基于嗅觉可视化的红茶发酵程度快速检测方法及其应用

本发明涉及电数字数据处理的，特别涉及一种食品发酵程度检测的基于嗅觉可视化的红茶发酵程度快速检测方法及其应用。

背景技术：

1、红茶作为世界上最受欢迎的非酒精饮料之一，其中发酵又是红茶制作过程中非常关键的工序，发酵结果的优劣会直接影响到红茶的品质。提高红茶发酵程度判定的准确率、减少因为发酵不适对红茶品质带来的影响，是目前红茶发酵过程中亟待解决的问题，也是实现工业化红茶加工的重要一环。

2、红茶发酵程度的智能化监测研究是以物理、化学、生物学的理论和方法为基础，以监测红茶发酵过程中香气的变化为目标，达到准确判断红茶的发酵程度的目的。因此完成红茶发酵程度的智能化监测研究，对于完善红茶的数字化加工以及提升红茶品质具有开创性意义。

3、对于红茶发酵程度的判断，传统的检测方法如液相色谱法、机器视觉、感官评定等方法存在诸多缺点，如需要复杂的前处理且操作繁琐，并且具有主观性强等缺陷。在2003年，计算机机器视觉技术首次应用于监控红茶发酵程度，在此过程中，红茶发酵样的叶面色泽由绿色逐渐到深红铜色，并且采用马氏距离算法计算待测图像和标准图像（由人工挑选出的标准发酵样品）的距离，两者距离小于给定距离时，被认为直方图相似，图像颜色是一致的，代表此时的待测图像是发酵适度；然而，该方法需要高清晰度的图像采集设备和复杂的算法支持才能得以实现，因此其高昂的经济成本和时间成本使得该方法难以推广。

4、近红外光谱法也曾被用于发酵食品的检测，近红外光谱位于红外和可见光之间，主要反映含氢官能团倍频和合频吸收，提供了一种无损快速且经济高效的方法，替代传统的费时且昂贵的理化分析，已成为对茶叶加工的各种产品进行质量评估有价值的工具。利用近红外光谱技术对祁门红茶发酵程度进行判定，并且建立儿茶素和氨基酸的定量模型，取得了较好的结果。然而，目前仅在实验室环境中实现红茶发酵程度的判定，其工业化难度较大。此外，该方法需要使用专用的光谱仪，而红外光谱检测容易受到水分干扰，同时光谱噪音和基线漂移现象较为严重。

5、液相色谱法在判定红茶发酵程度方面具有独特的优势，通过深入分析其理化性质，可以清晰地识别和判断发酵程度，并确保判断准确度较高；然而，该方法也存在明显的缺陷，例如需要经过复杂的前处理过程、使用精密且昂贵的仪器设备以及较长的检测周期。

技术实现思路

1、本发明解决了现有技术中存在的问题，提供了一种基于嗅觉可视化的红茶发酵程度快速检测方法及其应用。

2、本发明所采用的技术方案是，一种基于嗅觉可视化的红茶发酵程度快速检测方法，所述方法包括以下步骤：

3、s1 制备可视化的嗅觉传感器；

4、s2 红茶样品采集及处理，获得最佳发酵时间；

5、s3 以处理后的红茶样品与嗅觉传感器反应，获取反应前后嗅觉传感器处的图像；

6、s4 处理图像，以处理后的图像及样品数据训练构建的网络模型直至稳定；

7、s5 以训练后的网络模型检测待测红茶的发酵程度。

8、优选地，制备可视化的嗅觉传感器包括以下步骤：

9、s1.1 选用色敏材料作为显色剂，所述色敏材料与红茶发酵时产生的挥发性物质存在颜色反应；

10、s1.2 以c2反相硅胶板为基板；

11、s1.3 将所有的所述色敏材料分布布设于基板上。

12、优选地，所述色敏材料包括2,3,7,8,12,13,17,18-八乙基-21h,23h-卟吩锰(iii)氯化物、5,10,15,20-四(五氟苯基)卟啉氯化铁、八乙基卟吩镍、内消旋-四苯基卟啉、卟啉、5,10,15,20-四苯基-21h,23h-卟吩铜(ii)、四苯基卟啉镍、5,10,15,20-四(4-甲氧苯基)卟啉、四对甲氧苯基卟啉钴(ii)、氯化5,10,15,20-四苯基-21h,23h-卟啉镁、四对甲氧苯基卟啉铁、四苯基卟啉锌(ii)、间-四(4-吡啶基)卟吩、间-四苯基卟啉氯化铁(iii)、5,10,15,20-四(4-羧基苯基)卟吩四甲酯、5,10,15,20-四(2,4,6-三甲苯基)卟啉。

13、优选地，s1.3中，将所有的所述色敏材料各取2mg，并分别溶于1ml二氯甲烷中，获得待用色敏材料溶液，超声处理30min并置于黑暗处保存；以0.1ul毛细管将溶液逐一点样到基板上，放置干燥，获得显色剂阵列。

14、优选地，取每种色敏材料的理论显色结果图，将显色结果按照rgb的数值划分偏向色，布设显色剂阵列时，将偏向色相同的色敏材料间隔设置或设置预设的距离。

15、优选地，s2中，采集若干红茶样品，对所述红茶样品通过hplc进行非挥发性物质成分的定性定量分析，判断每个红茶样品的氧化程度，确定最佳发酵时间。

16、优选地，s2中，所述红茶样品的发酵的时间非线性，且包含至少一红茶样品未经发酵。

17、优选地，s3中，将若干所述红茶样品分别置于容器中，将若干嗅觉传感器分别放置在每个红茶样品上方反应t时间，且每间隔t时间以相机记录嗅觉传感器的图像。

18、优选地，s4中，以图像处理软件对记录的图像提取rgb值，并记录每相邻的两张图片的对应色敏材料的rgb值之差，对应s2中的最佳发酵时间与所述rgb值之差，并匹配图像信息，构建网络模型并训练直至稳定。

19、一种所述的基于嗅觉可视化的红茶发酵程度快速检测方法的应用，应用于快速检测红茶的发酵程度。

20、本发明涉及一种基于嗅觉可视化的红茶发酵程度快速检测方法及其应用，制备可视化的嗅觉传感器，采集并处理红茶样品，获得最佳发酵时间；以处理后的红茶样品与嗅觉传感器反应，获取反应前后嗅觉传感器处的图像，处理图像，以处理后的图像及样品数据训练构建的网络模型直至稳定；以训练后的网络模型检测待测红茶的发酵程度；应用于快速检测红茶的发酵程度。

21、本发明的有益效果在于，嗅觉传感器模拟人类或其他哺乳动物的嗅觉或味觉系统，由多种敏感指示剂组成阵列，具有极强的识别能力，灵敏度高，其基板具有很好的扩散性以及稳定性，能够极大减少温度和湿度的影响，保证传感器的稳定性及检测的敏感性；制作步骤简单，成本较低；对采集到的图像使用特定的软件进行rgb颜色信息作差分析，采用机器学习算法建立合适的模型以达到对红茶发酵程度的快速无损检测，以解决现有的发酵程度判别复杂以及过度主观性等问题。

技术特征：

1.一种基于嗅觉可视化的红茶发酵程度快速检测方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于嗅觉可视化的红茶发酵程度快速检测方法，其特征在于：制备可视化的嗅觉传感器包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种基于嗅觉可视化的红茶发酵程度快速检测方法，其特征在于：所述色敏材料包括2,3,7,8,12,13,17,18-八乙基-21h,23h-卟吩锰(iii)氯化物、5,10,15,20-四(五氟苯基)卟啉氯化铁、八乙基卟吩镍、内消旋-四苯基卟啉、卟啉、5,10,15,20-四苯基-21h,23h-卟吩铜(ii)、四苯基卟啉镍、5,10,15,20-四(4-甲氧苯基)卟啉、四对甲氧苯基卟啉钴(ii)、氯化5,10,15,20-四苯基-21h,23h-卟啉镁、四对甲氧苯基卟啉铁、四苯基卟啉锌(ii)、间-四(4-吡啶基)卟吩、间-四苯基卟啉氯化铁(iii)、5,10,15,20-四(4-羧基苯基)卟吩四甲酯、5,10,15,20-四(2,4,6-三甲苯基)卟啉。

4.根据权利要求2所述的一种基于嗅觉可视化的红茶发酵程度快速检测方法，其特征在于：s1.3中，将所有的所述色敏材料各取2mg，并分别溶于1ml二氯甲烷中，获得待用色敏材料溶液，超声处理30min并置于黑暗处保存；以0.1ul毛细管将溶液逐一点样到基板上，放置干燥，获得显色剂阵列。

5.根据权利要求2所述的一种基于嗅觉可视化的红茶发酵程度快速检测方法，其特征在于：取每种色敏材料的理论显色结果图，将显色结果按照rgb的数值划分偏向色，布设显色剂阵列时，将偏向色相同的色敏材料间隔设置或设置预设的距离。

6.根据权利要求1所述的一种基于嗅觉可视化的红茶发酵程度快速检测方法，其特征在于：s2中，采集若干红茶样品，对所述红茶样品通过hplc进行非挥发性物质成分的定性定量分析，判断每个红茶样品的氧化程度，确定最佳发酵时间。

7.根据权利要求6所述的一种基于嗅觉可视化的红茶发酵程度快速检测方法，其特征在于：s2中，所述红茶样品的发酵的时间非线性，且包含至少一红茶样品未经发酵。

8.根据权利要求1所述的一种基于嗅觉可视化的红茶发酵程度快速检测方法，其特征在于：s3中，将若干所述红茶样品分别置于容器中，将若干嗅觉传感器分别放置在每个红茶样品上方反应t时间，且每间隔t时间以相机记录嗅觉传感器的图像。

9.根据权利要求1所述的一种基于嗅觉可视化的红茶发酵程度快速检测方法，其特征在于：s4中，以图像处理软件对记录的图像提取rgb值，并记录每相邻的两张图片的对应色敏材料的rgb值之差，对应s2中的最佳发酵时间与所述rgb值之差，并匹配图像信息，构建网络模型并训练直至稳定。

10.一种权利要求1~9之一所述的基于嗅觉可视化的红茶发酵程度快速检测方法的应用，其特征在于：应用于快速检测红茶的发酵程度。

技术总结
本发明涉及基于嗅觉可视化的红茶发酵程度快速检测方法及其应用，制备可视化嗅觉传感器，采集并处理红茶样品，获得最佳发酵时间；以处理后的红茶样品与嗅觉传感器反应，获取反应前后嗅觉传感器处的图像，以处理后的图像及样品数据训练构建的模型至稳定；以训练后的模型检测待测红茶的发酵程度；应用于快速检测红茶的发酵程度。本发明的嗅觉传感器模拟人类或其他哺乳动物的嗅觉或味觉系统，具有极强的识别能力，灵敏度高，基板具有很好的扩散性及稳定性，能极大减少温度和湿度影响，保证传感器稳定性及检测敏感性；制作步骤简单，成本低；对采集到的图像作差分析，以模型达到对红茶发酵程度的快速无损检测，解决发酵程度判别复杂及过度主观等问题。

技术研发人员：朱宏凯,昝杰钟,江用文,袁海波,朱佳依,杨艳芹
受保护的技术使用者：中国农业科学院茶叶研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17