利用紅外光譜分析茶葉產地

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，以及不同預處理方法對二次特征提取的影響，然后將特征提取應用在不同茶葉產地的識別上，結果很好的把不同產地區域的茶葉區分開。此方法對于鑒別茶葉等其他復雜體系的特征有重要的價值。

關鍵詞：特征提取 紅外光譜 茶葉 識別 產地

中圖分類號：TN93 文獻標識碼：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、保健和食用價值豐富，深受人們的喜愛。我國茶樹種類繁多、茶葉產地分布廣，給茶葉產地等的鑒別工作帶來很大的困難。目前，色譜一質譜聯用技術、毛細管電泳一質譜聯用技術以及多維色譜技術等新興分析技術在茶葉原產地鑒別領域的廣泛應用，以及各種計量學手段的不斷完善將會極大豐富茶葉指紋圖譜研究的技術與數據處理方法，使茶葉的信息更加全面、更具科學性。紅外光譜分析技術是綜合分析茶葉品質，而且分析速度快、效率高、無污染、重現性較好[1-4]。紅外光譜技術顯示不同品質的同種茶葉在譜圖上的特征譜帶會出現了細微差異，該發現證明了傅里葉變換紅外光譜法用于鑒別茶葉品質的可行性。該文利用紅外光譜技術討論了茶葉產地分布特征。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

1.2 儀器設備與參數設置

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

1.3 實驗過程

樣品的制備大致分為5個過程：烘干、粉碎、研磨、壓片和光譜采集。首先，標準茶葉樣品將在40 ℃恒溫箱中烘12 h，然后經粉碎機粉碎，過200目篩子后收集。茶葉樣品粉末要與KBr按1∶120比例進行研磨、壓片，最后即可對壓片進行光譜采集。

2 結果與分析

2.1 特征基理論

主成分分析（Principal Component Analysis，PCA）是以樣品數據統計特征為基礎的正交變換，是最小均方誤差意義上的最優變換。

這種方法的優點是可以用數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據的維數、提取反映茶葉信息的主要因素的多元統計分析方法。

每進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進行投影分析。

二次特征提取是在一次特征提取基礎上再進行一次主成分分析過程，即特征提取過程，也相當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地分析

建立有關茶葉產地的特征基時，首先，考慮參與建基茶葉原產地的問題，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茶葉產區的特征茶葉品種。

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

因此該特征基要有對應每個區域茶葉的信息，也就是每個茶葉要在基上能找到對應的“坐標軸”，如閩南和閩北茶葉要分別投影在代表各自區域信息的“坐標軸”上。

3 結語

茶葉的基本成分是穩定的，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用在不同茶葉產地的識別上，結果很好的把不同產地區域的茶葉區分開。此法具有一定的可行性，該方法將對分析茶葉產地有指導作用。

參考文獻

[1] 蔡健榮，呂強.利用近紅外光譜技術識別不同類別的茶葉[J].安徽農業科學，2007，35（14）：4083-4084.

[2] 李紅蓮，趙志磊.近紅外光譜法快速鑒別花生油真偽及摻偽成分[J].食品安全質量檢測學報，2010，27（1）：24-29.

[3] 張靈帥，王衛東.近紅外光譜的主成分分析-馬氏距離聚類判別用于卷煙的真偽鑒別[J].光譜學與光譜分析，2011，31（5）：1254-1257.

[4] 袁玉峰，陶站華.紅外光譜法結合主成分分析鑒別不同產地黃柏[J].光譜學與光譜分析，2011，31（5）：1258-1261.