基于電子舌檢測的差別度計算方法及茶葉品質鑒別方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于應用方法學及電子舌檢測【技術領域】，公開了一種基于電子舌檢測的差別度計算方法及茶葉品質鑒別方法。差別度計算包括電子舌檢測步驟、PCA分析步驟、差別度計算步驟，差別度的計算采用新改進的計算方式，將PCA得分矩陣的每組坐標以到中心點距離的形式考慮到計算過程中，以減小實驗過程中偶然誤差的影響，同時也可以形成樣品的接受波動范圍。茶葉品質的鑒別，立足于茶葉樣品的電子舌差別度檢測，用同種茶葉作為標準，以組內差別度來設置可信區(qū)間，從而建立標準樣品實驗測量值誤差范圍，判斷檢測樣品品質是否達到標準樣品所在置信區(qū)間內，以檢測樣品的品質。該方法有利于茶葉品質的控制，為市場、企業(yè)、檢測機構提供更為高效、穩(wěn)定的檢測方法。
【專利說明】基于電子舌檢測的差別度計算方法及茶葉品質鑒別方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于應用方法學及電子舌檢測【技術領域】，特別涉及茶葉品質檢測、茶葉等 級分類、茶飲區(qū)分等一系列基于電子舌檢測技術的應用。

【背景技術】
[0002] 茶原為中國南方的嘉木，茶葉作為一種著名的保健飲品，它是古代中國南方人民 對中國飲食文化的貢獻，也是中國人民對世界飲食文化的貢獻。茶樹葉子制成茶葉，泡水后 使用，有強心、利尿的功效。茶樹種植3年就可以采葉子。一般清明前后采摘長出4-5個葉 的嫩芽，用這種嫩芽制作的茶葉質量非常好，屬于茶中的珍品。茶與可可、咖啡并稱當今世 界三大無酒精飲料，為世界三大飲料之首。
[0003] -般認為，茶葉質量是茶葉產品的一組固有特性滿足要求的過程，即茶葉的可食 用性、保健性、營養(yǎng)性、安全性、可信性、經濟性和美觀性等固有特性。
[0004] 1.茶葉質量的評估
[0005] 我國茶葉類型多，品種復雜，很難量化質量標準，除了國家強制性標準外，對茶葉 質量評估沒有統(tǒng)一的標準。我國逐漸建立了茶葉質量檢驗標準，有了一定的評價體系，包括 茶葉總體評價分析指數(shù)和茶葉量化評估指標。
[0006] 茶葉總體評價分析有四種：①質量水平指數(shù)，②顧客滿意度指數(shù)，③質量損失指 數(shù)，④市場凈化度指數(shù)。
[0007] 2.茶葉評價分析指標：①抽查綜合合格率，②感官品質合格率，③理化指標合格 率，④衛(wèi)生指標合格率，⑤包裝合格指標。
[0008] 茶葉質量問題主要是農藥殘留物、有害重金屬殘留、有害微生物、非茶異物和粉塵 污染等問題。這些也都與目前我國部分茶葉從業(yè)者質量安全意識不強、不注意加工過程中 的衛(wèi)生問題等有關。另有極少數(shù)不法商人，在茶葉中添加人工色素等。不但危害了茶葉的 質量安全，還給整個茶葉行業(yè)帶來負面影響。
[0009] 以一個已知其品質的標準樣品為參照，通過計算標準樣品與目標樣品之間基于電 子舌檢測的差別度，以判斷目標樣品與標準樣品之間的品質差異，進而達到目標樣品品質 鑒別的目的。是一種相對更為客觀的品質鑒別方法。
[0010] 不同液體樣品的電化學特性不同，通過檢測液體的電化學特征，可以有效區(qū)分兩 種不同的液體。目前用于感觀評測的液體電化學特性的檢測的主要工具是電子舌。電子舌 技術是一種通過模擬人體味覺感受機制的人工識別技術，它通常由以敏感交叉?zhèn)鞲衅鳛殛?列的信號采集系統(tǒng)，信號的激發(fā)與采集系統(tǒng)以及多元統(tǒng)計分析算法這三部分結構組成。
[0011] 電子舌做為一種液體電化學特性的檢測工具，其原理是：對待檢溶液施加多頻大 幅脈沖信號，使溶液與傳感器間形成雙電層進行充放電；同時采集充放電過程中溶液內的 電流瞬時值；將采集到的電流值組合成反映電流變化的信號，之后分析被檢樣品的信號與 標準參照樣品的信號之間差異程度，以區(qū)分程度（或者叫差別度，用DI表示）來表示差異 程度的大小，進而判斷被檢樣品與標準樣品的品質是否相同。
[0012] 根據(jù)電子舌的原理，可以將其大體結構分為三大部分。傳感器陣列，用以模擬生物 味覺感受系統(tǒng)，將溶液中各類組分的物理化學信號轉換為電信號；信號采集系統(tǒng)，它是將感 知的信號采集存儲到計算機中，等同于與生物神經系統(tǒng)通過突觸將味蕾神經細胞工作電位 傳入大腦的神經中樞；智能多元統(tǒng)計分析系統(tǒng)，它就是模擬人腦將采集的電信號利用化學 計量學中的模式識別算法進行處理、分析和識別。
[0013] 在電子舌檢測過程中，分析樣品之間差異程度時，主要運用的數(shù)據(jù)處理方式為主 成分分析-PCA (Principal component analysis),它是一種通過對數(shù)據(jù)的進行降維之 后再對數(shù)據(jù)分析的技術，該方法是成熟的數(shù)據(jù)處理方法，遵循相同的計算公式。它能夠從復 雜的數(shù)據(jù)結構中找出最主要的成分，去除噪音和冗余，從而提煉出數(shù)據(jù)中隱藏的主要信息， 最大程度地揭示與原有數(shù)據(jù)間的關系。因其方法簡單，無參數(shù)限制，所以廣泛應用于生物信 息科學與計算機圖形學。
[0014] 一般在運用PCA之前，會先從信號中提取特征點（拐點，峰值等），以特征點對應的 電流值或與該電流值有直接對應關系的其它值作為PCA分析用的數(shù)據(jù)集。PCA分析后可以 獲得檢測樣品的主成分分析得分矩陣，矩陣按照檢測順序排列（即每一行存放一次檢測的 得分值，按主要成分1的得分值、主要成分2的得分值、…，排到最后一個成分的得分值）。
[0015] 在現(xiàn)有技術中，差別度的計算方法有多種，最常用的方法是，根據(jù)得分矩陣中的主 要成分1的得分值和主要成分2的得分值，對每次檢測做出散點圖（以主要成分1的得分 為X坐標值，以主要成分2的得分為Y坐標值），將同一樣品的散點連線，形成該樣品的樣品 區(qū)域，最后根據(jù)不同樣品的樣品區(qū)域之間的面積比值求出不同樣品之間的區(qū)分程度DI值。
[0016] 采用上述方法計算差別度，無法考慮到位于樣品區(qū)域內部的點的影響，準確性不 高。此外，目前尚未有將電子舌檢測用于茶葉品質鑒別的研究。


【發(fā)明內容】

[0017] 本方法的目的在于，針對上述不足，提供一種可以將每一個主要成分得分的影響 均考慮在內的，差別度計算方法。并將這種新的方法應用于茶葉的品質鑒定。
[0018] 為達到上述目的，本發(fā)明首先公開一種基于電子舌檢測的樣品差別度計算方法， 包括電子舌檢測步驟、PCA分析步驟、差別度計算步驟；其特征在于，所述差別度計算步驟 具體如下：
[0019] 分別以PCA分析獲得的得分矩陣中的主成分1和主成分2的得分值做為X坐標和 Y坐標，在同一坐標系中對兩種樣品的PCA分析結果進行標記，通過公式（一）計算兩種樣 品間的差別度；
[0020]

【權利要求】
1. 一種基于電子舌檢測的樣品差別度計算方法，其特征在于，包括電子舌檢測步驟、 PCA分析步驟、差別度計算步驟；其特征在于，所述差別度計算步驟具體為：分別以PCA分析 獲得的得分矩陣中的主成分1和主成分2的得分值做為X坐標和Y坐標，在同一坐標系中 對兩種樣品的PCA分析結果進行標記，通過公式（一）計算兩種樣品間的差別度；
(一） 式中，Dd為樣品i與樣品R的距尚值；Δηιν為樣品i中心與樣品R中心的歐氏距尚； δ κ為樣品R的各個測量數(shù)據(jù)（點的坐標）在中心方向上的標準偏差；δ i為樣品i的各個 測量數(shù)據(jù)在中心方向上的總體標準偏差。
2. -種基于電子舌檢測的茶葉品質鑒別方法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟一，將標準樣品，分成A、B兩組，分別泡制后，每組分成η份，通過電子舌對兩組共 2η份標準樣品進行檢測，并對檢測獲得的2η組原始數(shù)據(jù)進行PCA分析，獲得2η個PCA得分 矩陣；將檢測Α組獲得的η個PCA得分矩陣與檢測Β組獲得的η個PCA得分矩陣一對一組 成形成η對PCA得分矩陣； 針對每對PCA得分矩陣，分別以PCA得分矩陣中的主成分1和主成分2的得分值做為 X坐標和Υ坐標，在同一坐標系中對兩種樣品的PCA分析結果進行標記，通過公式（一）計 算兩份樣品間的差別度；
(一） 式中，Dd為樣品i與樣品R的距尚值；Δηιν為樣品i中心與樣品R中心的歐氏距尚； δ κ為樣品R的各個測量數(shù)據(jù)（點的坐標）在中心方向上的標準偏差；δ i為樣品i的各個 測量數(shù)據(jù)在中心方向上的總體標準偏差； 組合基于η對PCA得分矩陣計算獲得的η個差別度值，形成標準茶葉品質差別度區(qū)間； 步驟二，基于步驟一獲得的標準茶葉品質差別度區(qū)間，根據(jù)公式（二）建立標準樣品品 質控制線；
(二） 其中，隊為標準樣品與測試樣品的品質控制線；S為各次測量數(shù)據(jù)的差別度數(shù)值的平 均值；t (a, f)為在自由度為a置信區(qū)間為f下的t-檢驗法的t的臨界值；η為自由度數(shù)；s 為樣品的標準偏差； 步驟三，分別取η份標準樣品和η份目標樣品，參照步驟一獲得目標樣品相對于標準樣 品的品質差別度區(qū)間； 步驟四，對比標準茶葉品質控制線與目標樣品相對于標準樣品的品質差別度區(qū)間，目 標樣品相對于標準樣品的品質差別度區(qū)間低于標準茶葉品質控制線的，則目標樣品與標準 樣品品質相同。
3. 根據(jù)權利要求2所述的茶葉品質鑒別方法，其特征在于，樣品的電子舌檢測采用交 叉檢測方法。
4. 根據(jù)權利要求2所述的茶葉品質鑒別方法，其特征在于，茶葉的泡制按照茶水比為 1:50,85°C水溫恒溫泡制5分鐘，之后茶水經80目篩過濾，冷卻至室溫，等待檢測。
5. -種基于電子舌檢測的茶葉品質鑒別方法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟一，泡制標準樣品，分成A、B兩組，每組η份，通過電子舌對兩組共2n份標準樣品 進行檢測，并對檢測獲得的2n組原始數(shù)據(jù)進行PCA分析，獲得2n個PCA得分矩陣；將檢測A 組獲得的η個PCA得分矩陣與檢測B組獲得的η個PCA得分矩陣一對一組成形成η對PCA 得分矩陣； 針對每對PCA得分矩陣，分別以PCA得分矩陣中的主成分1和主成分2的得分值做為 X坐標和Υ坐標，在同一坐標系中對兩種樣品的PCA分析結果進行標記，通過公式（一）計 算兩分樣品間的差別度；
(一） 式中，Dd為樣品i與樣品R的距尚值；Δηιν為樣品i中心與樣品R中心的歐氏距尚； δ κ為樣品R的各個測量數(shù)據(jù)（點的坐標）在中心方向上的標準偏差；δ i為樣品i的各個 測量數(shù)據(jù)在中心方向上的總體標準偏差； 組合基于η對PCA得分矩陣計算獲得的η個差別度值，形成標準茶葉品質差別度區(qū)間； 步驟二，基于步驟一獲得的標準茶葉品質差別度區(qū)間，根據(jù)公式（二）建立標準樣品品 質控制線；
(二） 其中，隊為標準樣品與測試樣品的品質控制線；S為各次測量數(shù)據(jù)的差別度數(shù)值的平 均值；t (a, f)為在自由度為a置信區(qū)間為f下的t-檢驗法的t的臨界值；η為自由度數(shù)；s 為樣品的標準偏差； 步驟三，分別取η份標準樣品和η份目標樣品，參照步驟一獲得目標樣品相對于標準樣 品的品質差別度區(qū)間； 步驟四，基于步驟三獲得的目標樣品相對于標準樣品的品質差別度區(qū)間，根據(jù)公式 (二）計算目標樣品相對于標準樣品的品控對照值； 步驟五，對比標準茶葉品質控制線與目標樣品相對于標準樣品的品控參照值，后者小 于或等于前者的，則目標樣品與標準樣品品質相同。
6. 根據(jù)權利要求5所述的茶葉品質鑒別方法，其特征在于，樣品的電子舌檢測采用交 叉檢測方法。
7. 根據(jù)權利要求5所述的茶葉品質鑒別方法，其特征在于，茶葉的泡制按照茶水比為 1:50,85°C水溫恒溫泡制5分鐘，之后茶水經80目篩過濾，冷卻至室溫，等待檢測。
【文檔編號】G01N27/26GK104122308SQ201410336153
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月15日 優(yōu)先權日:2014年7月15日
【發(fā)明者】田師一, 蘇文成, 鄧少平 申請人:浙江工商大學