一种茶叶水浸出物检测方法和系统与流程

1.本公开涉及茶叶检测领域，具体涉及一种茶叶水浸出物检测方法和系统。


背景技术：

2.茶叶水浸出物的含量关系着茶叶质量评估，现有技术中的水浸出物包括全量法、差量法和杯茶法，全量法是将浸出完全的茶汤中的可溶性物质过滤、蒸发后干燥得到的物质进行称量得到的茶叶水浸出物，差量法是指将茶叶充分浸泡后得到的水不溶物，求取浸泡前后的差值即为水浸出物，如“gbt8305-2013茶水浸出物测定”采用的就是全量法；杯茶法主要用于感官评审，较少直接用于茶叶的水浸出物的测定。然而，水浸出物的客观评估均需要较长时间的浸泡，影响茶叶水浸出物的检测效率。
3.现有技术中也出现了采用粉碎茶样、超声或微波方式替代传统水浴法来用于加快浸提效率，然而，简单的采用上述方法在不同程度上会破坏茶叶原本的水不溶性物质的结构，使得水浸出物大于实际饮用时的浸泡标准，已经不适合用于水浸出物的检测。实际上，水浸出物的程度与超声的功率和超声作用于茶样的时间有关，可以通过控制超声作用于茶样的时间和功率实现浸提效率提升，也能符合茶叶水浸出物的提取标准，然而，在如何实现自动化的超声控制方面成为水浸出物检测的难题。


技术实现要素：

4.本公开提供一种茶叶水浸出物检测方法和系统，实现通过检测茶叶香气物质含量实现对加热温度、超声功率和进水量的自动控制，进而实现茶叶水浸出物检测的自动化和快速化。本公开提供以下技术方案来解决上述技术问题：作为本公开实施例的一个方面，提供一种茶叶水浸出物检测方法，包括如下步骤：获取待检测茶叶浸出过程中的茶叶香气物质含量；根据茶叶香气物质含量控制所述茶叶浸出条件的变化，所述茶叶浸出条件的变化包括加热温度变化、超声功率变化和进水量变化；在完成茶叶浸出完全后，提取浸出物并计算水浸出物含量。
5.较佳地，获取待检测茶叶浸出过程中的茶叶香气物质含量包括如下步骤：利用气敏传感器阵列采集茶叶香气成分；根据采集到的气敏传感器阵列的图像提取rgb特征值；将所述rgb特征值与预先标定的气敏传感器阵列图谱进行匹配得到匹配的茶叶香气物质含量；所述茶叶香气物质包括醇类、醛类、脂类或酮类物质中的一种或多种。
6.较佳地，预先标定的气敏传感器阵列图谱包括如下步骤：对茶叶浸出过程不同时间的茶叶香气进行监测；采用颜色可视化的气敏传感器进行检测得到检测图像，将同一时间的茶叶香气收集后采用气质联用仪结合off-flavor气味分析数据库对茶叶中的香气成分进行测定；多次重复上述步骤得到多个检测图像与其测定的香气成分，将多个检测图像与其测定的香气成
分作为气敏传感器阵列图谱。
7.较佳地，根据茶叶香气物质含量控制所述茶叶浸出条件的变化还包括如下步骤：根据茶叶香气物质含量判断待检测茶叶浸出状态，所述茶叶浸出状态至少包括如下状态中的一种或多种：浸出过程中、浸出未充分和浸出充分；根据茶叶浸出状态控制超声功率、加热温度和进水量。
8.较佳地，根据茶叶浸出状态控制超声功率、加热温度和进水量具体包括如下步骤：待检测茶叶浸出状态为浸出过程中，则根据浸出时间控制超声功率、加热温度，并持续保持进水量。
9.较佳地，根据茶叶浸出状态控制超声功率、加热温度和进水量具体包括如下步骤：待检测茶叶浸出状态为浸出未充分，则控制停止超声、保持加热温度，并持续保持进水量。
10.较佳地，根据茶叶浸出状态控制超声功率、加热温度和进水量具体包括如下步骤：待检测茶叶浸出状态为浸出充分，则停止加热和停止进水。
11.较佳地，根据浸出时间控制超声功率、加热温度具体包括如下步骤：获取浸出开始时间确定浸出时间；根据浸出时间调整超声功率：如果浸出时间处于前期，则控制超声功率处于高功率状态；如果浸出时间处于中期，则调整超声功率处于中功率状态；如果浸出时间处于后期，则控制超声功率处于低功率状态，所述前期、中期和后期是由已经预先测量过的茶叶水浸出物浓度增加快慢决定的，如果水浸出浓度处于快速增加阶段对应的浸出时间则为前期，如果水浸出浓度处于缓慢增加阶段对应的浸出时间则为中期，如果水浸出浓度处于很少增加阶段对应的浸出时间则为后期；所述超声功率范围为50w-350w，定义高功率状态的功率范围为大于250w且小于等于350w，定义中功率状态的功率范围为大于150w且小于等于250w，定义低功率状态的功率范围为大于等于50w且小于等于150w；根据浸出时间调整加热温度：如果浸出时间处于前期且温度低于设定的标准浸出温度，则控制加热温度增高到标准浸出温度；如果浸出时间处于中期或后期，则控制加热温度增高到标准浸出温度或者保持在标准浸出温度，所述标准浸出温度为65-80℃。
12.作为本公开实施例的另一个方面，提供一种茶叶水浸出物检测系统，包括：可控温水浴锅，用于将待检测茶叶进行浸出，并具有可控进水量的进水口；超声波发生器，包括置于所述可控温水浴锅内的超声波输出头；茶叶香气物质含量测定模块，包括气敏传感器阵列和图像采集器，所述气敏传感器阵列置于所述可控温水浴锅出气口，并获取所述待检测茶叶浸出过程中的茶叶香气，所述图像采集器用于定时拍摄所述气敏传感器阵列的图像；控制模块，用于根据茶叶香气物质含量控制所述可控温水浴锅的加热温度和进水量以及超声波发生器的超声功率。
13.较佳地，所述控制模块还用于：根据采集到的气敏传感器阵列的图像提取rgb特征值；将所述rgb特征值与预先标定的气敏传感器阵列图谱进行匹配得到匹配的茶叶香气物质含量；所述茶叶香气物质包括醇类、醛类、脂类或酮类物质中的一种或多种；和/或，
根据茶叶香气物质含量判断待检测茶叶浸出状态，所述茶叶浸出状态至少包括如下状态中的一种或多种：浸出过程中、浸出未充分和浸出充分；根据茶叶浸出状态控制超声功率、加热温度和进水量。
14.本公开的有益效果是：通过检测茶叶香气物质含量实现对加热温度、超声功率和进水量的自动控制，进而实现茶叶水浸出物检测的自动化和快速化。进一步地，随着茶叶浸提变化，茶叶香气物质含量会随着变化，在水浸出物充分浸出时，其香气变化已经能够反映水浸出物的浸出程度时，即停止容易使得水浸出物“超标”情况的出现，能够实现通过控制超声作用于茶样的时间和功率实现浸提效率提升，也能符合茶叶水浸出物的提取标准。另外，采用颜色可视化的气敏传感器进行检测得到检测图像，能够实现在线对香气物质的检测，提高了检测效率，根据茶叶香气物质含量对茶叶浸出状态的超声功率进行控制，使得本公开的茶叶水浸出物检测符合标准要求，符合茶叶检测的快速化和可操作性的需求。
15.附图说明
16.图1为茶叶水浸出物检测方法流程图；图2为获取待检测茶叶浸出过程中的茶叶香气物质含量步骤流程图；图3为预先标定的气敏传感器阵列图谱步骤流程图；图4为根据茶叶香气物质含量控制所述茶叶浸出条件的变化步骤流程图；图5为茶叶水浸出物检测系统示意图。
17.具体实施方式
18.以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
19.在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
20.本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中术语“至少一种”表示多种中的任意一种或多种中的至少两种的任意组合，例如，包括a、b、c中的至少一种，可以表示包括从a、b和c构成的集合中选择的任意一个或多个元素。
21.另外，为了更好地说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。
22.可以理解，本公开提及的上述各个方法实施例，在不违背原理逻辑的情况下，均可以彼此相互结合形成结合后的实施例，限于篇幅，本公开不再赘述。
23.实施例1作为本公开实施例的一个方面，提供一种茶叶水浸出物检测方法，包括如下步骤：s10、获取待检测茶叶浸出过程中的茶叶香气物质含量；
s20、根据茶叶香气物质含量控制所述茶叶浸出条件的变化，所述茶叶浸出条件的变化包括加热温度变化、超声功率变化和进水量变化；s30、在完成茶叶浸出完全后，提取浸出物并计算水浸出物含量。
24.基于上述步骤，本公开实施例能够实现通过检测茶叶香气物质含量实现对加热温度、超声功率和进水量的自动控制，进而实现茶叶水浸出物检测的自动化和快速化。
25.下面分别对本公开实施例的各步骤进行详细说明。
26.s10、获取待检测茶叶浸出过程中的茶叶香气物质含量；本实施例中，如图2所示，获取待检测茶叶浸出过程中的茶叶香气物质含量包括如下步骤：s101、利用气敏传感器阵列采集茶叶香气成分；其中，所述气敏传感器可采用对茶叶香气成分比较敏感的卟啉、卟啉衍生物和甲基红、溴甲酚绿、溴酚蓝ph指示剂作为气敏传感器的敏感材料，采用疏水性的物质作为基底。
27.s102、根据采集到的气敏传感器阵列的图像提取rgb特征值；其中，可在固定时间内与香气进行充分接触变色后即获取气敏传感器阵列的图像，可采用工业相机进行在线拍摄，在拍摄前先将水浴锅内的茶叶蒸汽进行封闭，使得拍摄环境中的水汽不会影响到拍摄质量时进行拍摄。将拍摄到的气敏传感器阵列的图像提取气敏传感器阵列上的rgb特征值。
28.s103、将所述rgb特征值与预先标定的气敏传感器阵列图谱进行匹配得到匹配的茶叶香气物质含量；所述茶叶香气物质包括醇类、醛类、脂类或酮类物质中的一种或多种。
29.本实施例中，如图3所示，预先标定的气敏传感器阵列图谱包括如下步骤：s1031、对茶叶浸出过程不同时间的茶叶香气进行监测；s1032、采用颜色可视化的气敏传感器进行检测得到检测图像，将同一时间的茶叶香气收集后采用气质联用仪结合off-flavor气味分析数据库对茶叶中的香气成分进行测定；其中，气质联用仪使用岛津的gcms-tq8050 nx三重四极杆气质联用仪结合off-flavor气味分析数据库对茶叶中的香气成分进行测定，对茶叶中的香气物质进行定性和半定量分析。
30.s1033、多次重复上述步骤s1032得到多个检测图像与其测定的香气成分，将多个检测图像与其测定的香气成分作为气敏传感器阵列图谱。这样获得的检测图像能够与测定的香气物质成分和组成有了更密切的对应关系，使得在线测得的图像rgb特征能够与实际的香气物质成分和组成相对应。采用颜色可视化的气敏传感器进行检测得到检测图像，能够实现在线对香气物质的检测，提高了检测效率，根据茶叶香气物质含量对茶叶浸出状态的超声功率进行控制，使得本公开的茶叶水浸出物检测符合标准要求，符合茶叶检测的快速化和可操作性的需求。
31.s20、根据茶叶香气物质含量控制所述茶叶浸出条件的变化，所述茶叶浸出条件的变化包括加热温度变化、超声功率变化和进水量变化。
32.本实施例中，如图4所示，根据茶叶香气物质含量控制所述茶叶浸出条件的变化还包括如下步骤：s201、根据茶叶香气物质含量判断待检测茶叶浸出状态，所述茶叶浸出状态至少包括如下状态中的一种或多种：浸出过程中、浸出未充分和浸出充分；
s202、根据茶叶浸出状态控制超声功率、加热温度和进水量。
33.随着茶叶浸提变化，茶叶香气物质含量会随着变化，在水浸出物充分浸出时，其香气变化已经能够反映水浸出物的浸出程度时，即停止容易使得水浸出物“超标”情况的出现，能够实现通过控制超声作用于茶样的时间和功率实现浸提效率提升，也能符合茶叶水浸出物的提取标准。
34.本实施例中，根据茶叶浸出状态控制超声功率、加热温度和进水量具体包括如下步骤：待检测茶叶浸出状态为浸出过程中，则根据浸出时间控制超声功率、加热温度，并持续保持进水量。此时，茶叶还处于水溶性物质浸出的初始期，可以通过控制提升超声功率和加热温度增加来提升浸出速度，而且进水量应当保持以便在水损失时增加，也便于水浸出物的浸出更为顺利。
35.本实施例中，根据茶叶浸出状态控制超声功率、加热温度和进水量具体包括如下步骤：待检测茶叶浸出状态为浸出未充分，则控制停止超声、保持加热温度，并持续保持进水量。此时，茶叶处于水浸出物溶解的加速阶段，可以通过停止超声产生水不溶性物质的变化而使得水浸出物不必要的增加，但是需要保持加热温度，而且需要继续保持进水量以便水浸出物的顺利浸出。
36.本实施例中，根据茶叶浸出状态控制超声功率、加热温度和进水量具体包括如下步骤：待检测茶叶浸出状态为浸出充分，则停止加热和停止进水。此时，水溶性物质已经充分溶解，不需要再加热和进水。
37.本实施例中，根据浸出时间控制超声功率、加热温度具体包括如下步骤：获取浸出开始时间确定浸出时间；根据浸出时间调整超声功率：如果浸出时间处于前期，则控制超声功率处于高功率状态；如果浸出时间处于中期，则调整超声功率处于中功率状态；如果浸出时间处于后期，则控制超声功率处于低功率状态；例如，所述高功率状态可为300w，中功率状态可为200w，而低功率状态可为100w;浸出时间处于前期、中期或者后期是由水浸出物的浸出过程来确定的，比如可通过在同样的超声、温度和加热温度下，分别取样测量不同时间里浸出物的变化，以咖啡碱为例，如果咖啡碱的浓度处于快速增加的时间阶段，那么这一时间阶段对应的浸出时间为前期，如果咖啡碱的浓度处于缓慢增加的时间阶段，那么对应的浸出时间为中期，而当咖啡碱的浓度处于很少变化的时间阶段，对应的浸出时间为后期。
38.根据浸出时间调整加热温度：如果浸出时间处于前期且温度低于设定的标准浸出温度，则控制加热温度增高到标准浸出温度；如果浸出时间处于中期或后期，则控制加热温度增高到标准浸出温度或者保持在标准浸出温度，所述标准浸出温度为65-80℃。本实施例中，取标准浸出温度为75℃。
39.s30、在完成茶叶浸出完全后，提取浸出物并计算水浸出物含量。
40.可采用“gbt8305-2013茶水浸出物测定”，对茶叶浸出完全后的浸出物进行过滤、冲洗、干燥后的茶渣，计算水浸出物含量。茶叶中水浸出物含量以干态质量分数 表示,按式下式计算：
式中: 试样质量,单位为克
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;为干燥后茶渣质量,单位为克 ; 为试样干物质含量(质量分数)。
41.如果符合重复性的要求, 取两次测定的算术平均值作为结果, 结果保留小数点后 1 位。
42.实施例2作为本公开实施例的另一个方面，如图5所示，提供一种茶叶水浸出物检测系统100，包括：可控温水浴锅1，用于将待检测茶叶进行浸出，并具有可控进水量的进水口；超声波发生器2，包括置于所述可控温水浴锅内的超声波输出头；茶叶香气物质含量测定模块3，包括气敏传感器阵列和图像采集器，所述气敏传感器阵列置于所述可控温水浴锅出气口，并获取所述待检测茶叶浸出过程中的茶叶香气，所述图像采集器用于定时拍摄所述气敏传感器阵列的图像；其中，所述气敏传感器可采用对茶叶香气成分比较敏感的卟啉、卟啉衍生物和甲基红、溴甲酚绿、溴酚蓝ph指示剂作为气敏传感器的敏感材料，采用疏水性的物质作为基底。
43.其中，根据采集到的气敏传感器阵列的图像提取rgb特征值；其中，可在固定时间内与香气进行充分接触变色后即获取气敏传感器阵列的图像，可采用工业相机进行在线拍摄，在拍摄前先将水浴锅内的茶叶蒸汽进行封闭，使得拍摄环境中的水汽不会影响到拍摄质量时进行拍摄。将拍摄到的气敏传感器阵列的图像提取气敏传感器阵列上的rgb特征值。
44.将所述rgb特征值与预先标定的气敏传感器阵列图谱进行匹配得到匹配的茶叶香气物质含量；所述茶叶香气物质包括醇类、醛类、脂类或酮类物质中的一种或多种。
45.本实施例中，预先标定的气敏传感器阵列图谱包括：对茶叶浸出过程不同时间的茶叶香气进行监测；采用颜色可视化的气敏传感器进行检测得到检测图像，将同一时间的茶叶香气收集后采用气质联用仪结合off-flavor气味分析数据库对茶叶中的香气成分进行测定；其中，气质联用仪使用岛津的gcms-tq8050 nx三重四极杆气质联用仪结合off-flavor气味分析数据库对茶叶中的香气成分进行测定，对茶叶中的香气物质进行定性和半定量分析。得到多个检测图像与其测定的香气成分，将多个检测图像与其测定的香气成分作为气敏传感器阵列图谱。这样获得的检测图像能够与测定的香气物质成分和组成有了更密切的对应关系，使得在线测得的图像rgb特征能够与实际的香气物质成分和组成相对应。采用颜色可视化的气敏传感器进行检测得到检测图像，能够实现在线对香气物质的检测，提高了检测效率，根据茶叶香气物质含量对茶叶浸出状态的超声功率进行控制，使得本公开的茶叶水浸出物检测符合标准要求，符合茶叶检测的快速化和可操作性的需求。
46.控制模块4，用于根据茶叶香气物质含量控制所述可控温水浴锅的加热温度和进水量以及超声波发生器的超声功率。
47.本实施例中，所述控制模块4还用于：根据采集到的气敏传感器阵列的图像提取rgb特征值；将所述rgb特征值与预先标定的气敏传感器阵列图谱进行匹配得到匹配的茶叶香气物质含量；所述茶叶香气物质包括醇类、醛类、脂类或酮类物质中的一种或多种；
在一些实施例中，根据茶叶香气物质含量判断待检测茶叶浸出状态，所述茶叶浸出状态至少包括如下状态中的一种或多种：浸出过程中、浸出未充分和浸出充分；本实施例中，待检测茶叶浸出状态为浸出过程中，则根据浸出时间控制超声功率、加热温度，并持续保持进水量。此时，茶叶还处于水溶性物质浸出的初始期，可以通过控制提升超声功率和加热温度增加来提升浸出速度，而且进水量应当保持以便在水损失时增加，也便于水浸出物的浸出更为顺利。
48.待检测茶叶浸出状态为浸出未充分，则控制停止超声、保持加热温度，并持续保持进水量。此时，茶叶处于水浸出物溶解的加速阶段，可以通过停止超声产生水不溶性物质的变化而使得水浸出物不必要的增加，但是需要保持加热温度，而且需要继续保持进水量以便水浸出物的顺利浸出。
49.待检测茶叶浸出状态为浸出充分，则停止加热和停止进水。此时，水溶性物质已经充分溶解，不需要再加热和进水。
50.本实施例中，所述控制模块4还用于：获取浸出开始时间确定浸出时间；根据浸出时间调整超声功率：如果浸出时间处于前期，则控制超声功率处于高功率状态；如果浸出时间处于中期，则调整超声功率处于中功率状态；如果浸出时间处于后期，则控制超声功率处于低功率状态；例如，所述高功率状态可为300w，中功率状态可为200w，而低功率状态可为100w。
51.根据浸出时间调整加热温度：如果浸出时间处于前期且温度低于设定的标准浸出温度，则控制加热温度增高到标准浸出温度；如果浸出时间处于中期或后期，则控制加热温度增高到标准浸出温度或者保持在标准浸出温度，所述标准浸出温度为65-80℃。本实施例中，取标准浸出温度为75℃。
52.尽管已经示出和描述了本公开的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本公开的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本公开的范围由所附权利要求及其等同物限定。