一种茶叶中总黄酮含量的快速检测方法与流程

本发明涉及茶叶总黄酮含量的检测
技术领域：
，具体涉及以近红外光谱技术检测茶叶中总黄酮含量的技术。
背景技术：
：黄酮类化合物分布广泛，种类繁多。有研究显示其在抗氧化、抑制脂质过氧化反应，预防心血管疾病、防癌方面效果明显。茶叶不仅具有提神清心、清热解暑、解毒醒酒、降火明目等药理作用，还能减轻吸烟对人体健康的毒害，有降低胆固醇和血压的作用，提高免疫力。对心脑血管病、癌症等，也有一定的药理作用。茶叶中的黄酮含量比较丰富。目前，对于茶叶中黄酮类化合物的研究比较多，但大多集中在茶叶总黄酮的提取工艺研究上。黄酮类化合物的测定方法主要有：比色法、紫外分光光度法、高效液相色谱法等。比色法虽然方法简单，但是使用的亚硝酸钠是有毒物质；紫外分光光度法使用层析柱分离，方法繁琐，耗时耗力；高效液相色谱法灵敏度高，但是需要化学药剂提取，且不适用于快速在线检测。近红外光谱技术是一种使用简单方便、分析快速、不破坏样品的新型技术，不需要对样品进行化学处理，是安全绿色的新型分析技术。近红外分析技术可以同时测定出样品中的多种化学成分和物理参数，分析结果可准确逼近传统测定方法。目前，近红外分析技术已经成为一种高效的分析方法，广泛应用于石油、化学、制药、农业、食品等各个行业。技术实现要素：为了对茶叶中总黄酮的含量实现简单、快速、无污染、安全可靠的检测，本发明提出一种基于近红外光谱技术无损预测茶叶中总黄酮含量的方法。本发明包括建立模型和检测步骤。建立模型步骤如下：1）取20～80份不同品种、不同收获时期和不同制作工艺的茶叶样品，分别磨碎后再将每一份样品均分为两份，得到用于建立模型的标准样品集茶叶样品和校正样品集茶叶样品；2）将标准样品集中的茶叶样品分别采用高效液相色谱法测定，取得标准样品集中各茶叶样品的总黄酮含量的标准值；3）采作antaris傅里叶变换近红外光谱仪，使用积分球漫反射方法对校正样品集茶叶样品分别进行光谱扫描，得到校正样品集中各茶叶样品的光谱；4）将校正样品集中各茶叶样品的光谱导入tqanalyst光谱分析软件中，并将高效液相色谱法测出的标准样品集中各茶叶样品的总黄酮含量的标准值与校正样品集中各茶叶样品的光谱一一对应输入tqanalyst光谱分析软件中，采用一阶导数+norris导数平滑滤波处理方法先对校正样品集中各茶叶样品的光谱导进行预处理，再采用多元散射校正法和偏最小二乘的方法建立茶叶中总黄酮的定量分析模型。检测步骤如下：1）将待测茶叶样品磨碎后置于antaris傅里叶变换近红外光谱仪中，采用积分球漫反射方法，使用result光谱扫描软件采集光谱，扫描光谱范围10000cm-1～4000cm-1，设定分辨率8cm-1，扫描次数64次，优化增益4x，旋转样品杯，背景扫描后，对茶叶样品进行光谱扫描，得到待测茶叶样品光谱；2）调用上述茶叶中总黄酮的定量分析模型，点击tqanalyst光谱分析软件工具栏中的quantity按钮，在弹出的光谱对话框中选择所述待测茶叶样品光谱，经tqanalyst光谱分析软件分析，即得待测茶叶样品中总黄酮含量。为了建立更为客观的模型，本发明在建立模型时采用多份不同的茶叶样品，可以获得更好、更全面的光谱信息，然后通过tqanalyst光谱分析软件将校正样品集标准光谱导入，并得到对应的校正样品集中各样品中总黄酮含量，以此再与高效液相色谱法测出的各样品中总黄酮值进行一一对比。本发明采用一阶导数+norris导数平滑滤波处理方法先对校正样品集中各茶叶样品的光谱导进行预处理，再采用多元散射校正法和偏最小二乘的方法建立茶叶中总黄酮的定量分析模型，该模型可快速定量、快速、准确地检测出茶叶中总黄酮含量。直接采用样品原样检测，省去繁琐的前处理，数学模型建立后，只需用仪器扫描待测样品的光谱图即可分析出茶叶中总黄酮含量，用时仅0.1小时。具有无需计算、无需样品前处理、无需任何化学试剂、稳定快速、绿色环保、易于操作、准确率高、重复性好的特点。附图说明图1是茶叶的近红外光谱图。图2是茶叶总黄酮含量的预测值与标准值的模型关系图。图3是茶叶总黄酮含量的内部交叉验证的预测值与标准值的模型关系图。图4是茶叶总黄酮含量的外部验证预测值与标准值的模型关系图。具体实施方式下面结合说明书附图对本
发明内容进行详细说明：附图仅提供参考与说明用，非用以限制本发明。一、茶叶样品的准备：收集不同品种，不同收获时期，不同制作工艺的茶叶样品45份，取每份茶叶样品准确称取5g，并分别置于研钵中磨碎，备用。二、校正样品集和标准样品集的准备：从磨碎的45份茶叶样品中任意选取5份茶叶样品，分别标记为a、b、c、d、e。然后将茶叶样品a均分为两份，2.5g/份，取得a1、a2，按此法将茶叶样品b、c、d、e也均分为两份，取得a1、a2、b1、b2、c1、c2、d1、d2、e1和e2，共10份茶叶样品。将以上10份茶叶样品分成两组：一组为标准样品集，由a1、b1、c1、d1和e1组成。另一组为校正样品集，由a2、b2、c2、d2和e2组成。再将剩余的40份茶叶样品按以上方法也分别均分为两份，以使40份茶叶样品分成用于建立模型的标准样品集（由40份茶叶样品组成）和校正样品集（由40份茶叶样品组成）。三、建立模型：1、将标准样品集中的40份茶叶样品，分别采用高效液相色谱法测定出准确含量，分别取得标准样品集（由40份茶叶样品组成）的总黄酮含量的标准值。2、校正样品集光谱的建立：采作antaris傅里叶变换近红外光谱仪（美国thermofisher公司），使用积分球漫反射方法对校正样品集中40份茶叶样品分别进行光谱扫描。其中，光谱仪开机预热45min，环境温度为室温，将各茶叶样品放于样品杯中，使用result光谱扫描软件，扫描光谱范围10000cm-1～4000cm-1，设定分辨率8cm-1，扫描次数64次，优化增益4x，旋转样品杯。进行背景扫描后，对茶叶样品进行光谱扫描，每份茶叶样品扫描3次，将测量3次的光谱取平均，得到40组校正样品集标准光谱。3、模型的建立：将40组校正样品集标准光谱导入tqanalyst光谱分析软件中，并将高效液相色谱法测出的40组总黄酮含量标准值与样品光谱一一对应输入，采用一阶导数+norris导数平滑滤波处理方法先对各组校正样品集标准光谱进行预处理，再采用多元散射校正法（msc）和偏最小二乘（pls）的方法建立茶叶中总黄酮的定量分析模型。同时，tqanalyst光谱分析软件还显示出了以上40组校正样品集标准光谱对应的茶叶中总黄酮的预测值。在以上antaris傅里叶变换近红外光谱仪扫描的10000cm-1～4000cm-1光谱范围内不同的光谱区进行分析，如下表所示。下表为不同光谱区间的选择对参数的影响对比表。序号光谱范围/cm-1预测值与标准值的相关系数校正集均方差偏差主因子数15395.85～5174.200.96860.174425164.60～5005.780.99100.0856534960.02～4562.540.97520.153444491.79～4351.180.94640.223654288.91～4296.710.88070.3283根据tqanalyst光谱分析软件，当预测值与标准值的相关系数（r）越接近1时，则建立的模型预测的效果越佳；并且验证均方差越接近0时，则建立的模型预测的效果越佳。由上表可知：最佳谱区为5164.60cm-1～5005.78cm-1。剔除误差较大的点后，建立的模型的预测值与标准值的相关系数（r）为0.9910，校正集均方差偏差（rmsec）为0.0856，内部交叉验证均方差（rmsecv）为0.0929（如图3所示），此pls模型可用于快速、准确的预测待测样品的总黄酮含量。将以上40对茶叶样品中总黄酮含量的预测值和标准值形成图2的线性关系图，由线性关系数图得出：预测值与标准值的相关系数（r）为0.9910。四、模型检验：将由5份茶叶样品组成的标准样品集中的各样品分别采用高效液相色谱法测定出准确含量，取得5份茶叶样品的总黄酮含量标准值，结果如下：a1茶叶样品中总黄酮含量为2.45%。b1茶叶样品中总黄酮含量为2.64%。c1茶叶样品中总黄酮含量为2.83%。d1茶叶样品中总黄酮含量为3.04%。e1茶叶样品中总黄酮含量为3.49%。以上高效液相色谱法对各茶叶样品中总黄酮含量的检测用时为1小时。采作antaris傅里叶变换近红外光谱仪（美国thermofisher公司），使用积分球漫反射方法对校正样品集中5份茶叶样品（a2、b2、c2、d2和e2）分别进行光谱扫描。其中，光谱仪开机预热45min，环境温度为室温，将各茶叶样品放于样品杯中，使用result光谱扫描软件，扫描光谱范围10000cm-1～4000cm-1，设定分辨率8cm-1，扫描次数64次，优化增益4x，旋转样品杯。进行背景扫描后，对茶叶样品进行光谱扫描，每份茶叶样品扫描3次，将测量3次的光谱取平均，得到5组校正样品集标准光谱。将5组校正样品集标准光谱导入tqanalyst光谱分析软件中，并将高效液相色谱法测出的5组总黄酮含量标准值与样品光谱一一对应输入，将5组校正样品集标准光谱设置为验证，即可得到a2、b2、c2、d2和e2茶叶样品对应的茶叶样品中总黄酮含量，再通过tqanalyst光谱分析软件分析，取得总黄酮定量校正模型的外部交叉检验集相关系数（r）0.9939（如图4所示），验证均方差（rmsep）为0.0918。下表为模型对验证样品中总黄酮含量的预测值与标准值对比表：序号标准值（%）预测值（%）偏差（%）a2.452.630.18b2.642.610.03c2.832.850.02d3.043.160.12e3.493.490.00由上表可知，本方法建立的模型外部交叉验证结果的偏差均＜0.20，表明所建立的茶叶中总黄酮含量近红外定量模型是准确和有效的。五、未知样品茶叶中总黄酮含量的测定：另称取未知总黄酮含量的茶叶样品2.5g，磨碎置于石英样品杯中，放置于antaris傅里叶变换近红外光谱仪中，采用积分球漫反射方法，使用result光谱扫描软件采集光谱，扫描光谱范围10000cm-1～4000cm-1，设定分辨率8cm-1，扫描次数64次，优化增益4x，旋转样品杯。背景扫描后，对茶叶样品进行光谱扫描，得到未知总黄酮含量的茶叶样品光谱信息。再调用已建立的模型，点击tqanalyst光谱分析软件工具栏中的quantity按钮，在弹出的光谱对话框中选择此未知样品的光谱，对待测茶叶样品光谱信息进行分析，即可得到该样品总黄酮含量的分析报告。该过程共用时约0.1小时，大大小于高效液相色谱法对各茶叶样品中总黄酮含量的检测的时间。可见，本发明方法可快速预测未知茶叶样品的总黄酮含量。当前第1页12