專利名稱：一種基于嗅覺和味覺傳感器信息融合的烏龍茶原產(chǎn)地的鑒別方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多傳感器信息融合的烏龍茶原產(chǎn)地的快速、智能化鑒別方法，SP利用色敏型嗅覺傳感器和多電極味覺傳感器信息融合技術(shù)鑒別不同原產(chǎn)地的烏龍茶。
背景技術(shù)：
烏龍茶為中國特有的茶類，主要產(chǎn)于福建的閩北、閩南及廣東、臺(tái)灣三個(gè)省，因此烏龍茶按照產(chǎn)地不同，可以分為閩南烏龍茶、閩北烏龍茶、廣東烏龍茶和臺(tái)灣烏龍茶。烏龍茶為半發(fā)酵茶，其鮮葉經(jīng)過萎凋-做青-炒青-揉捻-干燥而成，鮮葉的原產(chǎn)地不同，由于受生長環(huán)境如氣溫條件，土壤環(huán)境等外界因素的影響，內(nèi)部成分存在一定的差異，加工得到的烏龍茶的香氣和滋味等風(fēng)味品質(zhì)也有一定的差異，但是這種差異很細(xì)微。盡管近幾年來電子鼻、電子舌技術(shù)在茶葉的風(fēng)味品質(zhì)檢測中得到了廣泛的應(yīng)用，但大多研究都是采用單一傳感器技術(shù)，由于不同產(chǎn)地的烏龍茶其品質(zhì)差異很細(xì)微，單一檢測手段往往不能全面地描述一個(gè)這種差異，具有一定的局限性。目前多傳感器融合技術(shù)在食品及農(nóng)產(chǎn)品檢測領(lǐng)域得到了相關(guān)應(yīng)用。如授權(quán)發(fā)明專利“基于多傳感信息融合的名優(yōu)茶品質(zhì)儀器智能化審評(píng)方法”(ZL200910232916.9)和公開發(fā)明專利“基于多傳感信息融合的葉菜類蔬菜葉片農(nóng)藥殘留檢測裝置及方法”(申請(qǐng)?zhí)?01210265737.7)，但文獻(xiàn)檢索表明，目前融合技術(shù)都是采用相對(duì)完善的電子鼻和電子舌系統(tǒng)，它們都是商業(yè)化的通用型儀器，檢測費(fèi)用高；其次，信息融合本身也即是不同類別的傳感器數(shù)據(jù)簡單的疊加，和人類的感官評(píng)判行為相差甚遠(yuǎn)。本發(fā)明提供了一種基于嗅覺和味覺多傳感器信息融合的不同原產(chǎn)地烏龍茶鑒別方法。針對(duì)烏龍茶氣味和滋味特征，構(gòu)建色敏型嗅覺傳感器和多電極味覺傳感器系統(tǒng)，分別獲取烏龍茶的香味和滋味特征信息，并進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理和特征變量提取，然后將提取嗅覺特征變量和味覺特征變量，通過統(tǒng)一法則映射到一個(gè)高維特征空間，根據(jù)非監(jiān)督的模式識(shí)別方法抽象出若干虛擬變量，完成嗅覺和味覺特征信息融合，最后通過合適的模式識(shí)別方法構(gòu)建基于多信息融合鑒別模型，可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同原產(chǎn)地烏龍茶進(jìn)行快速、智能化鑒別。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的方法如下:(I)選取不同原產(chǎn)地的烏龍茶作為樣本；(2)每個(gè)樣本利用50mL沸水沖泡5min，將富集的氣體收集到色敏型嗅覺傳感器系統(tǒng)(由9種卟啉及其衍生物固定在疏水膜上組成的傳感器陣列)，用于采集樣本的氣味信息；將茶渣過濾后，得到茶湯并冷卻至常溫后，利用多電極味覺傳感器系統(tǒng)(由金電極、鉬電極、銅電極、玻碳電極等四種工作電極再結(jié)合參比電極組成)用于采集樣本的滋味信息。(3)將采集到的兩組信息進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，提取相應(yīng)的特征變 量，通過統(tǒng)一法則將這些特征信息映射到一個(gè)高維特征空間，根據(jù)非監(jiān)督的模式識(shí)別方法抽象出若干虛擬變量，完成嗅覺和味覺特征信息融合，最后通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法構(gòu)建基于多信息融合鑒別模型。(4)對(duì)于一個(gè)未知樣本，分別利用嗅覺傳感器采集氣味信息，利用味覺傳感器采集滋味信息，并進(jìn)行相應(yīng)的特征提取和信息融合，輸入已建立好的判別模型，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)待測樣本原產(chǎn)地歸屬的鑒別。色敏型嗅覺傳感器是通過優(yōu)選對(duì)烏龍茶氣味有顏色反應(yīng)的色敏材料(9種卟啉及其衍生物:①5，10，15，20-四苯基-21H, 23H-卟吩，②5，10，15，20-四苯基-21H, 23H-卟吩氯化錳(III), 2，3，7，8，12，13，17，18-八乙基-21H, 23H-卟吩錳(III)氯化物，④ 5，10，15，20-四(4-甲氧苯基)-21H, 23H-卟吩氯化鐵(III)，⑤ 5，10，15，20-四苯基-21H, 23H-卟吩氯化鐵(III), 5，10，15，20-四苯基-21H, 23H-卟吩銅(II)，⑦5，10，15，20-四(五氟苯基)_21H，23H-卟啉氯化鐵(III)，⑧5，10，15，20-四(4-甲氧苯基)-21H，23H-卟吩鈷(II)，⑨5，10, 15,20-四苯基_21H，23H-卟吩(鋅))，并將其固定在疏水膜上面制成的傳感器陣列，該傳感器可克服了傳統(tǒng)金屬氧化物氣味傳感器容易受到濕度、溫度影響產(chǎn)生基線漂移的缺點(diǎn)；多電極味覺傳感器是通過優(yōu)選對(duì)烏龍茶滋味有特征響應(yīng)的金電極、鉬電極、銅電極、玻碳電極等四種工作電極，再結(jié)合參比電極組成味覺傳感器陣列，該不需要進(jìn)行前處理，能迅速、準(zhǔn)確地獲得滋味的綜合信息，靈敏度高，重復(fù)性、可靠性好。本發(fā)明利用色敏型嗅覺傳感器技術(shù)和多電極味覺傳感器技術(shù)模擬人的鼻和舌，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同原產(chǎn)地烏龍茶的快速、智能化鑒別。該方法克服了傳統(tǒng)理化檢測方法因步驟繁瑣而耗時(shí)長、效率低，單一傳感器技術(shù)因?yàn)樾畔@取不全面而導(dǎo)致的檢測精度低等缺點(diǎn)。


圖1基于嗅覺和味覺傳感器信息融合的烏龍茶原產(chǎn)地鑒別步驟和思路。

圖2嗅覺和味覺傳感器信息融合的PCA分類結(jié)果。圖3基于單一嗅覺傳感器信息的PCA分類結(jié)果。圖4基于單一味覺傳感器的PCA分類結(jié)果金電極、鉬電極、銅電極、玻碳電極等四種工作電極，再結(jié)合參比電極組成味覺傳感器陣列。
具體實(shí)施例方式(I)實(shí)施實(shí)例的樣本分別來自閩南安溪鐵觀音、福建武夷巖大紅袍、廣東鳳凰單揪和臺(tái)灣凍頂烏龍等四個(gè)原產(chǎn)地。每個(gè)類別有15個(gè)樣本，共60個(gè)樣本。(2)每個(gè)樣本利用50mL沸水沖泡5min，將富集的氣體收集到色敏型嗅覺傳感器系統(tǒng)(由9種卟啉及其衍生物固定在疏水膜上面制成的傳感器陣列組成 ①5，10，15，20-四苯基-21H，23H-卟吩，②5，10, 15,20-四苯基-21H，23H-卟吩氯化錳(III)，
(3)2, 3, 7,8, 12, 13, 17, 18-八乙基-21H，23H-卟吩錳(III)氯化物，④ 5，10，15，20-四(4-甲氧苯基)-21H，23H-卟吩氯化鐵(III)，⑤5，10, 15，20-四苯基-21H，23H-卟吩氯化鐵(III)，⑥ 5，10，15，20-四苯基-21H, 23H-卟吩銅(II)，⑦ 5，10，15，20-四(五氟苯基)-21H，23H-卟啉氯化鐵(III)，⑧5，10，15，20-四(4-甲氧苯基)_21H，23H-卟吩鈷(II)，⑨5，10，15，20-四苯基-21H，23H-卟吩(鋅))，用于采集樣本的氣味信息；將茶渣過濾后，得到茶湯并冷卻至常溫后，利用多電極味覺傳感器(由金電極、鉬電極、銅電極、玻碳電極等四種工作電極再結(jié)合參比電極組成)用于采集樣本的滋味信息。(3)對(duì)采集得到的嗅覺傳感器信息和味覺傳感器信息；進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理和特征變量提取，將提取嗅覺特征變量和味覺特征變量，通過統(tǒng)一法則映射到一個(gè)高維特征空間，然后根據(jù)非監(jiān)督模式識(shí)別方法抽象出若干虛擬變量，完成嗅覺和味覺特征信息融合(具體步驟和思路如圖1)。通過主成分分析(PCA)方法，我們可以看到，利用嗅覺和味覺傳感器信息融合的方法PCA分類效果(如圖2)要明顯好于使用單一嗅覺傳感器技術(shù)(如圖3)或單一味覺傳感器技術(shù)(如圖4)。(4)利用40個(gè)獨(dú)立樣本(每個(gè)類別有10個(gè)樣本)對(duì)該方法進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果顯示該方法對(duì)所有40個(gè)獨(dú)立樣本的識(shí)別率達(dá)到100%，表明該方法可以對(duì)不同原產(chǎn)地的烏龍茶進(jìn)行智能化化鑒別，且鑒別結(jié)果要遠(yuǎn)好于單一 嗅覺傳感器技術(shù)或單一味覺傳感器技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種基于嗅覺和味覺傳感器信息融合的烏龍茶原產(chǎn)地鑒別方法，按照以下具體步驟進(jìn)行: (1)選取不同原產(chǎn)地烏龍茶作為樣本； (2)每個(gè)樣本利用50mL沸水沖泡5min，將富集的氣體收集到色敏型嗅覺傳感器系統(tǒng)，采集樣本的氣味信息；將茶渣過濾后，得到茶湯并冷卻至常溫后，利用多電極味覺傳感器集樣本的滋味信息； (3)將采集到的兩組信息進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，提取相應(yīng)的特征變量，建立嗅覺和味覺多信息融合的判別模型； (4)對(duì)于一個(gè)未知樣本，分別利用嗅覺傳感器采集氣味信息，利用味覺傳感器采集滋味信息，并進(jìn)行相應(yīng)的特征提取和信息融合，輸入已建立好的判別模型，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同原產(chǎn)地的烏龍茶進(jìn)行鑒別。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，色敏型嗅覺傳感器是將對(duì)烏龍茶氣味有顏色反應(yīng)的色敏材料固定在疏水膜上面制成傳感器陣列；多電極味覺傳感器是將對(duì)烏龍茶滋味有特征響應(yīng)的金電極、鉬電極、銅電極和玻碳電極四種工作電極再結(jié)合參比電極組成的味覺傳感器陣列；所述對(duì)烏龍茶氣味有顏色反應(yīng)的色敏材料選自下列9種卟啉及其衍生物:①5，10，15，20-四苯基-21H, 23H-卟吩，②5，10，15，20-四苯基-21H, 23H-卟吩氯化錳(III), 2，3，7，8，12，13，17，18-八乙基-21H, 23H-卟吩錳(III)氯化物，④ 5，10，15，20-四(4-甲氧苯基)-21H, 23H-卟吩氯化鐵(III)，⑤ 5，10，15，20-四苯基-21H, 23H-卟吩氯化鐵(III), 5，10，15，20-四苯基-21H, 23H-卟吩銅(II)，⑦5，10，15，20-四(五氟苯基)_21H，23H-卟啉氯化鐵(III)，⑧5，10，15，20-四(4-甲氧苯基)-21H, 23H-卟吩鈷(II)，⑨ 5，10，15，20-四苯基-21H, 23H-卟吩(鋅)。`
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(3)是對(duì)采集得到的嗅覺傳感器信息和味覺傳感器信息；進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理和特征變量提取，將提取嗅覺特征變量和味覺特征變量，通過統(tǒng)一法則映射到一個(gè)高維特征空間，然后根據(jù)非監(jiān)督模式識(shí)別方法抽象出若干虛擬變量，完成嗅覺和味覺特征信息融合，最后人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法構(gòu)建基于多信息融合判別模型。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于多傳感器信息融合的烏龍茶原產(chǎn)地鑒別方法。具體檢測包括以下步驟選取一批不同原產(chǎn)地的烏龍茶樣本；利用色敏型嗅覺傳感器系統(tǒng)(由卟啉及其衍生物等9種敏感材料固定在疏水膜上面制成傳感器陣列)獲取樣本的氣味信息；利用由金電極、鉑電極、銅電極、玻碳電極等四種工作電極再結(jié)合參比電極組成的味覺傳感器獲取樣本的滋味信息；然后將采集到的兩組信息數(shù)據(jù)融合，建立相關(guān)信息的模型，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同原產(chǎn)地的烏龍茶樣本的鑒別(具體步驟和思路如摘要附圖)。本發(fā)明利用嗅覺和味覺多傳感器融合技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同原產(chǎn)地烏龍茶樣本的鑒別，同時(shí)操作簡便、快捷，智能化、信息互補(bǔ)、結(jié)果可靠。
文檔編號(hào)G01N33/00GK103235087SQ201310124290
公開日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月10日
發(fā)明者陳全勝, 劉愛平, 趙杰文, 歐陽琴, 林顥 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)