利用红外光谱分析茶叶产地

陈桥　王继坤　刘玲玲　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，简要分析了特征提取方法对波段的选取要求，以及不同预处理方法对二次特征提取的影响，然后将特征提取应用在不同茶叶产地的识别上，结果很好的把不同产地区域的茶叶区分开。此方法对于鉴别茶叶等其他复杂体系的特征有重要的价值。

关键词：特征提取 红外光谱 茶叶 识别 产地

中图分类号：TN93 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）03（a）-00-02

茶叶是世界三大饮料作物之一，营养、保健和食用价值丰富，深受人们的喜爱。我国茶树种类繁多、茶叶产地分布广，给茶叶产地等的鉴别工作带来很大的困难。目前，色谱一质谱联用技术、毛细管电泳一质谱联用技术以及多维色谱技术等新兴分析技术在茶叶原产地鉴别领域的广泛应用，以及各种计量学手段的不断完善将会极大丰富茶叶指纹图谱研究的技术与数据处理方法，使茶叶的信息更加全面、更具科学性。红外光谱分析技术是综合分析茶叶品质，而且分析速度快、效率高、无污染、重现性较好[1-4]。红外光谱技术显示不同品质的同种茶叶在谱图上的特征谱带会出现了细微差异，该发现证明了傅里叶变换红外光谱法用于鉴别茶叶品质的可行性。该文利用红外光谱技术讨论了茶叶产地分布特征。

1 材料与方法

1.1 实验材料

1.2 仪器设备与参数设置

TENSOR27型傅立叶红外光谱仪（BRUKER公司），波数范围：400～4000 cm-1，扫描次数：16次，分辨率：4 cm-1。

1.3 实验过程

样品的制备大致分为5个过程：烘干、粉碎、研磨、压片和光谱采集。首先，标准茶叶样品将在40 ℃恒温箱中烘12 h，然后经粉碎机粉碎，过200目筛子后收集。茶叶样品粉末要与KBr按1∶120比例进行研磨、压片，最后即可对压片进行光谱采集。

2 结果与分析

2.1 特征基理论

主成分分析（Principal Component Analysis，PCA）是以样品数据统计特征为基础的正交变换，是最小均方误差意义上的最优变换。

这种方法的优点是可以用数量很少的几条本征谱，在不丢失主要光谱信息的前提下，取代原来复杂的原始光谱，解决了由于谱带的重叠而无法分析的困难。

特征基理论是基于主成分分析法提出的一种降低茶叶红外光谱图原始数据的维数、提取反映茶叶信息的主要因素的多元统计分析方法。

每进行一次特征提取就好比是一次主成分分析过程。特征提取是为了建立茶叶的光谱特征基，在主成分分析的最后就是选取变量建立特征基的过程，建立特征基后即可对所要分析指标进行投影分析。

二次特征提取是在一次特征提取基础上再进行一次主成分分析过程，即特征提取过程，也相当于再一次剔除冗余变量，提取变化相差较大变量的过程。在二次特征提取后，再根据不同的特征因子所含信息量的情况建立特征基。

2.2 二次特征提取用于红外光谱分析茶叶产地分析

建立有关茶叶产地的特征基时，首先，考虑参与建基茶叶原产地的问题，既包含我们所要研究的几种茶叶（君山银针、祁门红茶、政和白茶、安溪铁观音、四川藏茶等），又要包括中国其他各个茶叶产区的特征茶叶品种。

在研究中选取福建茶区茶叶时，将福建茶区分为闽北和闽南两个区域分别区分。选取安徽茶叶时，将其分为黄山和祁门两个茶区。这主要基于茶叶产地的地域特征不同，每个地域的气候、降水、海拔等地域特征相差太多。

因此该特征基要有对应每个区域茶叶的信息，也就是每个茶叶要在基上能找到对应的“坐标轴”，如闽南和闽北茶叶要分别投影在代表各自区域信息的“坐标轴”上。

3 结语

茶叶的基本成分是稳定的，所以样品的红外光谱有很大的相似性，该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应用在不同茶叶产地的识别上，结果很好的把不同产地区域的茶叶区分开。此法具有一定的可行性，该方法将对分析茶叶产地有指导作用。

参考文献

[1] 蔡健荣，吕强.利用近红外光谱技术识别不同类别的茶葉[J].安徽农业科学，2007，35（14）：4083-4084.

[2] 李红莲，赵志磊.近红外光谱法快速鉴别花生油真伪及掺伪成分[J].食品安全质量检测学报，2010，27（1）：24-29.

[3] 张灵帅，王卫东.近红外光谱的主成分分析-马氏距离聚类判别用于卷烟的真伪鉴别[J].光谱学与光谱分析，2011，31（5）：1254-1257.

[4] 袁玉峰，陶站华.红外光谱法结合主成分分析鉴别不同产地黄柏[J].光谱学与光谱分析，2011，31（5）：1258-1261.