專利名稱：基于12個特征波長的無損快速檢測茶葉含水率的方法
技術領域：
本發明屬于茶葉加工檢測領域，具體涉及一種無損快速檢測茶葉含水率的方法。
背景技術：
水分是茶樹生命活動中必不可少的成分，是制茶過程一系列化學變化的重要介質。制茶過程中茶葉色香味的變化就是伴隨著水分變化而變化的。因此，在制茶時常將水分的變化作為控制品質的重要生化指標。以殺青工序為例，殺青的關鍵技術是要針對葉片的含水率確定殺青時間和殺青溫度。而目前茶葉含水率的準確測量都是采用烘干稱質量法， 這種方法測量時間長，至少需要1 2小時，而且高溫烘干過程破壞了茶葉的營養成分，導致了測試樣本不能再食用，無法滿足茶葉加工過程實時檢測的需要。
發明內容
本發明提供了一種基于12個特征波長的無損快速檢測茶葉含水率的方法，可快速有效地監測茶葉加工過程中含水率的動態變化，實現茶葉加工過程中含水率的快速、無損、低成本檢測。一種基于12個特征波長的無損快速檢測茶葉含水率的方法，包括以下步驟(1)獲取茶葉樣本在12個特征波長處的漫反射光譜反射率，所述12個特征波長包括 420nm、428nm、520nm、546nm、575nm、600nm、703nm、717nm、736nm、921nm、979nm 和 1049nm ；(2)基于公式A = log(l/R)將所述茶葉樣本在12個特征波長處的漫反射光譜反射率轉換成吸光度，得到所述茶葉樣本在12個特征波長處的吸光度值，其中，A為吸光度，R 為漫反射光譜反射率；(3)把所述茶葉樣本在12個特征波長處的吸光度值代入公式(I)，計算得到所述茶葉樣本的含水率Y 含水率=0. 339-0. 810 λ 42(ι+0. 540 λ 428+1. 378 λ 52(ι-3. 108 λ 546+4. 043 λ 575-2. 454 λ 6 00+ (I) 0. 927 λ 703-2. 227 λ 717+3. 339 λ 736-26. 024 λ 921+30. 881 λ 979-6. 191 λ 1049式(I)中，為茶葉樣本的含水率的檢測值，λ 420為茶葉樣本在波長420nm處的吸光度，為茶葉樣本在波長428nm處的吸光度，λ52(1為茶葉樣本在波長520nm處的吸光度，λ 546為茶葉樣本在波長M6nm處的吸光度，λ 575為茶葉樣本在波長575nm處的吸光度，λ _為茶葉樣本在波長600nm處的吸光度，λ 703為茶葉樣本在波長703nm處的吸光度， 入717為茶葉樣本在波長717nm處的吸光度，Xra6為茶葉樣本在波長736nm處的吸光度，λ921 為茶葉樣本在波長921nm處的吸光度，λ 為茶葉樣本在波長979nm處的吸光度，λ 1(149為茶葉樣本在波長1049nm處的吸光度。本發明中，所述茶葉樣本為鮮葉、加工過程中原料葉或加工后茶葉成品。本發明中，選用 420nm、428nm、520nm、546nm、575nm、600nm、703nm、717nm、736nm、 921nm、979nm和1049nm共12個特征波長，是通過投影算法對整個可見短波近紅外光譜范圍內波長進行逐步篩選和并采用粒子群優化法進行群體智能優化來找到的。這12個特征波長反應了水分子的伸縮和彎曲倍頻、組合頻振動吸收特征。其中波長736nm對應水分子的伸縮振動二級倍頻吸收，979nm對應水分子的反對稱伸縮振動組合頻吸收。本發明還進一步以這12個特征波長處的漫反射光譜吸光度作為自變量，茶葉含水率作為因變量，建立了多元線性回歸模型，從而實現茶葉含水率的無損、快速檢測。與現有技術相比，本發明具有以下有益的技術效果①快速，本發明方法是基于12個特征波長處的光譜反射率來實現的，所以相對于全波段光譜測量法測量時間更短。而且近紅外光譜掃描速度快，可在Is內完成整個紅外波段范圍的掃描。②簡單，本發明方法步驟少、操作簡單，避免了傳統烘干稱質量法的漫長的烘干過程，和繁瑣的多次稱量過程。③低成本，本發明方法僅采用12個特征波長實現檢測，所以基于本發明方法的儀器結構和原理比較簡單，體積較小，故對應的儀器價格相對便宜，維護的成本也低。④具有良好的經濟效益，傳統的測量手段在取樣、制樣、測定等方面需要耗費大量的人力、財力、物力，本發明方法因步驟簡單、使用方便，可以快速、準確的檢測茶葉的含水率，故具有良好的經濟效益。
圖1為實施例中建模集樣本的含水率的檢測值與實際值的散點分布圖。圖2為實施例中預測集樣本的含水率的檢測值與實際值的散點分布圖。
具體實施例方式
下面結合實施例和附圖來詳細說明本發明，但本發明并不僅限于此。
如圖ι所示，一種基于12個特征波長的無損快速檢測茶葉含水率的方法，包括以
(1)收集茶葉樣本
收集具有代表性的多種茶葉樣本共738個，包括五個品種鮮葉樣本，如表1所示；
下步驟
七個等級茶葉樣本，如表2所示；八類綠茶初制工藝中原料樣本，如表3所示.
表1.五個品種鮮葉樣本的含水率(w. b.)
品種數目范圍平均值均方根龍井長葉200.54662-0.684210.629060.038廣東水仙200.66029-0.697920.677150.011紫筍200.54397-0.678410.638430.031毛蟹200.51773-0.713880.629300.037龍井43200.56410-0.688890.639580.040 表2.七個等級茶葉樣本的含水率(w. b.)
權利要求
1.一種基于12個特征波長的無損快速檢測茶葉含水率的方法，其特征在于，包括以下步驟(1)獲取茶葉樣本在12個特征波長處的漫反射光譜反射率，所述12個特征波長包括 420nm、428nm、520nm、546nm、575nm、600nm、703nm、717nm、736nm、921nm、979nm 和 1049nm ；(2)基于公式A= log(l/R)將所述茶葉樣本在12個特征波長處的漫反射光譜反射率轉換成吸光度，得到所述茶葉樣本在12個特征波長處的吸光度值，其中，A為吸光度，R為漫反射光譜反射率；(3)把所述茶葉樣本在12個特征波長處的吸光度值代入公式(I)，計算得到所述茶葉樣本的含水率Y 含水率=0. 339-0. 810 λ 420+0· 540 λ 428+1· 378 λ 腳_3· 108 λ 546+4· 043 λ 575_2· 454 λ _+ (I) 0. 927 λ 703-2. 227 λ 717+3. 339 λ 736-26. 024 λ 921+30. 881 λ 979-6. 191 λ 1049式⑴中，為茶葉樣本的含水率的檢測值，λ42(ι為茶葉樣本在波長420nm處的吸光度，為茶葉樣本在波長428nm處的吸光度，λ 52(1為茶葉樣本在波長520nm處的吸光度，λ 546為茶葉樣本在波長M6nm處的吸光度，λ 575為茶葉樣本在波長575nm處的吸光度， 入_為茶葉樣本在波長600nm處的吸光度，λ7(13為茶葉樣本在波長703nm處的吸光度，λ717 為茶葉樣本在波長717nm處的吸光度，λ 為茶葉樣本在波長736nm處的吸光度，λ 921為茶葉樣本在波長921nm處的吸光度，λ 為茶葉樣本在波長979nm處的吸光度，λ 1(149為茶葉樣本在波長1049nm處的吸光度。
2.如權利要求1所述的基于12個特征波長的無損快速檢測茶葉含水率的方法，其特征在于，所述茶葉樣本為鮮葉、加工過程中原料葉或加工后茶葉成品。
全文摘要
本發明公開了一種基于12個特征波長的無損快速檢測茶葉含水率的方法，包括以下步驟獲取茶葉樣本在12個特征波長處的漫反射光譜反射率，所述12個特征波長包括420nm、428nm、520nm、546nm、575nm、600nm、703nm、717nm、736nm、921nm、979nm和1049nm；并將光譜反射率轉換成吸光度，得到茶葉樣本在12個特征波長處的吸光度值，由此計算得到所述茶葉樣本的含水率。本發明方法可快速有效地監測茶葉加工過程中含水率的動態變化，實現茶葉加工過程中含水率的快速、無損、低成本檢測。
文檔編號G01N21/35GK102507480SQ20111037546
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月23日 優先權日2011年11月23日
發明者何勇, 李曉麗, 聶鵬程, 裘正軍, 鮑一丹 申請人:浙江大學