，形状似针，白毫密被，色白如银，因此命名为“白毫银针”。其汤色清淡、味鲜醇、有毫香。白毫银针的白茶内含丰富的茶氨酸、儿茶素、黄酮类化合物等功能成分，受到港、澳地区、东南亚以及欧美等国的消费者青睐，被视为珍品，
传统上白毫银针品质评价需要依靠审评员的“感官”完成，不但审评周期较长，而且容易受到各种主观和外界因素的干扰，数据的“一致性”和“量化性”都不足，难以客观且稳定地表征白毫银针的实际品质，因此有必要寻找一种标准化且易操作的手段实现其滋味品质等级的稳定判别。
电子舌是一种典型的人工味觉***(Artificial Taste System，ATS)它由低选择性、非特异性的交互敏感传感器阵列，配以合适的模式识别或多元统计方法，进而实现分析。电子舌所测定的不是某一化学成分的定量定性结果，而是获得所测物质味觉的整体信息。电子舌的构成主要有：味觉传感器阵列、信号激发采集***和模式识别***。其中的味觉传感器阵列是电子舌的核心组件，它是由几个甚至几十个不同传感器构成，每个传感器仿佛人的“味蕾”一样，可以感受一类化学物质，进而实现对人味觉的模拟。依据传感器的工作原理，电子舌传感器可分为：电位型传感器，阻抗谱型传感器和伏安型传感器三大类。
伏安型电子舌传感器是由若干贵金属工作电极和1个参比电极构成。通过控制***控制提供电脉冲，由采集***测量和储存响应电流多频脉冲，测量过程把几个不同脉冲时间间隔的常规大幅脉冲电势作为不同的频率段组合在一起，作为脉冲电势激发信号，随着频率的增高，脉冲时间间隔减小到一定程度，由于同一个频段内前后两个脉冲电势之间的交互作用，使得激发信号偏离原始的常规大幅脉冲伏安法，向小幅脉冲伏安法和阶梯脉冲伏安法靠近，这样不同电极在不同的频率下对被测溶液样品呈现出不同的区分效果，进而实现了对滋味指纹的采集。
利用伏安型电子舌的检测信息进行白毫银针滋味等级的判别，其数学实质即是对电子舌所获得的“指纹数据”进行分类预测，统计学对该类问题的分析方法有很多，常见的解决方案主要有：“判别分析法”和“Logistic回归分析法”。判别分析的因变量可以是有序分类变量或无序分类变量，自变量可以使任何尺度变量，其建立一种线性组合用最优化的模型来概括分类间的差异，从而根据已知样本的分类判别未知分类样本的归属。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于电子舌检测信息的白毫银针滋味等级判别方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现。
一种基于电子舌检测信息的白毫银针滋味等级判别方法，其特征在于判别方法的步骤如下：
(1)样液制备：称取5.0g待检茶叶样品，加沸水110mL，加盖浸泡3min后，滤出茶汤，冷却至室温，即为样液；
(2)采集检测信息：将电子舌的复合电极浸入样液中；以0.2v为电位步进电压，采集各个电极在1Hz，10Hz和100Hz，三个加电频率和对应的步进加电电压下的脉冲值拐点，获得电子舌检测信息，将该检测信息导出后，选取其中的“d2p8v金电极1Hz的电位值”为变量X1；“d2p4v钯电极1Hz的电位值”为变量X2；“d2p3v钨电极10Hz的电位值”为变量X3；“d2p10v钯电极1Hz的电位值”为变量X4；“d1p9v金电极1Hz的电位值”为变量X5；“d1p7v铂电极100Hz的电位值”为变量X6；“d1p7v钯电极100Hz的电位值”为变量X7；“d1p5v钛电极1Hz的电位值”为变量X8；“d1p5v钯电极1Hz的电位值”为变量X9；“d1p2v银电极1Hz的电位值”为变量X10；“d1p2v铂电极1Hz的电位值”为变量X11；“d1p2v钯电极100Hz的电位值”为变量X12；“d1p10v金电极1Hz的电位值”为变量X13；所述电子舌的复合电极为铂电极、金电极、钨电极、银电极、钛电极和钯电极；所述采集检测信息，于复合电极的加电电压为+10V～-10V的范围内，选取其脉冲值拐点电位，构建电子舌滋味检测信息；
以上变量的单位为“毫伏”。例如：所述“d2p8v金电极1Hz的电位值”指该变量值是在8v的加电电压和1Hz的电频率下，采集获得金电极响应电位的拐点值；
(3)判别函数值计算：
D1＝-1.41×106X1-1.58×106X2+4.68×105X3+7.55×105X4-7.94×104X5-1.87×105X6+7.14×104X7+1.64×106X8+3.38×106X9+2.81×104X10-2.06×106X11+6.86×104X12+3.19×106X13；
D2＝5.78×105X1+9.18×104X2-5.12×103X3+6.55×104X4-3.46×106X5-2.81×105X6+4.93×105X7+4.42×106X8-4.79×105X9-2.77×103X10-4.58×105X11+2.70×105X12+8.93×105X13；
(4)各等级组质心距离的计算
分别计算判别函数值至各对应等级组质心的距离，计算公式如下：
与对应等级质心距离最近的即为其判别归属等级，即，最小值所对应的等级即为茶样滋味等级。
本发明的优点及有益效果：
1、本发明基于电子舌检测信息的白毫银针滋味等级判别方法，有效解决了“人工审评”过程由于“感官疲劳”而不能长时间进行准确判定的问题；
2、判别标准的相对固定性，较好地消除了不同审评人员间的判别结果误差，提高了滋味等级审评结果的稳定性和一致性；
3、审评全过程方便快捷，消耗时间短，每个样品从制样到完成判别的全过程仅需5min；
4、由于判别模型采用多位资深审评员在良好状态下进行的大样本量茶样审评数据为基础完成构建，同时，模型分析结果表明模型具有良好的稳定性，与人工审评结果的一致性也高于90％，因此该判别结果具有很好的实用价值，能够很好地辅助实现白毫银针滋味分级标准的一致性、客观性和通用性，对茶叶生产过程中自动化控制手段的应用，以及最终茶叶产品品质的评价表述及销售流通扫清障碍。
具体实施方式
为了充分公开本发明的一种基于电子舌检测信息的白毫银针滋味等级判别方法，以下结合实施例加以说明。
实施例1，一种基于电子舌检测信息的白毫银针滋味等级判别方法，包括以下步骤：
(1)样液制备：称取5.0g白毫银针为待检茶叶样品，加沸水110mL，加盖浸泡3min后，滤出茶汤，冷却至室温，即为样液；
(2)采集检测信息：选用Smartongue伏安型电子舌，将电子舌复合电极，即铂电极、金电极、钨电极、银电极、钛电极和钯电极，分别浸入步骤(1)的样液中，采集各个电极在1Hz，10Hz和100Hz，三个加电频率和对应的步进加电电压下的脉冲值拐点，获得电子舌检测信息，获得电子舌检测信息所对应的X1～X13的值分别为：X1＝7.43×10-8、X2＝4.79×10-6、X3＝5.67×10-5、X4＝1.61×10-5、X5＝1.65×10-6、X6＝2.40×10-5、X7＝2.47×10-5、X8＝-6.95×10-7、X9＝2.43×10-6、X10＝8.48×10-7、X11＝1.25×10-6、X12＝2.08×10-5、X13＝-9.02×10-7；
(3)判别函数值计算：
利用电子舌的检测信息，带入判别函数计算：
D1＝-1.41×106X1-1.58×106X2+4.68×105X3+7.55×105X4-7.94×104X5-1.87×105X6+7.14×104X7+1.64×106X8+3.38×106X9+2.81×104X10-2.06×106X11+6.86×104X12+3.19×106X13；
＝-1.41×106×7.43×10-8-1.58×106×4.79×10-6+4.68×105×5.67×10-5+7.55×105×1.61×10-5-7.94×104×1.65×10-6-1.87×105×2.40×10-5+7.14×104×2.47×10-5+1.64×106×(-6.95×10-7)+3.38×106×2.43×10-6+2.81×104×8.48×10-7-2.06×106×1.25×10-6+6.86×104×2.08×10-5+3.19×106×(-9.02×10-7)＝0.193；
D2＝5.78×105X1+9.18×104X2-5.12×103X3+6.55×104X4-3.46×106X5-2.81×105X6+4.93×105X7+4.42×106X8-4.79×105X9-2.77×103X10-4.58×105X11+2.70×105X12+8.93×105X13
＝5.78×105×7.43×10-8+9.18×104×4.79×10-6-5.12×103×5.67×10-5+6.55×104×1.61×10-5-3.46×106×1.65×10-6-2.81×105×2.40×10-5+4.93×105×2.47×10-5+4.42×106×-6.95×10-7-4.79×105×2.43×10-6-2.77×103×8.48×10-7-4.58×105×1.25×10-6+2.70×105×2.08×10-5+8.93×105×(-9.02×10-7)
＝0.158；
(4)等级组质心距离的计算
分别计算判别函数值至各对应等级组质心的距离，计算公式如下：
将D1＝0.193与D2＝0.158带入公式计算
因为1.581<2.847<3.662，即，与滋味2级质心距离最近，因此，该茶样滋味等级被判定为2级。

Claims (4)

1.一种基于电子舌检测信息的白毫银针滋味等级判别方法，其特征在于判别方法如下：
(1)样液制备：称取5.0g待检茶叶样品，加沸水110mL，加盖浸泡3min后，滤出茶汤，冷却至室温，即为样液；
(2)采集检测信息：将伏安型电子舌的复合电极浸入样液中；以0.2v为电位步进电压，采集各个电极在1Hz，10Hz和100Hz，三个加电频率和对应的步进加电电压下的脉冲值拐点，获得电子舌检测信息，将该检测信息导出后，选取其中的“d2 p8v金电极1Hz的电位值”为变量X1；“d2 p4v钯电极1Hz的电位值”为变量X2；“d2 p3v钨电极10Hz的电位值”为变量X3；“d2p10v钯电极1Hz的电位值”为变量X4；“d1 p9v金电极1Hz的电位值”为变量X5；“d1 p7v铂电极100Hz的电位值”为变量X6；“d1 p7v钯电极100Hz的电位值”为变量X7；“d1 p5v钛电极1Hz的电位值”为变量X8；“d1 p5v钯电极1Hz的电位值”为变量X9；“d1 p2v银电极1Hz的电位值”为变量X10；“d1 p2v铂电极1Hz的电位值”为变量X11；“d1 p2v钯电极100Hz的电位值”为变量X12；“d1 p10v金电极1Hz的电位值”为变量X13；
(3)判别函数值计算：
D1＝-1.41×106X1-1.58×106X2+4.68×105X3+7.55×105X4-7.94×104X5-1.87×105X6+7.14×104X7+1.64×106X8+3.38×106X9+2.81×104X10-2.06×106X11+6.86×104X12+3.19×106X13；
D2＝5.78×105X1+9.18×104X2-5.12×103X3+6.55×104X4-3.46×106X5-2.81×105X6+4.93×105X7+4.42×106X8-4.79×105X9-2.77×103X10-4.58×105X11+2.70×105X12+8.93×105X13；
(4)等级组质心距离的计算
分别计算判别函数值至各对应等级组质心的距离，计算公式如下：
与对应等级质心距离最近的即为其判别归属等级，即，最小值所对应的等级即为茶样滋味等级。
2.根据权利要求1所述的一种基于电子舌检测信息的白毫银针滋味等级判别方法，其特征在于所述采集检测信息，于电子舌复合电极的加电电压为+10V～-10V的范围内，选取其脉冲值拐点电位，构建电子舌滋味检测信息。
3.根据权利要求1所述的一种基于电子舌检测信息的白毫银针滋味等级判别方法，其特征在于所述变量的单位为“毫伏”。
4.根据权利要求1所述的一种基于电子舌检测信息的白毫银针滋味等级判别方法，其特征在于所述电子舌的复合电极为铂电极、金电极、钨电极、银电极、钛电极和钯电极。
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