一種利用茶葉中元素含量鑒別茶葉產地的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用茶葉中元素含量鑒別茶葉產地的方法，利用光譜分析技術測定并建立茶葉的元素含量數(shù)據(jù)庫，利用EXCEL的VBA代碼，基于偏最小二乘法建立了茶葉的多元素含量產地判別模型，通過測定實際茶葉中21種元素含量，數(shù)據(jù)輸入軟件預報模塊進行計算，若某種茶葉的判斷值大于0.8，則可判定為屬于該產地茶葉，否則不屬于。本發(fā)明的分析結果只由軟件預報值決定，排除了人為判定的主觀性與不確定性，判別準確率高，能夠有效應用于不同類別不同產地茶葉的產地鑒別，具有廣闊的應用前景。
【專利說明】一種利用茶葉中元素含量鑒別茶葉產地的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用茶葉中元素含量鑒別茶葉產地的方法，屬于光譜分析【技術領域】。
【背景技術】
[0002]茶葉是我國重要的經濟作物，但目前市場上茶葉商品質量混亂，產地信息不明，以假充真、以次充好的現(xiàn)象普遍存在。因此，研究不同產地茶葉之間的差異，發(fā)展茶葉的真實屬性表征技術對于茶葉的質量控制，保護原產地域產品和消費者權益，市場的規(guī)范運作，幫助我國茶葉走向國際市場都具有積極意義。目前茶葉最常見的鑒別方法還是感官鑒別法。然而，感官評定易受各種因素影響而出現(xiàn)偏差。因此，利用各種現(xiàn)代分析儀器技術展開茶葉鑒別的研究一直是茶葉鑒別發(fā)展方向。
[0003]茶葉化學成分受品種、海拔、氣候、土質、樹齡以及施肥情況、采摘方法和時間等因素影響很大。茶葉的加工對其有機成分的影響較大，而茶葉中的礦物質元素主要受土壤中礦物質元素含量的影響。植物中礦質元素的含量與其生長環(huán)境(如土壤、水、大氣)密切相關，一般來說，植物易吸收溶解在土壤中的以離子、螯合物或復合物形態(tài)存在的微量元素，植物中元素的富集程度與環(huán)境中礦質元素的含量呈一定的相關性，因此，有可能利用不同產地茶葉中礦質元素的含量差異將其區(qū)分，已有文獻報道利用微量元素為判定指標區(qū)分不同產地中藥及食品的可行性。
[0004]現(xiàn)代分析技術的一個共同特點就是對每一個樣品測量所得到的分析結果都是多參量數(shù)據(jù)，對多參量數(shù)據(jù)進行分析，僅用肉眼判斷或簡單的數(shù)據(jù)比較來處理是難以奏效的。因此，通常使用模式識別方法來分析數(shù)據(jù)，以便最大限度提取信息。偏最小二乘法(PLS)由于具有較強的提供信息的能力而成為備受推崇的多變量校正法，在分析化學中得到了廣泛的應用。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的是建立一種可行的利用茶葉中元素含量鑒別茶葉產地的方法，利用Excel下VBA代碼，基于偏最小二乘法對不同產地茶葉元素含量進行分析并建立模型軟件，提取試樣后利用模型客觀、準確的判定茶葉產地。
[0006]本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的，該利用茶葉中元素含量鑒別茶葉產地的方法，包括如下步驟:
A、建立不同產地茶葉元素含量數(shù)據(jù)庫
分別在不同茶葉原產地采集茶葉樣品，利用電感耦合等離子體質譜測定茶葉中的鉛、砷、鎘、鉻、釩、鎳、鈷、銅、鍶、銫、鋇等微量元素，利用電感耦合等離子體發(fā)射光譜測定茶葉中的鉀、鈣、鎂、鋁、錳、鐵、鋅、銣、鈦等常量元素，利用原子熒光光譜測定茶葉中的硒元素，分別測定不同產地茶葉中21種元素含量，根據(jù)不同產地茶葉元素含量依次按列發(fā)布，保存于EXCEL電子表格中作為數(shù)據(jù)庫；B、建立不同產地茶葉偏最小二乘模型
以Excel的VBA代碼為源代碼，利用步驟A所得數(shù)據(jù)庫建立偏最小二乘判別軟件模型，已知的不同產地元素含量矩陣用X數(shù)據(jù)表示，樣品分類信息用Y數(shù)據(jù)表示，先對X數(shù)據(jù)兩兩相除進行擴維，使其自變量數(shù)由21個增加至247個，而后使用變量篩選計算方法去除冗余變量，最終獲取約30個變量用于建立模型；
C、實際樣品預報
按A所述的元素測定方法測定實際茶葉樣品中的21種元素含量，在偏最小二乘模型的“樣品預測”中進行擴維及預報，根據(jù)預報值即可鑒別茶葉產地。
[0007]本發(fā)明建立了茶葉的元素含量數(shù)據(jù)庫，利用EXCEL的VBA代碼，基于偏最小二乘法建立了茶葉的多元素含量產地判別模型，為茶葉的產地鑒別提供了一種可靠的判別方法。該方法具有以下優(yōu)點:
①、分析結果只由軟件預報值決定，排除了人為判定的主觀性與不確定性；
②、判別準確率高，能夠有效應用于中國六種名茶的產地鑒別。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1利用茶葉中元素含量判定茶葉產地流程圖；
圖2茶葉PLS模型樣品預測界面圖。
【具體實施方式】
[0009]下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的說明，但不以任何方式對本發(fā)明加以限制，依據(jù)本發(fā)明的教導所作的任何變更或替換，均屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0010]實施例:對杭州西湖龍井、蘇州洞庭碧螺春、安徽黃山毛峰、江西廬山云霧、福建武夷巖茶和福建安溪鐵觀音等六種不同產地的茶葉，通過對所含元素含量進行數(shù)學建模鑒別產地。主要步驟如下:
1、建立茶葉元素含量數(shù)據(jù)庫
①、分別在原產地搜集所述6種茶葉樣本；
②、茶葉樣品處理
硒的樣品處理參考《食品安全國家標準食品中硒的測定》GB 5009.93-2010 ；
其余元素需稱取0.5 g左右試樣(精確至0.001 g)于微波消解罐中，加2 mL水潤濕樣品，加5 mL硝酸，靜置反應2小時左右，加I mL過氧化氫，蓋好消解罐放入微波消解儀中，根據(jù)儀器條件設定最優(yōu)程序進行消解。冷卻后轉移定容至25 mL，待測。若樣液中待測物質濃度過大，可適當稀釋或適當減少取樣量。同時做試劑空白試驗。微波消解參考條件見表I ;
表1.微波消解參考條件
【權利要求】
1.一種利用茶葉中元素含量鑒別茶葉產地的方法，其特征包括如下步驟: A、建立不同產地茶葉元素含量數(shù)據(jù)庫 分別在不同茶葉原產地采集茶葉樣品，利用電感耦合等離子體質譜測定茶葉中的鉛、砷、鎘、鉻、釩、鎳、鈷、銅、鍶、銫、鋇等微量元素，利用電感耦合等離子體發(fā)射光譜測定茶葉中的鉀、鈣、鎂、鋁、錳、鐵、鋅、銣、鈦等常量元素，利用原子熒光光譜測定茶葉中的硒元素，分別測定不同產地茶葉中21種元素含量，根據(jù)不同產地茶葉元素含量依次按列發(fā)布，保存于EXCEL電子表格中作為數(shù)據(jù)庫； B、建立不同產地茶葉偏最小二乘模型 以Excel的VBA代碼為源代碼，利用步驟A所得數(shù)據(jù)庫建立偏最小二乘判別軟件模型，已知的不同產地元素含量矩陣用X數(shù)據(jù)表示，樣品分類信息用Y數(shù)據(jù)表示，先對X數(shù)據(jù)兩兩相除進行擴維，使其自變量數(shù)由21個增加至247個，而后使用變量篩選計算方法去除冗余變量，最終獲取約30個變量用于建立模型； C、實際樣品預報 按A所述的元素測定方法測定實際茶葉樣品中的21種元素含量，在偏最小二乘模型的“樣品預測”中進行擴維及預報，根據(jù)預報值即可鑒別茶葉產地。
2.根據(jù)權利要求1 所述利用茶葉中元素含量鑒別茶葉產地的方法，其特征在于:所述步驟B包括如下步驟: ①、將已知類別的茶葉樣品X數(shù)據(jù)填入工作表“database”相應的位置，茶葉樣品X數(shù)據(jù)為樣品中21種元素的含量； ②、點擊“擴維”按鈕，得到擴維數(shù)據(jù)； ③、將茶葉樣品類別Y數(shù)據(jù)填入工作表“譜數(shù)據(jù)說明”相應的位置，程序對不同類別分別建模，依次得到對應的回歸系數(shù)b，并構成模型系數(shù)矩陣B ； ④、進入工作表“變量篩選”后，點擊“變量篩選I”按鈕，再點擊“繼續(xù)篩選”按鈕，得到第一行數(shù)據(jù)分別是:模型中的變量總數(shù)，和模型的相關系數(shù)，第四列為刪除第i個變量時模型總誤差的增加值ΛΕ (i); ⑤、再按“自動2”按鈕，模型中的變量總數(shù)在不斷減少，模型的相關系數(shù)也在變化，當變量總數(shù)減少到30左右時，改為手動篩選，觀察Λ E (i)的值，找到ΛΕ (i)的最小值對應的變量，將前一列的值，I改為0，按“繼續(xù)篩選”按鈕，得到模型； ⑥、當確認得到最后模型后，再點擊“線性模型”按鈕，得到線性模型系數(shù)，模型系數(shù)b向量也在第四列，再將模型系數(shù)拷貝到“模型系數(shù)”工作表中的對應位置； ⑦、再繼續(xù)下一Y變量，“譜數(shù)據(jù)說明”工作表中，將要建模的類別數(shù)據(jù)拷入起始位置，再從步驟④開始，直到完成模型系數(shù)矩陣B ； ⑧、在“譜數(shù)據(jù)說明”工作表中設置有“數(shù)據(jù)庫中樣品預測”按鈕，可用來檢驗模型的預測效果，當模型的交叉驗證相關系數(shù)大于0.9時，模型有效，能滿足鑒別要求。
3.根據(jù)權利要求1或2所述利用茶葉中元素含量鑒別茶葉產地的方法，其特征在于:所述步驟A還包括如下步驟: ①、茶葉樣品處理 每種茶葉樣品稱取0.5 g左右試樣,于微波消解罐中，加2 mL水潤濕樣品,加5 mL硝酸，靜置反應2小時左右，加I mL過氧化氫，蓋好消解罐放入微波消解儀中，根據(jù)儀器條件設定最優(yōu)程序進行微波消解；冷卻后轉移定容至25 mL,留待測定； ②、樣品檢測參數(shù)設定 鉛、砷、鎘、鉻、釩、鎳、鈷、銅、鍶、銫、鋇的測定使用電感耦合等離子體質譜，測量的主要參數(shù)為:射頻功率:1200 W ;駐留時間:10 ms ;測量通道:3 ;掃描次數(shù):120 ;泵速:30 rpm ；冷卻氣流量:14 L/min ;輔助氣流量:0.9 L/min ;霧化氣流量:0.88 L/min ； 鉀、鈣、鎂、鋁、錳、鐵、鋅、銣、鈦的測定使用電感耦合等離子體發(fā)射光譜，測量的主要參數(shù)為:功率1.20 KW;等離子氣流量:15.0 L/min;輔助氣流量:1.50 L/min，霧化氣壓力:.220 KPa ;讀數(shù)時間:5 s ;泵速:15 rpm。
4.根據(jù)權利要求1所述的利用茶葉中元素含量鑒別茶葉產地的方法，其特征在于:所述步驟C中軟件模型的預報值大于0.8時，可判定為屬于該產地，否則不屬于。
5.根據(jù)權利要求2所述利用茶葉中元素含量鑒別茶葉產地的方法，其特征在于:步驟⑧所獲得的模型交叉驗證相關系數(shù)大于0.95。
【文檔編號】G01N21/73GK103630528SQ201210307144
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2012年8月27日 優(yōu)先權日:2012年8月27日
【發(fā)明者】陳波 申請人:深圳出入境檢驗檢疫局食品檢驗檢疫技術中心