電子鼻在對名優茉莉花茶香氣評價中的應用

吳亮亮，張丹丹，葉小輝，廖　婷，楊國一，饒耿慧，葉乃興*（.福建農林大學園藝學院/茶學福建省高等學校重點實驗室，福建 福州 5000；.福建茶葉進出口有限責任公司，福建福州5004；.福建春倫茶業集團有限公司，福建 福州 5008）

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電子鼻在對名優茉莉花茶香氣評價中的應用

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.福建農林大學園藝學院/茶學福建省高等學校重點實驗室，福建 福州 350002；
2.福建茶葉進出口有限責任公司，福建福州350014；3.福建春倫茶業集團有限公司，福建 福州 350018）

摘要：采用10個金屬氧化物氣敏傳感器組成陣列的電子鼻對6個類型的茉莉花茶進行研究，并與感官評價進行對比分析。該研究采用頂空瓶內烘箱平衡的香氣制備法，增強電子鼻響應信號、減少人為誤差。結合主成分分析法（PCA）與線性函數判別分析法（LDA）對數據進行分析和識別。結果表明：電子鼻技術對不同類型的名優茉莉花茶均有較好的響應，且LDA法對不同類型茉莉花茶的準確判別率分別達到99.3%，實現了茉莉花茶的智能分類，與感官評價較為一致。上述結果表明應用電子鼻技術對不同類型名優茉莉花茶的香味鑒定是可行的，有望在不同類型名優茉莉花茶快速、有效區分領域得到廣泛應用。

關鍵詞：茉莉花茶；電子鼻；線性判別分析；主成分分析；感官評價

茉莉花茶是我國歷史名茶之一，深受海內外客商青睞，年銷量達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特的加工工藝窨制而成，茶香與花香完美結合，形成其獨特的香氣品質，因而自然、馥郁的香氣是評價茉莉花茶感官品質的主要因子。按所用原料烘青與茉莉花茶窨花、提花次數不同，茉莉花茶被分為大白毫、毛尖、毛峰、銀毫、春毫、香毫，價格也隨品類不同而不同。然而，市場上茉莉花茶質量混亂，品質與價格常常不相符，嚴重損害消費者利益，這給擴大茉莉花茶市場帶來較大的挑戰。

對茉莉花茶香氣質量的評定一直以來，主要依靠感官審評這一傳統方法。該方法對審評人員的經驗、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。為規范市場，保護消費者合法權益，做好茉莉花茶的品質控制尤為重要。

電子鼻是一種由具備部分專一性的氣敏傳感器構成的陣列和適當的模式識別系統組成的儀器，用來識別簡單和復雜氣味。目前，已經廣泛應用于肉魚［3-4］、中藥［5-6］、水果［7］、煙草［8］、茶葉［9］、茶花酒［10］等領域的快速檢測工作。為了有效判別不同名優茉莉花茶，本研究首先探索電子鼻檢測茉莉花茶的合理參數，并結合多元化化學統計分析法，對不同類型的茉莉花茶香氣進行分析，以期實現對茉莉花茶類型的評定。

1　材料與方法

1.1供試材料

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

表1　名優茉莉花茶配花量　單位：%茶坯（質量分數）

1.2儀器與設備

iNose型電子鼻，由10個金屬傳感器（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個傳感器陣列組成

1.3試驗方法

精確稱量3.0g（精確至0.001g）樣品，置于40mL頂空瓶內（電子鼻采集瓶），依次進行5次平行測定以獲取數據。根據前人研究［11-12］，茉莉花茶在50-80℃、40min-60min時香氣能得到較好揮發。優化溫度、時間（如圖1），將本樣品置于55℃烘箱內受熱40min，以平衡瓶內香氣。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，采樣時間為300s，等待時間為10s，平行樣間清洗時間120s，不同樣間清洗時間1200s。

試驗步驟：儀器預熱（30min）→清洗傳感器至各傳感器響應值趨向于1.0000→檢測樣品（自帶清洗傳感器120s，等待時間10s，信號采集）→記錄對應的特征響應值→保存數據。每個樣品重復測定5次。

圖1　茉莉花茶的電子鼻檢測參數優化圖

1.4感官評價

1.4.1外形

外形的4項指標包括：條索、整碎、凈度、色澤。條索以毫芽肥壯重實，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內質

內質的4項指標包括：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數據處理

通過Excel計算出最高響應值。使用電子鼻SmartNose軟件自帶的模型識別方法進行線性判別分析（LDA）、主成分分析（PCA）。線性判別分析（LDA），判別值越大區分效果越好，當大于80%時即可用。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較易辨識的低維空間，依據其主成分的貢獻率直觀地獲得各樣品的信息，以期實際數據信息得到最大程度地保留，貢獻率大于70%即可用。

2　結果與分析

2.1電子鼻傳感器信號強度圖分析

圖2為電子鼻采集茉莉花茶樣品香氣的傳感器響應信號強度圖。橫坐標表示采集時間，縱坐標表示傳感器響應強度，每條曲線表示1個傳感器在300s內的響應信號變化值（相對電導率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性物質的響應試驗可知，電子鼻對茉莉花茶揮發性物質有明顯的響應，且每一個傳感器對其響應值各不相同，表明利用電子鼻系統識別不同品類名優茉莉花茶可行。

圖2　茉莉花茶的傳感器信號強度圖

2.2樣品的特征值數據確定及電子鼻傳感器響應值分析

從表3試驗結果，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、碳氫化合物）、S10（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］，屬于碳氫化合物，同時在通風環境里檢測，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值差異不顯著，可能是由于配花量和熏提次數達到一定程度，茶坯吸香飽和，香氣含量無明顯變化。

表3　名優茉莉花茶的電子鼻傳感器響應均值

2.3基于電子鼻響應信號對茉莉花茶類型進行主成分分析和線性判別分析

2.3.1基于電子鼻響應信號對茉莉花茶類型的PCA分析

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

2.3.2基于電子鼻響應信號對茉莉花茶類型的LDA分析

圖3　不同名優茉莉花茶的PCA分析

圖4　不同名優茉莉花茶的LDA分析

對不同類型的名優茉莉花茶進行線性判別分析（如圖4），得出茉莉花茶LDADI為99.3%，相互之間能夠明顯區分，說明LDA法對于不同品類的茉莉花茶樣區分效果較好。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，因為配花量從高到低為：大白毫、毛尖、毛峰、銀毫、春毫、香毫。

2.4感官評價結果

根據表4的香氣品質特征，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，這與電子鼻檢測結果基本符合，總體趨勢是香氣得分隨著配花量和熏提次數的增加而提高。

表4　名優茉莉花茶的感官品質特征

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，沒有顯著增加香氣含量。說明在一定范圍內，香氣隨著配花量和熏提次數增加而增加，到達一定峰值時，繼續增加配花量或者增加熏提次數不會明顯提高香氣。吸香效率隨著配花量和熏提次數增加而遞減。因此，香毫、春毫、銀毫與毛峰、毛尖的距離比較遠，毛峰、毛尖與大白毫的距離比較近，進一步說明茶坯吸收香氣在配花量少時，吸香多，隨著配花量的增加，茶坯吸香增速變緩。

根據史波林等［16］的研究，西湖龍井茶沖泡冷水后區分效果較好，但是根據于慧春等［17］的研究，干茶區分效果優于茶湯和葉底。本實驗使用干茶，對于茉莉花茶茶湯和葉底的香氣區分情況還有有待進一步研究。

前人將電子鼻運用于碧螺春［18］、信陽毛尖［19］、海南紅碎茶［20］等茶葉的質量評價中上均能獲得較好的區分效果。但是均是運用于綠、紅茶類，并沒有運用于再加工花茶類。本文將電子鼻應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據進行分析和識別，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間應當設置更長，否則會影響下一個樣品的的檢測。但是與大白毫的距離由近到遠排列：銀毫、春毫、香毫，是符合配花量的。

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

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基金項目：福州市科技計劃項目（2015-PT-93）；福州茉莉花茶產業提升項目（福州市農業局，2015）

作者簡介：吳亮亮（1991-），男，碩士研究生，主要從事茶葉品質化學研究。

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