利用紅外光譜分析茶葉產(chǎn)地

陳橋　王繼坤　劉玲玲　李光

摘 要：基于主成分分析的特征提取思想，提出了特征提取方法，簡要分析了特征提取方法對波段的選取要求，以及不同預(yù)處理方法對二次特征提取的影響，然后將特征提取應(yīng)用在不同茶葉產(chǎn)地的識別上，結(jié)果很好的把不同產(chǎn)地區(qū)域的茶葉區(qū)分開。此方法對于鑒別茶葉等其他復(fù)雜體系的特征有重要的價(jià)值。

關(guān)鍵詞：特征提取 紅外光譜 茶葉 識別 產(chǎn)地

中圖分類號：TN93 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）03（a）-00-02

茶葉是世界三大飲料作物之一，營養(yǎng)、保健和食用價(jià)值豐富，深受人們的喜愛。我國茶樹種類繁多、茶葉產(chǎn)地分布廣，給茶葉產(chǎn)地等的鑒別工作帶來很大的困難。目前，色譜一質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)、毛細(xì)管電泳一質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)以及多維色譜技術(shù)等新興分析技術(shù)在茶葉原產(chǎn)地鑒別領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，以及各種計(jì)量學(xué)手段的不斷完善將會(huì)極大豐富茶葉指紋圖譜研究的技術(shù)與數(shù)據(jù)處理方法，使茶葉的信息更加全面、更具科學(xué)性。紅外光譜分析技術(shù)是綜合分析茶葉品質(zhì)，而且分析速度快、效率高、無污染、重現(xiàn)性較好[1-4]。紅外光譜技術(shù)顯示不同品質(zhì)的同種茶葉在譜圖上的特征譜帶會(huì)出現(xiàn)了細(xì)微差異，該發(fā)現(xiàn)證明了傅里葉變換紅外光譜法用于鑒別茶葉品質(zhì)的可行性。該文利用紅外光譜技術(shù)討論了茶葉產(chǎn)地分布特征。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

1.2 儀器設(shè)備與參數(shù)設(shè)置

TENSOR27型傅立葉紅外光譜儀（BRUKER公司），波數(shù)范圍：400～4000 cm-1，掃描次數(shù)：16次，分辨率：4 cm-1。

1.3 實(shí)驗(yàn)過程

樣品的制備大致分為5個(gè)過程：烘干、粉碎、研磨、壓片和光譜采集。首先，標(biāo)準(zhǔn)茶葉樣品將在40 ℃恒溫箱中烘12 h，然后經(jīng)粉碎機(jī)粉碎，過200目篩子后收集。茶葉樣品粉末要與KBr按1∶120比例進(jìn)行研磨、壓片，最后即可對壓片進(jìn)行光譜采集。

2 結(jié)果與分析

2.1 特征基理論

主成分分析（Principal Component Analysis，PCA）是以樣品數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)特征為基礎(chǔ)的正交變換，是最小均方誤差意義上的最優(yōu)變換。

這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以用數(shù)量很少的幾條本征譜，在不丟失主要光譜信息的前提下，取代原來復(fù)雜的原始光譜，解決了由于譜帶的重疊而無法分析的困難。

特征基理論是基于主成分分析法提出的一種降低茶葉紅外光譜圖原始數(shù)據(jù)的維數(shù)、提取反映茶葉信息的主要因素的多元統(tǒng)計(jì)分析方法。

每進(jìn)行一次特征提取就好比是一次主成分分析過程。特征提取是為了建立茶葉的光譜特征基，在主成分分析的最后就是選取變量建立特征基的過程，建立特征基后即可對所要分析指標(biāo)進(jìn)行投影分析。

二次特征提取是在一次特征提取基礎(chǔ)上再進(jìn)行一次主成分分析過程，即特征提取過程，也相當(dāng)于再一次剔除冗余變量，提取變化相差較大變量的過程。在二次特征提取后，再根據(jù)不同的特征因子所含信息量的情況建立特征基。

2.2 二次特征提取用于紅外光譜分析茶葉產(chǎn)地分析

建立有關(guān)茶葉產(chǎn)地的特征基時(shí)，首先，考慮參與建基茶葉原產(chǎn)地的問題，既包含我們所要研究的幾種茶葉（君山銀針、祁門紅茶、政和白茶、安溪鐵觀音、四川藏茶等），又要包括中國其他各個(gè)茶葉產(chǎn)區(qū)的特征茶葉品種。

在研究中選取福建茶區(qū)茶葉時(shí)，將福建茶區(qū)分為閩北和閩南兩個(gè)區(qū)域分別區(qū)分。選取安徽茶葉時(shí)，將其分為黃山和祁門兩個(gè)茶區(qū)。這主要基于茶葉產(chǎn)地的地域特征不同，每個(gè)地域的氣候、降水、海拔等地域特征相差太多。

因此該特征基要有對應(yīng)每個(gè)區(qū)域茶葉的信息，也就是每個(gè)茶葉要在基上能找到對應(yīng)的“坐標(biāo)軸”，如閩南和閩北茶葉要分別投影在代表各自區(qū)域信息的“坐標(biāo)軸”上。

3 結(jié)語

茶葉的基本成分是穩(wěn)定的，所以樣品的紅外光譜有很大的相似性，該文基于主成分分析的特征提取思想，提出了特征提取方法并應(yīng)用在不同茶葉產(chǎn)地的識別上，結(jié)果很好的把不同產(chǎn)地區(qū)域的茶葉區(qū)分開。此法具有一定的可行性，該方法將對分析茶葉產(chǎn)地有指導(dǎo)作用。

參考文獻(xiàn)

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