計算機系統在茶葉品質鑒定中的開發與應用

鄒　翠，楊　軍（青島黃海學院，山東 青島 266427）

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計算機系統在茶葉品質鑒定中的開發與應用

鄒翠，楊軍
（青島黃海學院，山東 青島 266427）

摘要：茶葉品質鑒定主要針對干茶、茶湯等，基于茶葉底形狀等表觀數據，結合茶湯中生物活性物質含量分析茶葉的檔次，這可以規范市場且更利于消費者選擇茶葉，本文闡述了計算機系統軟件發開在茶葉品質鑒定的優越性，以計算機視覺技術、電子鼻、電子舌為探針，結合色譜分析和光譜分析技術，深入分析了計算機系統在茶葉品質鑒定中的開發與應用，這為茶葉品質的鑒定提供了一定的參考意義。

關鍵詞：茶葉；計算機系統；品質鑒定

鄒翠（1983-），女，山東即墨人，本科，講師，研究方向：計算機軟件方面。

楊軍（1983-），男，山東平度人，本科，中教二級，研究方向：機械設計制造及其自動化。

1　信息化下的計算機系統

信息化是現代后工業社會發展的重要標志之一，與傳統的單維度計算機系統相比，信息化下的計算機系統能夠以數據庫和云計算為依托，對面廣量大的多種信息進行統計和整合處理而作出精確的分析與預測。

1.1傳統的計算機系統

計算機技術是20世紀后期人類最偉大的發明之一，發展非常迅速。其運算速度從上世紀80年代至今已經提高了幾十個數量級。同時，計算機系統的應用也已普及到人類活動的方方面面。“計算科學”已成為繼理論科學和實驗科學之后，人類認識自然界的另一大科學方法。微軟公司推出的Windows 98、XP、Vista、7系統和蘋果公司推出的Mac OS X、Unix系統，已成為大部分個人計算機普遍使用的計算機系統。對于科研活動中應用的由多部件組成的計算機系統，也可以采用基于串并聯關系的RBD（可靠性框圖）模型來計算系統的可用性。

1.2計算機系統的數據軟件開發

計算機數據軟件開發主要基于Visual Basic、Visual C++、Visual Foxpro、Delphi、JAVA等語言，計算機數據軟件開發必須有隱藏性和共享性兩點，前者保證計算機使用者的個人隱私，后者保證計算機數據共享平臺的可運行性。在現今大數據環境下，計算機數據軟件的開發主要用于云計算、數據庫的共享與計算。

1.3數據軟件開發在農業的應用

數據軟件在農業中已得到廣泛應用，如：Android的農業信息管理系統、COM技術的農業地理信息系統、ZigBee技術的農用環境監測系統、組件式GIS的農業經濟信息服務系統、ArcGIS Engine的農業資源管理信息系統等。以上農業信息管理系統不論是從農產品的品質管理、農產品的銷售模式，還是農產品的生產模式管理，都體現了現代信息系統以及大數據、云計算時代對現代農業的影響。以茶葉生產銷售為例，茶葉的種植中運用農業氣象、地理分析系統，可以提高茶葉產量。茶葉成品銷售可利用RFID茶葉物流追溯系統；茶葉品質鑒定可以利用茶葉色選機智能圖像采集處理系統等。

2　計算機系統在茶葉品質鑒定中的軟件開發

目前應用于茶葉品質鑒定方面的主要幾種類型的數據軟件：圖像處理軟件，包括圖像采集照片的降噪處理、增強處理、畫圖處理和邊緣提取處理等；波譜分析軟件，包括分光光譜處理軟件、原子吸收光譜處理軟件、高效液相色譜分析軟件等；生物統計及繪圖軟件，SPSS、Excel等。

2.1視覺技術軟件在茶葉色澤品質鑒定中的開發

計算機視覺技術也就是計算機數字圖像處理系統在20世紀70年代應用于遙感圖片和生物醫學圖片的分析，進而很快在農業生產尤其是農產品檢測領域得到非常廣泛的應用。它主要利用仿生技術用計算機代替部分人類視覺的功能，收集所測對象的數字圖像，在計算機程序語言的命令下模擬人的判別標準理解和識別數字圖像，進而對所采集的圖像進行有目的的分類或分級。

計算機視覺技術輔助茶葉品質鑒定可以使供試產品的品質指標定量化和標準化，同時，計算機圖像處理只要確定采集圖像的光源一致，采集圖像的位置一致，其精度優于人的視覺精度，也會排除人類視覺的主觀性，計算機視覺技術采集的圖像配合相應的軟件也能夠更精確、靈敏地分辨出供試產品的顏色、外形變化。以茶葉外形數量化特征的采集為例，茶葉的平均幅寬和干茶面積與茶葉品質的相關性最大，并且表現出以上兩項數據值在一定范圍內茶葉嫩度、緊結度越好，即茶葉品質越好。芽蒂長、芽頭芽蒂比、芽厚度、芽寬度厚度比與芽茶直立性顯著相關。相對計算機視覺技術，雖然測量數據達到了認可，但是在實驗過程中仍存在一定范圍的誤差以及人工耗費。除了外形數量化，計算機視覺系統對茶湯的色澤判定也可排除人為主觀因素，人眼視覺錐細胞以電磁光譜中的紅、黃、綠三種波段的光為吸收基色，分別可視波長范圍內的物體，以這一特征為設計原理，計算機視覺系統開發出的RGB模型和HSI模型能夠分辨所采集物體的顏色飽和度、灰度以及顏色種類。

2.2電子鼻軟件在茶葉香氣品質鑒定中的開發

茶葉香氣是茶葉品質鑒定中最重要的指標之一，一般以人的感官為依托的茶葉品質評價的準確性會受到審評人員在審評過程中的生理、心理狀況影響，即使工作經驗豐富的審評員也有一定程度允許的主觀誤差，為提高茶葉品質鑒別的準確性和可重復性，有必要采用儀器輔助鑒定。

茶葉香氣可以通過頂空吸附法、超臨界CO2萃取法、常壓水蒸氣蒸餾萃取法、減壓蒸餾萃取法、固相微萃取法等提取，現已分離鑒定茶葉香氣成分有七百余種，如醇類的新異異長葉烯-8-醇、洋常春藤醇、雌三稀醇等；烯類的大根香葉稀等；酮類的α-異佛爾酮等、酯類的黃葵內酯等；醛類的青葉醛等；還有其他氧化物，如異香樹煉環氧化物等。對于茶葉香氣成分用氣象質譜分析技術，分離鑒定提取的茶葉香氣成分。在這種分析方法的基礎上，輔以電子鼻仿生系統能夠更直接的分析茶葉香氣成分與人類感官的相關性，從而為茶葉品質鑒定提供另一個相關數據指標。仿生鼻是相對于視覺仿生系統以及聽覺仿生系統較為晚發展起步的電子仿生系統，它以人類嗅覺產生機制為生物理論依據，通過采集氣味信號分子完成對所采集樣品定性和定量研究，主要分為樣品采集、檢測和數據處理系統。利用仿生電子鼻的傳感器，主要有金屬氧化物半導體型傳感器、導電性聚合物型傳感器、質量型傳感器、光學纖維傳感器等，分析采樣標本中的吡咯、吲哚、呋喃等化學結構的生物活性物質，以VC++6.0開發的嗅覺識別軟件，用主成分分析法、偏最小二乘法、人工神經網絡法等算法分析樣品中的氣味分子，以達到定性定量分析茶葉中香氣成分的目的。

2.3電子舌軟件在茶葉湯色品質鑒定的開發

茶葉滋味化學成分較為復雜，以人類味覺感知劃分，有苦味物質，如咖啡堿、花青素等；鮮爽味有茶氨酸、琥珀酸等；甜味有可溶性糖類、甘氨酸等；酸味有抗壞血酸、茶黃素等。在茶葉品質鑒定中，以茶湯鮮爽、回甘為上品。電子舌是上世紀八十年代以人類味蕾受體分為脂質（酸、苦、咸）和蛋白質（甜、鮮、苦）受體不同為原理研究的用以模擬人類味覺產生的儀器。跟據傳感器不同可分為電位型、伏安型和光學型電子舌。電子舌技術運用于茶葉品質鑒定可以避免茶葉審評人員的“味覺疲勞”。研究電子舌與感官評分、茶湯高效液相色譜-質譜法成分分析結果三者之間的關系并且做出數據庫，可以為茶葉品質鑒定提供便捷、智能化的審評途徑。

3　茶葉品質鑒定中的軟件開發的可行性分析

茶葉品質鑒定的軟件開發主要基于現代計算機語言系統，為茶葉品質鑒定提供更加智能、高效的審評途徑。同時，可以有機聯系電子設備，如電子視覺設備、電子鼻、電子舌等智能設備之間的協同效應。

3.1技術層次的交互性

電子視覺系統已經較為完善，不論從色彩還是形狀，都能為茶葉的干茶、茶湯以及葉底等提供高效的智能采集，可以指導茶葉生產與消費。電子鼻和電子舌的應用均是為了分辨茶葉的分子成分，但其區別是電子鼻不僅可以定性、定量的檢測茶湯香氣成分，還可以檢測干茶香氣成分，這與電子視覺系統的干茶檢測有機聯系起來；電子舌對茶湯滋味的“品嘗”與電子鼻“聞到”的茶香相關聯，可以更全面、客觀的評定一杯茶湯的品質。

3.2軟件系統的兼容性

現代計算機系統均是依靠幾種計算機語言編程軟件，故以上各種檢測系統間的相互兼容合作，在兼容性的計算機系統，如Windows XP系統、Windows 7系統下均能夠運行，數據處理軟件雖然針對各種設備有不同軟件，但是綜合處理分析可以通過生物統計軟件及畫圖軟件完成。

3.3資源信息的共享性

對于茶葉品質鑒定的香氣成分和味覺成分已有數據庫模型可供查詢和應用，同時，茶葉品質鑒定中還在發現新的化學成分，此項數據庫正在不斷完善中。但是，把茶葉品質鑒定中的各個感官和化學成分定性定量相互聯系還不夠完善，尤其是我國茶葉品種繁多，且近年來和以后還會研發出新的茶葉品種的條件下，這一方面工作還是任重而道遠。

4　結　語

在茶葉品質鑒定中，計算機系統的開發和利用至關重要，通過大量的數據采集，分析數據的準確性和可靠性，然后引入到軟件中，對茶葉的品質進行鑒定，科學的對茶湯的澄清度、香氣以及滋味進行評價，掃除掉了人為不客觀的經驗判斷，這樣是茶葉品質評價的最大保證。相信不遠的將來，在利用了科學的計算機系統對茶葉品質進行科學的劃分和篩選，會使得品嘗在我們口中的茶葉更加芬芳，更加回味悠長。

參考文獻

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