一种基于电特性参数的红茶发酵适度的检测方法技术

本发明专利技术涉及食品检测技术领域，尤其涉及一种基于电特性参数的红茶发酵适度的检测方法，是将不同发酵程度的茶叶分别置于电特性测试系统中进行电特性参数的测定，同时检测品质指标，进行等级标定，对电特性参数进行标准化预处理，筛选适宜发酵品质判别的优选特征频率，筛选出优选特征电特性参数，进行主成分分析，从而建立预测红茶动态发酵适度模型，用来实现对发酵适度等级的预测判别。本发明专利技术的检测方法克服了人工感官评审和理化检测等方法的不足，实现对红茶发酵适度检测的标准化、稳定化、智能化，快速化和精准化，在红茶发酵适度的检测中具有重要的现实意义和应用前景。

A suitable method for detection of black tea fermentation based on electrical characteristic parameters

The present invention relates to the technical field of food testing, especially relates to an electric parameter based on the characteristics of Black Tea fermentation moderate detection method is determined parameters of electrical characteristics of different fermentation degree of tea were placed in the electrical performance testing system, simultaneous detection of quality index, level calibration, parameters of the electrical characteristics of the standardized pretreatment. Optimization of fermentation quality screening suitable characteristic frequency discrimination, preferably selected characteristics of electric parameters, principal component analysis, so as to establish a prediction model of dynamic Black Tea fermentation moderate, used to achieve the prediction of moderate fermentation grade discrimination. The detection method of the invention overcomes the shortcomings of artificial sensory evaluation and chemical detection methods, to achieve the Black Tea fermentation moderate inspection standard, stable and intelligent, fast and accurate, in Black Tea fermentation has important practical significance and application prospect of moderate detection.

【技术实现步骤摘要】
一种基于电特性参数的红茶发酵适度的检测方法
本专利技术涉及食品检测
，尤其涉及一种基于电特性参数的红茶发酵适度的检测方法。
技术介绍
我国是茶树的起源地，是世界最大的产茶国。茶产业是“一带一路”国家战略中的传统优势特色外向型产业，也是健康中国2030战略中的生态健康产业。红茶作为我国的特有茶，在国际茶叶市场上占有重要的位置。发酵是红茶加工中最为关键的工序，直接决定成品茶的品质和风味特征。在发酵过程中，茶叶细胞膜受损后会发生以多酚类化合物为主体的酶促氧化反应及联合反应，生成以茶黄素类(TFs)、茶红素类(TRs)和茶褐素类(TBs)为主的一系列有机色素类物质，综合形成了红茶特有的色泽、滋味和香气品质。只有适度的发酵才能获得高品质的红茶，因此确定发酵适度具有至关重要的作用。目前常用的控制发酵适度的方法有感官判断法、测量叶温法、生化指标法、电子鼻法等，同时研制了一些发酵指示设备，但是这些设备操作复杂、价格昂贵。在实际生产中发酵程度的调控主要还是加工人员凭自己的感官从发酵叶的表征变化来判断，例如看发酵叶红变的程度、香气的变化等来确定发酵是够达到适度，其准确性容易受经验和外界环境的影响，造成发酵偏轻或过度，直接影响到产品质量、风味的稳定性和统一性，质量安全风险因素极大增加。因此，实现红茶发酵标准化、稳定化、智能化，快速、准确判断发酵适度具有重要的意义。生物内部分子中的束缚电荷对外加电场的响应称为介电特性。电特性检测技术是利用待测物质电磁特性变化建立与内含成分的内在联系，进而实现食品品质或物料属性检测的一种快速无损检测方法，其主要参数包括：其主要参数包括：电容、电阻、电抗、损耗因子和阻抗等。茶叶介于导体和绝缘体之间的不均匀电解质，当红茶发酵过程样品置于电场中时，其内部的带电粒子会形成生物电场，对电场电荷有阻碍、容纳、损耗、传导等作用，随着发酵样品内质成分、结构和生理状态的改变，会导致组织内化学物质所带电荷及电荷量在空间分布及强度方面发生变化，宏观上表现出电参数的变化。电特性参数已经广泛应用于快速、无损的判断果蔬、谷物及肉制品的成熟度、营养状况等，但其在茶叶研究中的应用则报道极少。且对红茶发酵过程中在制品品质适度的检测的应用未见报道。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种基于电特性参数的红茶发酵适度的检测方法，旨在克服人工感官评审和理化检测等方法的不足，实现对红茶发酵适度检测的标准化、稳定化、智能化，快速化和精准化，在红茶发酵适度的在线检测中具有重要的现实意义和应用前景。本专利技术通过以下技术手段解决上述技术问题：一种基于电特性参数的红茶发酵适度的检测方法，将不同发酵程度的茶叶分别置于电特性测试系统中进行电特性参数的测定，同时检测品质指标，进行等级标定，对电特性参数进行筛选处理，从而建立预测红茶动态发酵适度模型，用来实现对发酵适度等级的预测判别，包括以下步骤：S1.电特性测试系统的构建，所述电特性测试系统包括电桥测试仪、测试电极、取样盒、运行主机和采集软件，所述取样盒上安装有分散器，所述电桥测试仪通过R232串口与运行主机进行数据交换，并通过双绞屏蔽线连接两个测试电极；S2.样品电特性参数的测定，将不同发酵时间的茶叶样品，分别通过分散器自然散落进入取样盒中，并使茶叶样品淹没测试电极，分别于不同频率下测量电特性参数；S3.发酵品质检测及等级标定，检测不同发酵时间茶叶样品的品质指标，并对发酵品质进行等级标定；S4.数据筛选处理及模型判别，对电特性参数进行标准化预处理，采用基于相关系数和主成分的特征频率综合指数分析方法选出适宜发酵品质判别的优选特征频率，采用无信息变量消除法-竞争性自适应权重取样法联合筛选出优选特征电特性参数，对优选特征频率下的各电特性参数和优选特征电特性参数分别进行PCA分析，将最优主成分作为输入量使用极限学习机模式判别，从而建立红茶的动态发酵适度检测模型。S5.红茶动态发酵适度的快速检测，通过数据线连接到电脑客户端，实时传输发酵样品的电特性参数数据，结合采集软件写入的发酵适度检测模型，在软件界面端实时分析发酵样本的发酵适度等级，实现红茶动态发酵适度的定性快速检测。进一步，所述电桥测试仪的测试频率范围为50Hz～200kHz，所述测试电极为铜制平行平板电极板，所述电极板的面积为20cm2，所述取样盒的底板一侧与侧板铰接、对应的另一侧与相应的侧板可拆卸连接，所述分散器包括电机、转轴和环绕固定在转轴上的拨齿，所述转轴与电机传动连接，所述转轴的转速大于1000r/min。电桥测试仪的电参数测试电路分为串联、并联等效电路模型，通常低阻抗元件用串联，从数值上说阻抗小于100欧姆用串联，而本专利技术中阻抗最小值大于200欧姆，故选用并联测试电路下的电参数。进一步，所述茶叶样品是经揉捻后的茶叶于温度27℃、湿度>90％的人工气箱中发酵6h，于0～6h不同发酵时间取样得到的样品。进一步，所述S2中的电特性参数包括并联等效电容、复阻抗、电阻、电抗、损耗因子和相位损耗角。茶叶发酵样品可视为电容器的内部介质，当电极板间电流通过红茶样品时，即构成电容器等效电路，经过对检测信号的代数处理，终端界面可接收到复阻抗Z、并联等效电容Cp、电抗X、损耗因子D和相位损耗角θ等电特性参数值。进一步，所述S2中电特性参数的测试条件为测试电压1V，测试频率0.05～200kHz。进一步，所述S3中的品质指标包括感官评分、茶黄素、茶红素和茶褐素，所述茶黄素、茶红素和茶褐素采用高效液相色谱法进行测定。进一步，所述S3中发酵品质等级标定是基于专家感官评分评语计算审评总分，审评总分大于85的样品评定为适度发酵，适度发酵样品时间节点之前的样品为轻度发酵，之后的样品为过度发酵。进一步，所述标准化预处理主要采用多元散射校正、离差标准化、Smooth、S/G2st和Zscore方法对电特性参数原始数据进行预处理。进一步，所述S4中基于相关系数和主成分的特征频率综合指数分析方法选出优选特征频率，具体为建立电参数与各发酵品质指标的相关系数矩阵，对各组矩阵数据进行主成分分析，得到关联指数，对各品质指标在不同频率下的关联指数所形成的数组进行PCA分析，计算得到综合相关指数，最大综合相关指数对应的频率为优选特征频率。进一步，所述S4中筛选出适宜发酵适度判别的优选特征频率为0.2kHz。0.2kHz的综合相关指数值最大为0.274。进一步，所述极限学习机模式判别是在Matlab软件中编程，采用ELM分类算法，选用Sigmoid函数为ELM的激活函数，利用提取出的电特性参数的主成分数据，对三类发酵适度的红茶样本进行分类判别。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术明确了各检测频率下电特性参数在发酵过程中的变化规律。结果表明，发酵中电阻抗、电抗、阻抗角和损耗因子均逐渐增加，电容随发酵周期的延长逐渐减小，说明发酵过程中阻碍电荷传递的物质越来越多。(2)本专利技术通过主成分综合关联指数方法，明确了0.2kHz可作为红茶发酵中电特性参数检测的特征频率。基于MCUVE-CARS的变量优选方法，明确了与各品质指标稳定的测试频率为低频段，最相关电参数均为D和X。(3)本专利技术采用电特性参数结合ELM对红茶发酵品质适度的判别结果表明，ELM模型预测性能较理想，其主成分数为3时，隐含层节本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于电特性参数的红茶发酵适度的检测方法，其特征在于，将不同发酵程度的茶叶分别置于电特性测试系统中进行电特性参数的测定，同时检测品质指标，进行等级标定，对电特性参数进行筛选处理，从而建立预测红茶动态发酵适度模型，用来实现对发酵适度等级的预测判别，包括以下步骤：S1.电特性测试系统的构建，所述电特性测试系统包括电桥测试仪、测试电极、取样盒、运行主机和采集软件，所述取样盒上安装有分散器，所述电桥测试仪通过R232串口与运行主机进行数据交换，并通过双绞屏蔽线连接两个测试电极；S2.样品电特性参数的测定，将不同发酵时间的茶叶样品，分别通过分散器自然散落进入取样盒中，并使茶叶样品淹没测试电极，分别于不同频率下测量电特性参数；S3.发酵品质检测及等级标定，检测不同发酵时间茶叶样品的品质指标，并对发酵品质进行等级标定；S4.数据筛选处理及模型判别，对电特性参数进行标准化预处理，采用基于相关系数和主成分的特征频率综合指数分析方法选出适宜发酵品质判别的优选特征频率，采用无信息变量消除法‑竞争性自适应权重取样法联合筛选出优选特征电特性参数，对优选特征频率下的各电特性参数和优选特征电特性参数分别进行PCA分析，将最优主成分作为输入量使用极限学习机模式判别，从而建立红茶的动态发酵适度检测模型。S5.红茶动态发酵适度的快速检测，通过数据线连接到电脑客户端，实时传输发酵样品的电特性参数数据，结合采集软件写入的发酵适度检测模型，在软件界面端实时分析发酵样本的发酵适度等级，实现红茶动态发酵适度的定性快速检测。...

【技术特征摘要】
1.一种基于电特性参数的红茶发酵适度的检测方法，其特征在于，将不同发酵程度的茶叶分别置于电特性测试系统中进行电特性参数的测定，同时检测品质指标，进行等级标定，对电特性参数进行筛选处理，从而建立预测红茶动态发酵适度模型，用来实现对发酵适度等级的预测判别，包括以下步骤：S1.电特性测试系统的构建，所述电特性测试系统包括电桥测试仪、测试电极、取样盒、运行主机和采集软件，所述取样盒上安装有分散器，所述电桥测试仪通过R232串口与运行主机进行数据交换，并通过双绞屏蔽线连接两个测试电极；S2.样品电特性参数的测定，将不同发酵时间的茶叶样品，分别通过分散器自然散落进入取样盒中，并使茶叶样品淹没测试电极，分别于不同频率下测量电特性参数；S3.发酵品质检测及等级标定，检测不同发酵时间茶叶样品的品质指标，并对发酵品质进行等级标定；S4.数据筛选处理及模型判别，对电特性参数进行标准化预处理，采用基于相关系数和主成分的特征频率综合指数分析方法选出适宜发酵品质判别的优选特征频率，采用无信息变量消除法-竞争性自适应权重取样法联合筛选出优选特征电特性参数，对优选特征频率下的各电特性参数和优选特征电特性参数分别进行PCA分析，将最优主成分作为输入量使用极限学习机模式判别，从而建立红茶的动态发酵适度检测模型。S5.红茶动态发酵适度的快速检测，通过数据线连接到电脑客户端，实时传输发酵样品的电特性参数数据，结合采集软件写入的发酵适度检测模型，在软件界面端实时分析发酵样本的发酵适度等级，实现红茶动态发酵适度的定性快速检测。2.根据权利要求1所述的一种基于电特性参数的红茶发酵适度的检测方法，其特征在于，所述电桥测试仪的测试频率范围为50Hz～200kHz，所述测试电极为铜制平行平板电极板，电极板的面积为20cm2，所述分散器包括电机、转轴和环绕固定在转轴上的拨齿，转轴与电机传动连接，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：董春旺，梁高震，王近近，江用文，袁海波，邓余良，滑金杰，李佳，杨艳芹，
申请(专利权)人：中国农业科学院茶叶研究所，
类型：发明
国别省市：浙江,33