电子鼻在对名优茉莉花茶香气评价中的应用

吴亮亮，张丹丹，叶小辉，廖　婷，杨国一，饶耿慧，叶乃兴*（.福建农林大学园艺学院/茶学福建省高等学校重点实验室，福建 福州 5000；.福建茶叶进出口有限责任公司，福建福州5004；.福建春伦茶业集团有限公司，福建 福州 5008）



电子鼻在对名优茉莉花茶香气评价中的应用

吴亮亮1，张丹丹1，叶小辉2，廖婷1，杨国一1，饶耿慧3，叶乃兴1*
（1.福建农林大学园艺学院/茶学福建省高等学校重点实验室，福建 福州 350002；
2.福建茶叶进出口有限责任公司，福建福州350014；3.福建春伦茶业集团有限公司，福建 福州 350018）

摘要：采用10个金属氧化物气敏传感器组成阵列的电子鼻对6个类型的茉莉花茶进行研究，并与感官评价进行对比分析。该研究采用顶空瓶内烘箱平衡的香气制备法，增强电子鼻响应信号、减少人为误差。结合主成分分析法（PCA）与线性函数判别分析法（LDA）对数据进行分析和识别。结果表明：电子鼻技术对不同类型的名优茉莉花茶均有较好的响应，且LDA法对不同类型茉莉花茶的准确判别率分别达到99.3%，实现了茉莉花茶的智能分类，与感官评价较为一致。上述结果表明应用电子鼻技术对不同类型名优茉莉花茶的香味鉴定是可行的，有望在不同类型名优茉莉花茶快速、有效区分领域得到广泛应用。

关键词：茉莉花茶；电子鼻；线性判别分析；主成分分析；感官评价

茉莉花茶是我国历史名茶之一，深受海内外客商青睐，年销量达8.5万t，堪称花茶之首［1］。茉莉花茶是由茶坯与茉莉花通过独特的加工工艺窨制而成，茶香与花香完美结合，形成其独特的香气品质，因而自然、馥郁的香气是评价茉莉花茶感官品质的主要因子。按所用原料烘青与茉莉花茶窨花、提花次数不同，茉莉花茶被分为大白毫、毛尖、毛峰、银毫、春毫、香毫，价格也随品类不同而不同。然而，市场上茉莉花茶质量混乱，品质与价格常常不相符，严重损害消费者利益，这给扩大茉莉花茶市场带来较大的挑战。

对茉莉花茶香气质量的评定一直以来，主要依靠感官审评这一传统方法。该方法对审评人员的经验、感官灵敏度等要求较高。由于心理或者生理原因，在审评香气的过程中会存在一定的不确定性。为规范市场，保护消费者合法权益，做好茉莉花茶的品质控制尤为重要。

电子鼻是一种由具备部分专一性的气敏传感器构成的阵列和适当的模式识别系统组成的仪器，用来识别简单和复杂气味。目前，已经广泛应用于肉鱼［3-4］、中药［5-6］、水果［7］、烟草［8］、茶叶［9］、茶花酒［10］等领域的快速检测工作。为了有效判别不同名优茉莉花茶，本研究首先探索电子鼻检测茉莉花茶的合理参数，并结合多元化化学统计分析法，对不同类型的茉莉花茶香气进行分析，以期实现对茉莉花茶类型的评定。

1　材料与方法

1.1供试材料

试验所用茶样为不同品类的名优茉莉花茶（香毫、春毫、银毫、毛尖、毛峰、大白毫，为2015年春茶），由福建春伦茶业集团有限公司提供。

表1　名优茉莉花茶配花量　单位：%茶坯（质量分数）

1.2仪器与设备

iNose型电子鼻，由10个金属传感器（表2）按一定阵列组合而成，上海昂申智能科技有限公司。

表2　iNose型电子鼻10个传感器阵列组成

1.3试验方法

精确称量3.0g（精确至0.001g）样品，置于40mL顶空瓶内（电子鼻采集瓶），依次进行5次平行测定以获取数据。根据前人研究［11-12］，茉莉花茶在50-80℃、40min-60min时香气能得到较好挥发。优化温度、时间（如图1），将本样品置于55℃烘箱内受热40min，以平衡瓶内香气。电子鼻载气为净化空气（相对湿度在60%±1%），气体流量为0.8L/min，采样时间为300s，等待时间为10s，平行样间清洗时间120s，不同样间清洗时间1200s。

试验步骤：仪器预热（30min）→清洗传感器至各传感器响应值趋向于1.0000→检测样品（自带清洗传感器120s，等待时间10s，信号采集）→记录对应的特征响应值→保存数据。每个样品重复测定5次。

图1　茉莉花茶的电子鼻检测参数优化图

1.4感官评价

1.4.1外形

外形的4项指标包括：条索、整碎、净度、色泽。条索以毫芽肥壮重实，紧直匀称、满披白毫为好；匀整洁净为好；色泽银灰白为好。

1.4.2内质

内质的4项指标包括：香气、滋味、汤色、叶底。香气鲜灵、浓郁持久、幽长为好；滋味鲜浓醇厚、持久耐泡为好；汤色黄绿清澈明亮为好；叶底肥嫩匀润为好。

1.5数据处理

通过Excel计算出最高响应值。使用电子鼻SmartNose软件自带的模型识别方法进行线性判别分析（LDA）、主成分分析（PCA）。线性判别分析（LDA），判别值越大区分效果越好，当大于80%时即可用。主成分分析（PCA），通过空间降维，将电子鼻的高维信息降低到一个较易辨识的低维空间，依据其主成分的贡献率直观地获得各样品的信息，以期实际数据信息得到最大程度地保留，贡献率大于70%即可用。

2　结果与分析

2.1电子鼻传感器信号强度图分析

图2为电子鼻采集茉莉花茶样品香气的传感器响应信号强度图。横坐标表示采集时间，纵坐标表示传感器响应强度，每条曲线表示1个传感器在300s内的响应信号变化值（相对电导率G/G0）。从图1可以看出，在测定的初始阶段到样品气体的平稳过程中，其变化是先曲线上升后下降，最后趋于平缓，其中S2、S5、S6的响应值变化比其他传感器更高。通过电子鼻传感器对茉莉花茶挥发性物质的响应试验可知，电子鼻对茉莉花茶挥发性物质有明显的响应，且每一个传感器对其响应值各不相同，表明利用电子鼻系统识别不同品类名优茉莉花茶可行。

图2　茉莉花茶的传感器信号强度图

2.2样品的特征值数据确定及电子鼻传感器响应值分析

从表3试验结果，可以看出大白毫依次对S2、S6、S1、S10比较敏感，毛尖依次对S2、S1、S6、S10比较敏感，毛峰依次对S2、S1、S6、S10比较敏感，银毫依次对S2、S1、S8、S6比较敏感，春毫依次对S2、S6、S10、S1比较敏感，香毫依次对S2、S1、S6、S10比较敏感。综上所述，S2（硫化氢、硫化物）、S6（甲烷、沼气、碳氢化合物）、S10（烷烃、可燃性气体）、S1（氨气、胺类）等传感器能敏感地检测到茉莉花茶香气。茉莉花茶香气中含有1H-吲哚，属于胺类；茉莉花茶香气中的石竹烯、香橙烯、（Z）α-法尼烯、表果阿吐烯等烯类［13］，属于碳氢化合物，同时在通风环境里检测，难免会吸入空气中的污染气体，比如：硫化物、沼气等。

从表3可以看出S2、S5、S6、S7、S10对于银毫、春毫、香毫的响应值具有显著差异，表明这些传感器对于这些茉莉花茶的香气变化比较敏感，对于区分这些茉莉花茶起到重要作用。大白毫、毛尖、毛峰之间传感器响应值差异不显著，可能是由于配花量和熏提次数达到一定程度，茶坯吸香饱和，香气含量无明显变化。

表3　名优茉莉花茶的电子鼻传感器响应均值

2.3基于电子鼻响应信号对茉莉花茶类型进行主成分分析和线性判别分析

2.3.1基于电子鼻响应信号对茉莉花茶类型的PCA分析

对不同类型的名优茉莉花茶进行主成分分析（如图3），得出茉莉花茶主成分的总贡献率为95.0%（PC1：73.8%，PC2：21.2%），远大于70%，表示所采集的电信号能够体现原始数据的大部分信息。但是PCA-DI为-9.6%，相互之间重叠严重，说明PCA法对于茉莉花茶标准样区分能力较差。可能是由于各品类名优茉莉花茶的香气主成分都是一样的，只是含量不同而已，因此其主成分区分度较差。

2.3.2基于电子鼻响应信号对茉莉花茶类型的LDA分析

图3　不同名优茉莉花茶的PCA分析

图4　不同名优茉莉花茶的LDA分析

对不同类型的名优茉莉花茶进行线性判别分析（如图4），得出茉莉花茶LDADI为99.3%，相互之间能够明显区分，说明LDA法对于不同品类的茉莉花茶样区分效果较好。毛尖、毛峰与大白毫的距离较近，银毫其次，接着是春毫、香毫。这与茉莉花茶的配花量有关，因为配花量从高到低为：大白毫、毛尖、毛峰、银毫、春毫、香毫。

2.4感官评价结果

根据表4的香气品质特征，茉莉大白毫、毛尖、毛峰、银毫、春毫、香毫之间的香气有一定的差异性，这与电子鼻检测结果基本符合，总体趋势是香气得分随着配花量和熏提次数的增加而提高。

表4　名优茉莉花茶的感官品质特征

3　讨论

茉莉花茶的香气组分主要来源于茉莉花，骆少君等［14］研究表明茉莉花茶的主要香气成分随着头窨、二窨、三窨、提花先迅速增加后缓慢增加。叶乃兴等［15］对窨制茉莉花茶配花量的研究，得出配花量在69%～115%之间，茉莉花茶香气成分的含量随着配花量递增而增加，超过96%时，没有显著增加香气含量。说明在一定范围内，香气随着配花量和熏提次数增加而增加，到达一定峰值时，继续增加配花量或者增加熏提次数不会明显提高香气。吸香效率随着配花量和熏提次数增加而递减。因此，香毫、春毫、银毫与毛峰、毛尖的距离比较远，毛峰、毛尖与大白毫的距离比较近，进一步说明茶坯吸收香气在配花量少时，吸香多，随着配花量的增加，茶坯吸香增速变缓。

根据史波林等［16］的研究，西湖龙井茶冲泡冷水后区分效果较好，但是根据于慧春等［17］的研究，干茶区分效果优于茶汤和叶底。本实验使用干茶，对于茉莉花茶茶汤和叶底的香气区分情况还有有待进一步研究。

前人将电子鼻运用于碧螺春［18］、信阳毛尖［19］、海南红碎茶［20］等茶叶的质量评价中上均能获得较好的区分效果。但是均是运用于绿、红茶类，并没有运用于再加工花茶类。本文将电子鼻应用于茉莉花茶的检测，通过线性判别分析（LDA），对茉莉花茶电子鼻测定数据进行分析和识别，毛峰比毛尖距离大白毫更近，可能是由于茉莉花茶香气太高，毛峰香气在电子鼻中有残留，影响了毛尖香气的检测，因此不同样品之间的清洗时间应当设置更长，否则会影响下一个样品的的检测。但是与大白毫的距离由近到远排列：银毫、春毫、香毫，是符合配花量的。

基于电子鼻响应信号值对不同名优茉莉花茶进行PCA和LDA分析得出，LDA-DI均明显高于PCA-DI，说明LDA法可明显区分茉莉花茶品类，但是PCA法无法区分。从电子鼻传感器的响应行为来看，不同品类名优茉莉花茶香气间存在明显的差异，并且其检测的结果与感官品质特征基本相符，说明电子鼻传感器对于茉莉花茶香气的区分效果较佳，电子鼻检测技术可以完全应用于不同品类茉莉花茶香气品质检测区分，为规范茉莉花茶市场奠定技术基础。

参考文献

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基金项目：福州市科技计划项目（2015-PT-93）；福州茉莉花茶产业提升项目（福州市农业局，2015）

作者简介：吴亮亮（1991-），男，硕士研究生，主要从事茶叶品质化学研究。

*通讯作者：叶乃兴（1963-），男，教授，主要从事茶学与茉莉资源利用研究。E-mail：ynxtea@126.com。