電子鼻在對名優(yōu)茉莉花茶香氣評價(jià)中的應(yīng)用

吳亮亮，張丹丹，葉小輝，廖　婷，楊國一，饒耿慧，葉乃興*（.福建農(nóng)林大學(xué)園藝學(xué)院/茶學(xué)福建省高等學(xué)校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 福州 5000；.福建茶葉進(jìn)出口有限責(zé)任公司，福建福州5004；.福建春倫茶業(yè)集團(tuán)有限公司，福建 福州 5008）

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電子鼻在對名優(yōu)茉莉花茶香氣評價(jià)中的應(yīng)用

吳亮亮1，張丹丹1，葉小輝2，廖婷1，楊國一1，饒耿慧3，葉乃興1*
（1.福建農(nóng)林大學(xué)園藝學(xué)院/茶學(xué)福建省高等學(xué)校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 福州 350002；
2.福建茶葉進(jìn)出口有限責(zé)任公司，福建福州350014；3.福建春倫茶業(yè)集團(tuán)有限公司，福建 福州 350018）

摘要：采用10個(gè)金屬氧化物氣敏傳感器組成陣列的電子鼻對6個(gè)類型的茉莉花茶進(jìn)行研究，并與感官評價(jià)進(jìn)行對比分析。該研究采用頂空瓶內(nèi)烘箱平衡的香氣制備法，增強(qiáng)電子鼻響應(yīng)信號、減少人為誤差。結(jié)合主成分分析法（PCA）與線性函數(shù)判別分析法（LDA）對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和識別。結(jié)果表明：電子鼻技術(shù)對不同類型的名優(yōu)茉莉花茶均有較好的響應(yīng)，且LDA法對不同類型茉莉花茶的準(zhǔn)確判別率分別達(dá)到99.3%，實(shí)現(xiàn)了茉莉花茶的智能分類，與感官評價(jià)較為一致。上述結(jié)果表明應(yīng)用電子鼻技術(shù)對不同類型名優(yōu)茉莉花茶的香味鑒定是可行的，有望在不同類型名優(yōu)茉莉花茶快速、有效區(qū)分領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：茉莉花茶；電子鼻；線性判別分析；主成分分析；感官評價(jià)

茉莉花茶是我國歷史名茶之一，深受海內(nèi)外客商青睞，年銷量達(dá)8.5萬t，堪稱花茶之首［1］。茉莉花茶是由茶坯與茉莉花通過獨(dú)特的加工工藝窨制而成，茶香與花香完美結(jié)合，形成其獨(dú)特的香氣品質(zhì)，因而自然、馥郁的香氣是評價(jià)茉莉花茶感官品質(zhì)的主要因子。按所用原料烘青與茉莉花茶窨花、提花次數(shù)不同，茉莉花茶被分為大白毫、毛尖、毛峰、銀毫、春毫、香毫，價(jià)格也隨品類不同而不同。然而，市場上茉莉花茶質(zhì)量混亂，品質(zhì)與價(jià)格常常不相符，嚴(yán)重?fù)p害消費(fèi)者利益，這給擴(kuò)大茉莉花茶市場帶來較大的挑戰(zhàn)。

對茉莉花茶香氣質(zhì)量的評定一直以來，主要依靠感官審評這一傳統(tǒng)方法。該方法對審評人員的經(jīng)驗(yàn)、感官靈敏度等要求較高。由于心理或者生理原因，在審評香氣的過程中會存在一定的不確定性。為規(guī)范市場，保護(hù)消費(fèi)者合法權(quán)益，做好茉莉花茶的品質(zhì)控制尤為重要。

電子鼻是一種由具備部分專一性的氣敏傳感器構(gòu)成的陣列和適當(dāng)?shù)哪Ｊ阶R別系統(tǒng)組成的儀器，用來識別簡單和復(fù)雜氣味。目前，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于肉魚［3-4］、中藥［5-6］、水果［7］、煙草［8］、茶葉［9］、茶花酒［10］等領(lǐng)域的快速檢測工作。為了有效判別不同名優(yōu)茉莉花茶，本研究首先探索電子鼻檢測茉莉花茶的合理參數(shù)，并結(jié)合多元化化學(xué)統(tǒng)計(jì)分析法，對不同類型的茉莉花茶香氣進(jìn)行分析，以期實(shí)現(xiàn)對茉莉花茶類型的評定。

1　材料與方法

1.1供試材料

試驗(yàn)所用茶樣為不同品類的名優(yōu)茉莉花茶（香毫、春毫、銀毫、毛尖、毛峰、大白毫，為2015年春茶），由福建春倫茶業(yè)集團(tuán)有限公司提供。

表1　名優(yōu)茉莉花茶配花量　單位：%茶坯（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）

1.2儀器與設(shè)備

iNose型電子鼻，由10個(gè)金屬傳感器（表2）按一定陣列組合而成，上海昂申智能科技有限公司。

表2　iNose型電子鼻10個(gè)傳感器陣列組成

1.3試驗(yàn)方法

精確稱量3.0g（精確至0.001g）樣品，置于40mL頂空瓶內(nèi)（電子鼻采集瓶），依次進(jìn)行5次平行測定以獲取數(shù)據(jù)。根據(jù)前人研究［11-12］，茉莉花茶在50-80℃、40min-60min時(shí)香氣能得到較好揮發(fā)。優(yōu)化溫度、時(shí)間（如圖1），將本樣品置于55℃烘箱內(nèi)受熱40min，以平衡瓶內(nèi)香氣。電子鼻載氣為凈化空氣（相對濕度在60%±1%），氣體流量為0.8L/min，采樣時(shí)間為300s，等待時(shí)間為10s，平行樣間清洗時(shí)間120s，不同樣間清洗時(shí)間1200s。

試驗(yàn)步驟：儀器預(yù)熱（30min）→清洗傳感器至各傳感器響應(yīng)值趨向于1.0000→檢測樣品（自帶清洗傳感器120s，等待時(shí)間10s，信號采集）→記錄對應(yīng)的特征響應(yīng)值→保存數(shù)據(jù)。每個(gè)樣品重復(fù)測定5次。

圖1　茉莉花茶的電子鼻檢測參數(shù)優(yōu)化圖

1.4感官評價(jià)

1.4.1外形

外形的4項(xiàng)指標(biāo)包括：條索、整碎、凈度、色澤。條索以毫芽肥壯重實(shí)，緊直勻稱、滿披白毫為好；勻整潔凈為好；色澤銀灰白為好。

1.4.2內(nèi)質(zhì)

內(nèi)質(zhì)的4項(xiàng)指標(biāo)包括：香氣、滋味、湯色、葉底。香氣鮮靈、濃郁持久、幽長為好；滋味鮮濃醇厚、持久耐泡為好；湯色黃綠清澈明亮為好；葉底肥嫩勻潤為好。

1.5數(shù)據(jù)處理

通過Excel計(jì)算出最高響應(yīng)值。使用電子鼻SmartNose軟件自帶的模型識別方法進(jìn)行線性判別分析（LDA）、主成分分析（PCA）。線性判別分析（LDA），判別值越大區(qū)分效果越好，當(dāng)大于80%時(shí)即可用。主成分分析（PCA），通過空間降維，將電子鼻的高維信息降低到一個(gè)較易辨識的低維空間，依據(jù)其主成分的貢獻(xiàn)率直觀地獲得各樣品的信息，以期實(shí)際數(shù)據(jù)信息得到最大程度地保留，貢獻(xiàn)率大于70%即可用。

2　結(jié)果與分析

2.1電子鼻傳感器信號強(qiáng)度圖分析

圖2為電子鼻采集茉莉花茶樣品香氣的傳感器響應(yīng)信號強(qiáng)度圖。橫坐標(biāo)表示采集時(shí)間，縱坐標(biāo)表示傳感器響應(yīng)強(qiáng)度，每條曲線表示1個(gè)傳感器在300s內(nèi)的響應(yīng)信號變化值（相對電導(dǎo)率G/G0）。從圖1可以看出，在測定的初始階段到樣品氣體的平穩(wěn)過程中，其變化是先曲線上升后下降，最后趨于平緩，其中S2、S5、S6的響應(yīng)值變化比其他傳感器更高。通過電子鼻傳感器對茉莉花茶揮發(fā)性物質(zhì)的響應(yīng)試驗(yàn)可知，電子鼻對茉莉花茶揮發(fā)性物質(zhì)有明顯的響應(yīng)，且每一個(gè)傳感器對其響應(yīng)值各不相同，表明利用電子鼻系統(tǒng)識別不同品類名優(yōu)茉莉花茶可行。

圖2　茉莉花茶的傳感器信號強(qiáng)度圖

2.2樣品的特征值數(shù)據(jù)確定及電子鼻傳感器響應(yīng)值分析

從表3試驗(yàn)結(jié)果，可以看出大白毫依次對S2、S6、S1、S10比較敏感，毛尖依次對S2、S1、S6、S10比較敏感，毛峰依次對S2、S1、S6、S10比較敏感，銀毫依次對S2、S1、S8、S6比較敏感，春毫依次對S2、S6、S10、S1比較敏感，香毫依次對S2、S1、S6、S10比較敏感。綜上所述，S2（硫化氫、硫化物）、S6（甲烷、沼氣、碳?xì)浠衔铮10（烷烴、可燃性氣體）、S1（氨氣、胺類）等傳感器能敏感地檢測到茉莉花茶香氣。茉莉花茶香氣中含有1H-吲哚，屬于胺類；茉莉花茶香氣中的石竹烯、香橙烯、（Z）α-法尼烯、表果阿吐烯等烯類［13］，屬于碳?xì)浠衔铮瑫r(shí)在通風(fēng)環(huán)境里檢測，難免會吸入空氣中的污染氣體，比如：硫化物、沼氣等。

從表3可以看出S2、S5、S6、S7、S10對于銀毫、春毫、香毫的響應(yīng)值具有顯著差異，表明這些傳感器對于這些茉莉花茶的香氣變化比較敏感，對于區(qū)分這些茉莉花茶起到重要作用。大白毫、毛尖、毛峰之間傳感器響應(yīng)值差異不顯著，可能是由于配花量和熏提次數(shù)達(dá)到一定程度，茶坯吸香飽和，香氣含量無明顯變化。

表3　名優(yōu)茉莉花茶的電子鼻傳感器響應(yīng)均值

2.3基于電子鼻響應(yīng)信號對茉莉花茶類型進(jìn)行主成分分析和線性判別分析

2.3.1基于電子鼻響應(yīng)信號對茉莉花茶類型的PCA分析

對不同類型的名優(yōu)茉莉花茶進(jìn)行主成分分析（如圖3），得出茉莉花茶主成分的總貢獻(xiàn)率為95.0%（PC1：73.8%，PC2：21.2%），遠(yuǎn)大于70%，表示所采集的電信號能夠體現(xiàn)原始數(shù)據(jù)的大部分信息。但是PCA-DI為-9.6%，相互之間重疊嚴(yán)重，說明PCA法對于茉莉花茶標(biāo)準(zhǔn)樣區(qū)分能力較差。可能是由于各品類名優(yōu)茉莉花茶的香氣主成分都是一樣的，只是含量不同而已，因此其主成分區(qū)分度較差。

2.3.2基于電子鼻響應(yīng)信號對茉莉花茶類型的LDA分析

圖3　不同名優(yōu)茉莉花茶的PCA分析

圖4　不同名優(yōu)茉莉花茶的LDA分析

對不同類型的名優(yōu)茉莉花茶進(jìn)行線性判別分析（如圖4），得出茉莉花茶LDADI為99.3%，相互之間能夠明顯區(qū)分，說明LDA法對于不同品類的茉莉花茶樣區(qū)分效果較好。毛尖、毛峰與大白毫的距離較近，銀毫其次，接著是春毫、香毫。這與茉莉花茶的配花量有關(guān)，因?yàn)榕浠繌母叩降蜑椋捍蟀缀?、毛尖、毛峰、銀毫、春毫、香毫。

2.4感官評價(jià)結(jié)果

根據(jù)表4的香氣品質(zhì)特征，茉莉大白毫、毛尖、毛峰、銀毫、春毫、香毫之間的香氣有一定的差異性，這與電子鼻檢測結(jié)果基本符合，總體趨勢是香氣得分隨著配花量和熏提次數(shù)的增加而提高。

表4　名優(yōu)茉莉花茶的感官品質(zhì)特征

3　討論

茉莉花茶的香氣組分主要來源于茉莉花，駱少君等［14］研究表明茉莉花茶的主要香氣成分隨著頭窨、二窨、三窨、提花先迅速增加后緩慢增加。葉乃興等［15］對窨制茉莉花茶配花量的研究，得出配花量在69%～115%之間，茉莉花茶香氣成分的含量隨著配花量遞增而增加，超過96%時(shí)，沒有顯著增加香氣含量。說明在一定范圍內(nèi)，香氣隨著配花量和熏提次數(shù)增加而增加，到達(dá)一定峰值時(shí)，繼續(xù)增加配花量或者增加熏提次數(shù)不會明顯提高香氣。吸香效率隨著配花量和熏提次數(shù)增加而遞減。因此，香毫、春毫、銀毫與毛峰、毛尖的距離比較遠(yuǎn)，毛峰、毛尖與大白毫的距離比較近，進(jìn)一步說明茶坯吸收香氣在配花量少時(shí)，吸香多，隨著配花量的增加，茶坯吸香增速變緩。

根據(jù)史波林等［16］的研究，西湖龍井茶沖泡冷水后區(qū)分效果較好，但是根據(jù)于慧春等［17］的研究，干茶區(qū)分效果優(yōu)于茶湯和葉底。本實(shí)驗(yàn)使用干茶，對于茉莉花茶茶湯和葉底的香氣區(qū)分情況還有有待進(jìn)一步研究。

前人將電子鼻運(yùn)用于碧螺春［18］、信陽毛尖［19］、海南紅碎茶［20］等茶葉的質(zhì)量評價(jià)中上均能獲得較好的區(qū)分效果。但是均是運(yùn)用于綠、紅茶類，并沒有運(yùn)用于再加工花茶類。本文將電子鼻應(yīng)用于茉莉花茶的檢測，通過線性判別分析（LDA），對茉莉花茶電子鼻測定數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和識別，毛峰比毛尖距離大白毫更近，可能是由于茉莉花茶香氣太高，毛峰香氣在電子鼻中有殘留，影響了毛尖香氣的檢測，因此不同樣品之間的清洗時(shí)間應(yīng)當(dāng)設(shè)置更長，否則會影響下一個(gè)樣品的的檢測。但是與大白毫的距離由近到遠(yuǎn)排列：銀毫、春毫、香毫，是符合配花量的。

基于電子鼻響應(yīng)信號值對不同名優(yōu)茉莉花茶進(jìn)行PCA和LDA分析得出，LDA-DI均明顯高于PCA-DI，說明LDA法可明顯區(qū)分茉莉花茶品類，但是PCA法無法區(qū)分。從電子鼻傳感器的響應(yīng)行為來看，不同品類名優(yōu)茉莉花茶香氣間存在明顯的差異，并且其檢測的結(jié)果與感官品質(zhì)特征基本相符，說明電子鼻傳感器對于茉莉花茶香氣的區(qū)分效果較佳，電子鼻檢測技術(shù)可以完全應(yīng)用于不同品類茉莉花茶香氣品質(zhì)檢測區(qū)分，為規(guī)范茉莉花茶市場奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

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基金項(xiàng)目：福州市科技計(jì)劃項(xiàng)目（2015-PT-93）；福州茉莉花茶產(chǎn)業(yè)提升項(xiàng)目（福州市農(nóng)業(yè)局，2015）

作者簡介：吳亮亮（1991-），男，碩士研究生，主要從事茶葉品質(zhì)化學(xué)研究。

*通訊作者：葉乃興（1963-），男，教授，主要從事茶學(xué)與茉莉資源利用研究。E-mail：ynxtea@126.com。