BPANN模型在茶叶近红外光谱分析中的应用解析

绿茶茶多酚近红外光谱定量分析模型优化研究林 新，牛智有*(华中农业大学工程技术学院，湖北 武汉 430070)摘 要：采用NIR Systems6500和InfraXact Lab 型近红外仪分别对158份绿茶未粉碎品和粉碎样品进行光谱扫描，利用正交试验设计，分别采用主成分回归、偏最小二乘、改进偏最小二乘3种校正方法，并对原始光谱分别进行不同的预处理，建立了绿茶茶多酚定标模型，利用目标函数法对模型进行评定，并对评定的最优模型适用性进行验证。

试验结果为：利用NIR Systems6500型近红外仪对绿茶粉碎样品扫描的光谱采用改进偏最小二乘法进行定标，在标准正常化+趋势变化散射处理、二阶导数处理(取点间隔为1)、平滑处理取点间隔为4和二次平滑处理取点间隔为8组合的光谱预处理下建立的模型最优，其目标函数值为95.74%，验证相对标准差(RSD)为4.52%，相对分析误差(RPD)为2.52%。

结果表明：采用正交试验设计能够综合考察不同的校正方法和预处理方法对近红外定标模型的影响，利用近红外光谱分析法能够实现绿茶中茶多酚含量的定量检测，所建立的最优模型具有很好的预测准确性和适用性。

关键词：近红外光谱；绿茶；茶多酚；定量分析模型；优化研究Optimization of Models for Quantitative Analysis of Tea Polyphenols in Green Tea by Near Infrared SpectrophotometryLIN Xin ，NIU Zhi-you*(College of Engineering and Technology, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China)Abstract ：158 non-comminuted and comminuted green tea samples were scanned by NIR Systems 6500 and InfraXact NIR analyzers. An analysis model for quantitation of polyphenols in green tea was developed through orthogonal test design and validated with principle component regression (PCR), partial least square (PLS) and modified PLS. The models were evaluated by the objective function method and the applicability of the optimal models was validated. The optimal model was obtained by using the NIR Systems 6500 analyzer with comminuted samples by modified PLS and the optimum analytic conditions for spectral data preprocessing were standard normal variate (SNV)/detrend scatter, second derivative treatment (the interval for one point),smoothing interval for four points and the secondary-smoothing interval for eight points. This optimal condition leaded to the objective function value of 95.74% and RSD and RPD of validation of 4.52% and 2.52, respectively. The results showed that orthogonal experiment design could comprehensively evaluate the effect of methods for validation and spectral data preprocess-ing on the models. Quantitative analysis of polyphenols could be realized by NIRS and this optimal NIRS model had very good precision and applicability.Key words ：near infrared spectroscopy ；green tea ；polyphenols content ；quantitative analysis model ；optimization 中图分类号：O657.33 文献标识码：A 文章编号：1002-6630(2009)10-0144-05收稿日期：2008-01-23基金项目：湖北省自然科学基金项目(2007ABA351)作者简介：林新(1982-)，男，硕士研究生，研究方向为茶叶品质近红外检测。

34江西化工2017年第6期近红外光谱分析技术在茶叶检测中的应用熊利华U’3耿响2’3乐长高1(1.东华理工大学化学生物与材料科学学院，江西南昌330013;2.江西出人境检验检疫局综合技术中心，江西南昌330038;3.江西省光谱应用工程技术研究中心，江西南昌330038)摘要:近红外光谱(N IR)分析技术是近年来分析化学领域迅猛发展的新型光学检测 技术，是目前发展最快和最具有前景的分析技术之一，本文介绍了近红外光谱的原理、特点，并介绍了该技术在茶叶成分检测中的已有研究及其应用前景。

关键词:近红外光谱分析技术原理特点应用1前言中国是茶的故乡，对茶的种植、制造、审评等有源 远流长的历史，是世界上茶园面积和产量最大,茶树种 质资源最丰富的国家。

中国人饮茶的历史已有四千多 年了。

茶叶产品分为六大类，按生产规模的大小顺序 排列分别为:绿茶、黑茶乌龙茶、红茶、白茶、黄茶[1]。

茶叶含有较多的有益成分:茶多酚、茶色素、茶氨 酸、茶多糖、Y-氨基丁酸等，茶叶的主要保健作用有：①降低脑血管发病和死亡风险;②降低胆固醇和血压;③有助于防治老年痴呆;④有抗压力和抗焦虑作用;④ 提高免疫力;⑤提高杀菌力；⑥有减肥瘦身效果;⑦其 他保健作用。

近年来，随着人们生活水平的不断提高，消费者对 茶叶品质的追求也不断提高。

传统的化学检测一般通 过化学分析、仪器分析、感官评定、筛选分析等损坏性 检测手段来完成，不能满足大批量快速、无损等检测的 需求。

近红外光谱分析技术作为一种绿色分析技术，具有客观、快速、无损、精确、多指标、可再现、易操作、经济等优点[2]。

目前近红外光谱技术在茶叶成分检测 中有较广泛的应用。

2近红外光谱技术简介2.1近红外光谱分析技术原理近红外光谱（Near Infared Spectroscopy,简称 NIRS) 是介于中红外光谱和可见光谱之间的光谱，其光谱是 在(700 ~ 2500) n m间的分子吸收辐射。

近红外光谱分析技术在茶叶中的应用摘要近红外光谱分析技术（NIR）是目前发展最快、最引人注目的光谱分析技术之一，已广泛应用于各个领域。

阐述了近红外光谱分析技术的原理和特点，重点介绍了近红外光谱分析技术在茶叶及茶制品中的应用情况。

关键词近红外光谱；茶叶；应用1近红外光谱分析技术的原理近红外光谱（Near Infrared Spectroscopy，简称NIRS）是介于中红外光谱和可见光谱之间的光谱，其波长范围一般指800~2 500nm。

近红外光谱吸收带是有机物质中X-H键（主要是C-H、O-H、N-H）基频吸收的倍频、合频和差频吸收的叠加。

不同基团产生的光谱在吸收峰位置和强度上有所不同，根据朗伯－比尔定律，随着样品组成或者结构的变化，其光谱特征也将发生变化。

这是近红外光谱分析技术的理论基础。

物质对近红外光吸收相对较弱，光子能透射到物质的一定深度，部分光子被物质吸收，部分重新反射回来，还有的可能透过物质。

与物质相互作用后的反射光和透射光就携带了物质的成分信息。

通过接收反射光谱或透射光谱，并以现代化学计量学方法对其进行解析，建立定标模型，可实现多种有机物及其混合物的定性和定量分析。

2近红外光谱分析技术的特点近红外光谱分析技术是20世纪90年代以来发展最快、最引人注目的光谱分析技术之一，其相对于其他分析技术有以下主要优点：分析成本低、分析速度快、分析效率高、重现性好、适用的样品范围广、样品测量一般无需预处理、便于在线分析、对样品无损伤、对操作人员的要求不苛刻等。

但作为一种间接分析技术，近红外光谱技术也有其缺点：测试灵敏度相对较低、分析结果的准确性依赖于所建模型的质量、需要用标样进行校正对比，很多情况下仅是一种间接的分析技术、建模工作难度大，需要有丰富的有代表性的样品，配备精确的理化检测手段，并要求有经验的专业人员操作建模、由于样品本身的代表性以及光谱采集方法各异，每一种模型只能适应一定的时间和空间，需要不断对模型进行维护。

基于近红外光谱的茶叶品质检测技术研究茶叶是我国重要的农产品之一，对于茶叶的品质检测一直是茶叶行业关注的焦点。

传统的检测方法需要大量时间和人力，且误差较大，为了解决这一问题，近年来基于近红外光谱的茶叶品质检测技术研究受到了重视。

一、近红外光谱技术简介近红外光谱技术是一种光谱分析技术，它是通过对物质吸收和反射的光谱进行分析，来推断样品中化学成分的含量、结构、状态等相关信息。

与传统的化学分析方法相比，近红外光谱技术具有快速、高效、无需样品处理等优点，因此被广泛应用于食品、化妆品、药品等领域的质量检测。

二、近红外光谱在茶叶品质检测中的应用茶叶品质是指茶叶的味道、香气、色泽、滋味等多个方面的综合评价，其中主要的成分为茶多酚、咖啡碱、氨基酸等。

茶叶的品质检测对于茶叶生产、加工和销售都具有重要意义。

传统的茶叶品质检测方法主要是靠人工进行，存在着误差大、效率低等问题。

基于近红外光谱的茶叶品质检测技术则可以快速准确地评价茶叶品质。

1. 建立光谱库建立光谱库是进行近红外光谱分析的前提。

光谱库是通过采集茶叶的近红外光谱数据，并对数据进行处理建立的。

建立光谱库的关键在于样品的选择和分类，样品的数量和质量直接影响到建立的光谱库的可靠性和精度。

2. 分析光谱数据对于所采集的近红外光谱数据进行处理是进行茶叶品质检测的关键。

针对不同的茶叶品种和产地，需要使用不同的分析方法。

光谱数据处理的主要方法包括：主成分分析、偏最小二乘法等多元统计分析方法。

3. 对检测结果进行验证为了保证光谱库的可靠性，需要对检测结果进行验证。

验证的方法包括交叉验证、样本外验证等。

通过对验证结果的分析，可以确定光谱库的精度和准确性。

三、结论基于近红外光谱的茶叶品质检测技术是一个快速、准确、可靠的检测方法。

与传统的检测方法相比，近红外光谱技术不仅具有高效性和精准性，而且可以实现非破坏性检测，避免了其他检测方法可能会带来的影响。

因此，基于近红外光谱的茶叶品质检测技术将成为茶叶行业的重要工具，对茶叶的品质评判和质量控制起着积极的促进作用。

ＤｅｔｅｃｌｉＯｎ＆ＡｎａＩｙＳｉｓ傅里叶变换近红外光谱分析技术在茶叶中的应用王永明（辽宁省分析科学研究院，辽宁沈阳１１００１５）摘要：利用傅里叶变换近红外光谱分析技术，通过建立茶叶中各主要组分和近红外光谱图对应模型，可快速、准确地测定茶叶的主要成分含量，判定茶叶品质优劣。

关键词：傅里叶变换近红外光谱分析；茶叶；快速测定中图分类号：ＴＳ２７５文献标识码：Ｃ日本早在７０年代就已将近红外光谱分析技术叶中的大多数有机化合物如茶多酚、氨基酸、蛋白应用于茶叶多种组分的定量分析，如茶多酚、咖啡质、咖啡碱、还原糖、多糖（纤维素、半纤维素、碱、全氮量、粗纤维等的定量分析，并取得了良好淀粉、果胶）等都含有各种含氢基团，所以通过对的效果。

国内应用近红外光谱测定茶叶中的成分也茶叶的近红外光谱分析可以测定这些成分的含量。

有报道，但局限在传统的运用特定波长确定某种成而茶叶的品质或品性与它所含有的各种化学成分直分的多元回归方程的研究阶段。

目前，随着化学计接相关，如纤维素、半纤维素的含量决定了茶叶的量学和计算机技术的快速发展，近红外光谱分析已老嫩度，氨基酸、茶多酚、咖啡碱含量及比例决定转向以分析弱信号和多组分多元信息处理为基础的了茶冲泡后的口感。

由此看出，通过分析茶叶的近阶段。

特别是随着８０年代傅里叶变换在近红外光红外光谱，不仅可以得到各种化学成分的含量，还谱仪中的应用，增加光通量，提高了信噪比，使所能以此为依据，进一步建立关于茶叶优劣、级别、得谱线平滑，从而使近红外技术有效地应用于大量真假识别以及品种鉴定等一系列快速分析模型，从样品的高精度快速分析。

本文通过运用德国Ｂｍｋｅｒ而可以从根本上避免现在茶叶化学测定的繁琐和人公司的ＦＴｒ—ＮＩＲ光谱仪（ＩＦｓ２８／Ｎ型）和随机配送工审评中因个人好恶而带来的误差。

的ｏＰｕＳＱＵＡＮＴ一２定量和ＩＤＥＮＴ定性分析软件对傅里叶变换技术是信号处理和波谱解析的有力茶树活体（叶片）、茶叶及茶制品的近红外光谱进手段，利用傅里叶变换可从数据中提取更多的有用行扫描和分析，并结合傅里叶变换近红外光谱仪在信息，即以傅里叶级数拟合原光谱曲线，用较少项其他诸多行业中的应用现状，探讨它在茶叶领域内的级数就可获得与原光谱良好的近似，从而使所得应用的特点及前景。

近红外光谱(NIRS) 技术在茶叶品质保真中的应用前景作者：陈玲，李姝，罗体英，冉淑琴来源：《农业技术与装备》 2019年第11期陈玲1，李姝1，罗体英1，冉淑琴2（1.贵州农业职业学院，贵州贵阳551400；2.贵州铜仁沿河民族中学，贵州铜仁565300）摘要近红外光谱（Near-infrared spectroscopy，NIRS）是一种新兴快速无损检测方法，近几年，在茶叶质量检测方面得到了有效应用。

为给茶叶质量检测提供可靠参考，文章对近红外光谱检测技术在茶叶品质保真中应用的现实需求进行了分析，然后结合近红外光谱检测技术的特征，对近红外光谱技术在茶叶品质保真中的应用前景进行了详尽论述。

关键词近红外光谱；茶叶检测；食品检测中图分类号 TS207.7文献标志码 Adoi:10.3969/j.issn.1673-887X.2019.11.027Application Prospect of Near Infrared Spectroscopy (NIRS) Technology in Tea Quality FidelityChen Ling1, Li Shu1, Luo Tiying1, Ran Shuqin2(1.Guizhou Vocational College of Agriculture, Guiyang 551400, Guizhou, China;2. Guizhou Tongren National Middle School, Tongren 565300, Guizhou, China)Abstract: Near infrared spectroscopy (NIRS) is a new rapid non-destructive testing method. It has been effectively applied in the quality detection of tea. In this paper, the practical demand of NIR detection technology in tea quality assurance is analyzed. Combined with the characteristics of NIR detection technology, the application prospect of NIR detection technology in tea quality assurance is discussed in detail, which provides a reliable reference for tea quality detection.Key words: near-infrared spectroscopy, tea detection, food testing因茶叶品质鉴别相对复杂、困难，所以高品质茶叶仿冒、假冒的情况屡见不鲜。

近红外光谱技术在茶叶品质成分检测中的应用杨伟根U，3郭平张志宾1耿响刘云海1(1.东华理工大学化学生物与材料科学学院，江西南昌330013;2.江西出人境检验检疫局综合技术中心，江西南昌330038;3.江西省红外光谱应用工程技术研究中心，江西南昌330038)摘要:简要介绍了近红外光谱技术的发展、技术的特点，着重论述了近红外光谱技 术在茶叶品质成分如茶多酚、咖啡碱、水分、氨基酸等检测方面的应用，展望了近红外在茶 叶品质检测应用中的前景。

关键词:近红外光谱技术茶叶品质成分检测应用1前言根据 ASTM(American Society of Testing Materials)定义，近红外光谱区是指波长在780 ~2526nm之间的 电磁波，近红外光谱分析技术(NIR)利用有机合物中的 C- H、N- H、0 - H等基团在近红外光谱区的振动特 性，通过比较未知样与已知样或标准样品的光谱，从而 达到检测样品中某种化学成分的定性或定量分析[1_7]。

NIR技术具有红外光区光谱信息量丰富和可 见光区信息易于获取等优点，使其成为一种新型的分 析技术。

中国茶文化历史悠久，内涵丰富。

早在4000多年 前，我国茶叶就从野生进人人工培养时代[8]。

19世纪以前，我国茶叶生产技术水平一直处于世 界领先地位。

目前，茶叶是世界消费量最大的饮品之 一，它和咖啡、可可并称世界三大无酒精饮料。

随着社会进步和人们生活水平的提高，消费者对 茶叶品质的追求也越来越高。

从我国加人WT0之后，茶叶市场的开放度不断得到提高，我国茶叶要提高竞 争能力，必须依靠科技创新，提高茶叶的品质含量。

到目前为止，茶叶中被分离鉴定出的已知化合物 有500多种，其中大多数为有机化合物，有450种以上。

构成这些化合物的主要基本元素有碳、氢、氧、氮、磷、硫、钙、镁、铁等。

茶多酚、芳香物质、氨基酸、生物碱等 是茶叶中最重要的几种化合物之一，它们对人体具有 重要的作用&15]。