張成梅 黃偉 于杰 王雅潔*

（1.貴州省分析測試研究院 貴州省貴陽市 550000）（2.貴州省食品安全檢測應用工程技術研究中心有限公司 貴州省貴陽市 550000）

1 智能感官分析技術產(chǎn)生的背景

自古以來，茶葉就是國人生活中一種必不可少的飲料。中國是全球茶葉的重要產(chǎn)地，茶葉產(chǎn)業(yè)高度發(fā)達。但是，長久以來，對茶葉品質的分類始終依賴于人工，通過感官審評、理化指標等方法進行。

感官評審是由查評師根據(jù)自身的專業(yè)知識和工作經(jīng)驗，對茶葉的味道、外觀等進行綜合評定。感官品評雖然具有直接、便利等優(yōu)勢，但是對于茶評師的專業(yè)水平要求較高，而且茶評師可能受外界多種的因素的影響，導致審批結果的不準確?？赡苡绊懙耐饨缫蛩匕ㄐ嵊X受外界其他氣味的干擾、其他食物和溫度對味覺產(chǎn)生影響，身體狀況、實物標準樣存在差異等其他因素的影響等。

理化指標是運用相關的技術手段，對茶葉內所含物質進行檢測，最終對茶葉的品質做出客觀的評價。理化識別雖然具有準確性較高等優(yōu)勢，但是檢測操作相對復雜，花費的資金較高，審評的周期相對較長，所以，一般作為茶葉審評的輔助手段。由于茶葉中的有機成分有600 多種，無機礦物質有超過40 種，再加上各種味道相互作用，所以，通過理化識別測定的數(shù)據(jù)無法真實全面地對被檢測樣品的味覺做出判斷。

在此背景下，智能感官分析技術由于不需要對樣本進行預處理，而且能夠對茶葉的香氣、味道和外觀做出相對可靠的評判結果和指紋信息，成為目前茶葉審評領域眾多專家關注的熱點，也代表著未來茶葉審批的發(fā)展趨勢。

2 技術原理

智能感官分析技術是借助傳感器、信號采集器、分析系統(tǒng)，對人體感官系統(tǒng)的感知過程進行模擬，從而準確判斷。在智能感官分析技術應用過程中，傳感器與人類的感覺器官類似，當發(fā)現(xiàn)被測樣本中的某種屬性或物質時，就會發(fā)出響應信號；信號采集器與人類的神經(jīng)系統(tǒng)類似，對接收到的響應信號能夠進行相應的簡單處理和傳輸；電腦與人腦類似，通過對信號的深度處理和綜合分析，最后得出整體的結論。

目前，機器視覺、電子鼻、電子舌技術、茶湯電導率系統(tǒng)、近紅外光譜技術等智能感官分析技術被用于茶葉的檢測和審評。其中，機器視覺對茶葉的外觀、顏色等進行判斷；電子鼻主要用于茶葉香氣的判斷；電子舌主要用于茶葉味道的判斷；茶湯電導率系統(tǒng)通過對茶湯中的電導率進行測定，評估茶葉的品質；近紅外光譜技術用于檢測茶葉中各種物質的含量。

機器視覺、電子鼻、電子舌技術雖然具有不同的功能，但是有著相似的工作流程和原理，工作的步驟主要包括傳感器產(chǎn)生響應信號、對響應信號進行預處理、提取樣品特征信息、建立相關模型并進行模式識別，可見圖1。

3 智能感官分析技術在茶葉分類中的應用

3.1 機器視覺在茶葉分類中的應用

圖1：智能感官技術工作流程

從茶葉的感官評審來看，茶葉的質量大多通過視覺進行判斷，具體包括干茶的色澤和外形、茶湯的湯色、葉底的外形和顏色等。因此，不僅要求茶評者具有豐富的工作經(jīng)驗和扎實的專業(yè)知識，而且對審評的環(huán)境也有著嚴格的要求。茶評者評判的不穩(wěn)定也成為茶葉行業(yè)亟需解決的重要問題。隨著計算機技術的不斷發(fā)展成熟，機器視覺技術的應用，避免了傳統(tǒng)感官審評的不確定性。

電子計算機圖像處理與識別技術是一門跨學科的前言高科技，主要研究圖像編碼與壓縮、圖像預處理、圖像增強、圖像變換、圖像恢復、圖像分割與分析等。即輸入待測圖樣，并通過計算機進行圖樣數(shù)據(jù)處理，然后依據(jù)已有的參考數(shù)據(jù)，對待測樣品進行分類與識別，從而得出客觀的參考數(shù)據(jù)和參考結果。

由于機器視覺技術開始于20 世紀50 年代，目前已成熟應用于工業(yè)、農業(yè)、軍事、交通等領域，因此關于機器視覺進行茶葉品質的研究較多。專家指出，在茶葉的外形評價方面，對于條形茶來分析，茶葉葉片的平均幅度、面積、短徑、周長、經(jīng)脈等與茶葉的品質也有一定的相關系數(shù)。如高檔茶嫩度好、條索緊結：低檔茶條索粗松、樸片多。感官審評與色差分析具有較高的相關性，能綜合反映茶葉品質水平。

3.2 電子鼻在茶葉分類中的應用

電子鼻又稱氣味掃描儀，能夠模擬人類的嗅覺，對各種氣味和揮發(fā)性成分進行分析和識別。茶葉香氣是決定茶葉品質的重要因子之一，歷來被茶葉研究者所重視。茶葉香氣的含量低微、組成成分復雜，且具有易揮發(fā)和不穩(wěn)定的特性，在茶葉的感官審評中，容易受到空氣溫濕度和感官審評人的個人因素影響，如何消除不穩(wěn)定的主觀因素是茶葉香氣評審的重要內容。電子鼻的推廣和應用，就能很好的消除這一不穩(wěn)定因素。

電子鼻技術在茶葉香氣評價上有著廣闊的發(fā)展前景，大量的數(shù)據(jù)研究資料也表明，應用電子鼻香氣的探測對無性系茶樹品種進行分類是完全可行的。運用電子鼻檢測技術檢測不同種類的氣味具有耗時短、速度快、測定評估范圍重復性好、可避免人為的誤差等優(yōu)點。此外，電子鼻還能檢測一些人鼻不易察覺到的微弱氣體，這對茶葉的嗅覺審評來講是大有裨益的。目前，雖然科學家還沒有完全分析出動物的嗅覺原理，但隨著電子鼻傳感器材料的發(fā)展，尤其是生物芯片、生物技術、集成化技術的提高和納米技術的提高和應用，使得電子鼻的靈敏度和準確的得到了極大的提升，在實際生產(chǎn)和工作中，得到了很大的實用。

3.3 電子舌在茶葉分類中的應用

自1990 年第一臺電子舌系統(tǒng)被研發(fā)以來，電子舌實現(xiàn)了對酸、甜、咸、苦多種味道的成功分辨，也引起了更多人的關注和使用。電子舌是非特異性傳感器的液體分析系統(tǒng)，不僅能夠對被測茶葉的物質組成進行準確測定，而且能夠對不同物質的含量進行測定，對茶葉的品質做出定性和定量分析。該技術靈敏度高、重復率高等諸多優(yōu)點，得到了眾多專家和科研人員的認可，引發(fā)了學術界的廣泛關注，在茶葉的味道評審和分類上也展示出了廣闊的發(fā)展前景。2003年，Larisa Lvova運用電子舌技術對綠茶、咖啡等飲料進行檢測，結果表明，該技術能夠對咖啡堿、茶多酚、蔗糖和葡萄糖等物質的含量進行準確測定，能夠正確識別紅茶、綠茶和咖啡。其他研究也表明，電子舌技術能夠準確識別不同類別的綠茶。如今，如何將電子舌技術用于茶葉的審評和分類，仍需要科研人員和從業(yè)者的深入研究。

3.4 茶湯電導率系統(tǒng)在茶葉分類中的應用

茶湯電導率是依據(jù)茶湯可溶性物質多為電解質物質，且依據(jù)溶液導電率高低可判斷其茶湯電解質物質高低，從而判斷茶湯可溶性物質含量的一種方法。學者在研究中發(fā)現(xiàn)，茶湯電導率與茶葉的品質密切相關，花茶、綠茶的茶湯電導率越高，茶葉的品質就越高。但是，不同茶葉品種間的電導率存在較大差異。根據(jù)這一研究結論，茶湯電導率系統(tǒng)逐漸被應用于茶葉分類中。

3.5 近紅外光譜技術在茶葉分類中的應用

近紅外光譜(near-infrared spectroscopy)技術是將近紅外光譜所反映的樣品基團、組成或物態(tài)信息等與標準進行對比，從而測得液體樣本的組成含量，進而建立相應的定標模型，判斷或預測待測樣品的組成含量，對待測樣品進行審評的一種方法。該技術最初應用于農業(yè)分析領域，之后才逐步應用于煙草行業(yè)。目前，經(jīng)過多年的發(fā)展，近紅外光譜技術在煙草行業(yè)的應用已非常成熟。由于煙草行業(yè)與茶葉行業(yè)存在很多相似之處，傳統(tǒng)的測定方法均為感官審評和理化指標檢測，有專家提出，將近紅外光譜技術應用于茶葉的測定和分類，創(chuàng)新茶葉測定方法。但是，在具體的實踐中，受近紅外光譜技術適應范圍局限性大、取樣難度大等因素的影響，再加上市面上缺少用于茶葉測定的近紅外儀器，儀器的靈敏度不高，專業(yè)技術人員缺乏，使近紅外光譜技術用于茶葉測定的研究受到阻礙，在茶葉分類上的應用遭遇瓶頸。

4 智能感官分析技術目前存在的問題

目前，機器視覺、電子舌、電子鼻等智能感官分析技術在茶葉分類中取得了一定的研究成果，顯示出較好的研究前景，但是，目前這些技術仍存在以下不足：

4.1 結果相對片面

茶葉的成分復雜，如果只應用一種智能感官分析技術，無法準確對茶葉的品質進行評判。所以，在具體的實踐過程中，應將機器視覺、電子舌、電子鼻、茶湯電導率系統(tǒng)、近紅外光譜技術等智能感官分析技術綜合運用，才能得出理想的結果。

4.2 智能感官系統(tǒng)的準確性有待提高

受多方面因素的影響，智能感官系統(tǒng)無法完全避免誤差的出現(xiàn)，準確性有待提高。具體分析如下：

（1）現(xiàn)有的傳感器對茶葉的適用性較弱。在智能感官分析技術的應用中，傳感器對測定結果有著重要影響。如果傳感器對測定的物質適用性較弱，就無法做出準確的測定。在茶葉評審上，應積極研發(fā)或篩選對茶葉適用性更強、敏感度更高、響應更快的傳感器，從而提升測定的準確性和可靠性。

（2）樣品的代表性和采樣的科學性會對模型建立產(chǎn)生影響。在目前的諸多研究中，茶葉樣品存在代表性不強、樣品數(shù)不全的現(xiàn)象，每個等級的茶葉樣本較多，導致模型的穩(wěn)定性較差，從而影響測定結果。

（3）存在信號漂移和信號噪聲。受儀器測量參數(shù)、測量方法、測量環(huán)境、樣品來源等因素的影響，傳感器響應曲線漂移的情況時有發(fā)生，從而導致智能感官系統(tǒng)出現(xiàn)誤差，影響測定結果的準確性。因此，在今后的研究中，需要深入研究并采取有效措施，降低信號漂移和噪聲。

4.3 智能感官分析技術應用成本較高

目前各種智能感官分析技術還沒有得到廣泛應用，導致各種儀器的價格較高，茶葉測定的費用也相對較高。

5 結語

綜觀茶葉品質檢測技術研究，感官品評最能體現(xiàn)人的感受及對產(chǎn)品的質量要求，敏銳、簡單、便捷，但需要有一定的專業(yè)知識和長期的經(jīng)驗積累。理化檢測客觀、準確但過程復雜且尚難以以某種或某幾種成分的多寡來鑒別茶葉質量的高低，反應茶葉的整體品質。智能感官分析技術比理化檢測簡便、比感官品評客觀，但也有其技術上的局限性。相信不久的將來，隨著傳感器技術、模式識別技術和感官分析技術等交叉學科的發(fā)展，智能感官技術在茶葉分類中將得到更加廣泛的應用，目前感官技術結果相對片面、成本高等問題也會逐步得以解決。