一种基于比色胶囊图像识别的茶叶氨基酸含量测定方法技术

本发明专利技术公开了一种基于比色胶囊图像识别的茶叶氨基酸含量测定方法，属于食品检测领域。所述方法包括：(1)配制显色反应试剂磷酸缓冲液和茚三酮溶液，分别冷冻固化成若干份固定量的单元块，制得胶囊1和胶囊2；(2)茶叶样品为热水提取液；(3)融化胶囊1和胶囊2，与茶叶提取液反应得到样品显色液；(4)拍照采集样品显色图像，提取图像RGB数据；(5)将图像数据输入标准浓度模型中，运行输出氨基酸预测浓度值；所述标准浓度模型以谷氨酸为氨基酸标准液，建立的浓度

【技术实现步骤摘要】
一种基于比色胶囊图像识别的茶叶氨基酸含量测定方法


[0001]本专利技术属于食品检测领域，涉及一种基于比色胶囊图像识别快速检测茶叶中氨基酸含量的方法。

技术介绍

[0002]茶叶作为一种健康饮品，在日常生活中的饮用和消费已经越来越普遍。然而，由于茶叶类目繁多，市场上茶叶商品鱼龙混杂，给消费者的日常选购带来很大的困难。
[0003]茶叶品质判断以人工审评为主，但是一般消费者无法达到专业审评的水准。实验室多以检测理化成分来分析茶叶内在品质，然而实验室检测存在仪器体积大，操作复杂等问题，难以在日常生活中普及。
[0004]氨基酸是茶叶中的主要化学成分之一，与茶叶的香气、滋味关系密切，对茶叶品质的形成有重要作用。目前国家标准方法(GBT 8314-2013茶游离氨基酸总量的测定)记载的测定茶叶中游离氨基酸为：采用茚三酮比色，用紫外分光光度计测定得到吸光度，参照标准曲线，计算得到氨基酸含量值。其原理为α-氨基酸在pH 8.0的条件下与茚三酮共热，形成紫色络合物，用分光光度法在特定波长下测定其含量。
[0005]上述方法需要的检测仪器紫外分光光度计为实验室设备，体积较大，成本较高，且需要经过仪器操作培训，不适合在日常使用。每次实验前需要提前配置缓冲液和显色剂，操作繁琐。每次检测时，需要配置标准溶液，建立标准曲线。单次检测样品数量有限，无法进行批量检测。仪器检测获得的吸光度数据，需要进一步计算获得氨基酸含量。
[0006]因此，有必要对现有方法进行改进，简化检测步骤，实现快速、准确测定茶叶中游离氨基酸含量的目的。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种能够快速、准确测定茶叶游离氨基酸含量的方法，以解决现有方法存在的操作复杂，无法批量检测，结果需要进一步计算，检测设备体积大，检测成本高，日常生活中难以普及的问题。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0009]一种基于比色胶囊图像识别的茶叶氨基酸含量测定方法，包括以下步骤：
[0010](1)配制显色反应试剂磷酸缓冲液和茚三酮溶液，分别冷冻固化成若干份固定量的单元块，固化的缓冲液单元块称为胶囊1，固化的茚三酮溶液单元块称为胶囊2，单独冷冻保存备用；
[0011](2)将待测茶叶样品加入沸水中浸提，制得样品待测液；
[0012](3)融化胶囊1和胶囊2，加入到比色测量杯中与样品待测液进行显色反应，定容得到样品显色液；
[0013](4)拍照采集比色测量杯中样品显色图像，利用Python软件提取样品图像的RGB值，得到样品图像数据；
[0014](5)将图像数据输入标准浓度模型中，运行输出待测样品的氨基酸预测浓度值；
[0015]所述标准浓度模型的构建方法，包括以下步骤：
[0016]a、以谷氨酸或者茶氨酸配制一系列浓度的标准液；
[0017]b、按照步骤(3)-(4)的方法，获得标准液图像数据集；
[0018]c、将标准液图像数据集划分成训练集和测试集；
[0019]d、将训练集和测试集以及对应的浓度分别输入学习模型中进行训练，建立所述标准浓度模型。
[0020]所述茶叶可以为市面上的各种茶叶，如绿茶、红茶、抹茶等。
[0021]本专利技术基于茶叶中游离氨基酸与茚三酮发生显色反应，通过采集显色反应液的图像信息，构建图像信息与浓度呈相关性的数学模型。应用时，通过向数学模型输入待测茶叶样品显色反应液的图像数据，即可得出预测浓度值。
[0022]步骤(1)中，将显色反应试剂制备成每份固定量的胶囊，冷冻保存备用，节约了每次配置反应试剂的步骤。检测时一个样品消耗一个胶囊1和一个胶囊2，混合加热即可产生显色反应，简化实验步骤。
[0023]进一步地，步骤(1)中，分别将pH8.0的磷酸缓冲液与显色剂2％茚三酮溶液置于-20℃下冷冻成0.5mL为一个体积单元的单元块，分别称作胶囊1和胶囊2。
[0024]步骤(2)中，样品待测液的制备参照GBT 8314-2013茶游离氨基酸总量的测定。
[0025]进一步地，步骤(3)中，将融化的缓冲液胶囊1加入比色测量杯中，再加入1mL样品待测液，混匀后加入融化的显色剂胶囊2，在沸水浴中加热15-20分钟，冷却后定容，得到样品检测显色液。
[0026]所述比色测量杯具有定容刻度线，显色反应后加纯净水定容，保证实验一致性。
[0027]进一步地，步骤(4)中，在相同环境和参数条件下采集不同样品的显色图像，保证采集图像的参数一致。本专利技术不限制图像采集设备及环境。
[0028]进一步地，步骤(4)中，以氨基酸浓度为0mg/mL的标准液显色图像对样品显色图像进行空白校正。以氨基酸浓度为0mg/mL的标准液显色图像作为对照，对所有图像进行空白校正。目的是使图像显色清晰，保证图像采集的一致性。
[0029]进一步地，步骤(4)中，利用灰度公式将RGB转换为灰度数据。
[0030]进一步地，步骤(5)中，将模型输出的预测浓度代入如下公式换算得出单位体积样品中氨基酸预测含量，
[0031]X＝预测浓度*V/m/(1-含水率)/1000*100％
[0032]其中：X-氨基酸预测含量；V-待测溶液定容体积，单位为mL；m-茶样称取的质量，单位为g；含水率一般默认为5％，也可以改为已知的含水率数值。
[0033]建标准浓度模型时，以谷氨酸或者茶氨酸为氨基酸标准液，参照GBT8314-2013配制0-0.50mg/mL，间隔为0.05mg/mL的一系列标准液。以上述相同的方法进行显色反应、采集显色图像、提取RGB，然后对一系列标准浓度图像数据建立模型，形成标准浓度RGB库。
[0034]进一步地，步骤b中，每个浓度的图像样本量≥75个。
[0035]本专利技术构建的模型中，数据集按照9:1划分为训练集和测试集，将图像数据输入最近邻算法模型、随机森林模型、贝叶斯模型，用Staking算法对三种模型建立集成学习模型，再使用逻辑回归分类器进行二次分类，获得标准浓度模型。得到训练集准确率为98.8，测试
集浓度分类结果准确率为0.88。但本专利技术不限于此。
[0036]本专利技术具备的有益效果：
[0037](1)本专利技术通过一种新的快速固化试剂方法通过胶囊制备保存实验试剂，节约了每次配制反应试剂的步骤。
[0038](2)本专利技术建立了标准浓度与图像对应的模型，通过图像识别预测氨基酸含量，应用时，样品图像信息导入到模型中，可以直接输出氨基酸含量，省去了每次检测重新制作标准曲线的步骤，在保证准确率的同时可以加快检测速度。
[0039](3)本专利技术方法不限制图像采集设备，降低了仪器成本，操作人员无需仪器培训。
[0040](4)本专利技术方法不限制图像采集环境，突破了环境的限制，可以实现随时随地检测的目的。
[0041](5)本专利技术方法可以在设备运行容量范围内，同时、快速地进行批量检测。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于比色胶囊图像识别的茶叶氨基酸含量测定方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)配制显色反应试剂磷酸缓冲液和茚三酮溶液，分别冷冻固化成若干份固定量的单元块，固化的缓冲液单元块称为胶囊1，固化的茚三酮溶液单元块称为胶囊2，单独冷冻保存备用；(2)将待测茶叶样品加入沸水中浸提，制得样品待测液；(3)融化胶囊1和胶囊2，加入到比色测量杯中与样品待测液进行显色反应，定容得到样品显色液；(4)拍照采集比色测量杯中样品显色图像，利用Python软件提取样品图像的RGB值，得到样品图像数据；(5)将图像数据输入标准浓度模型中，运行输出待测样品的氨基酸预测浓度值；所述标准浓度模型的构建方法，包括以下步骤：a、以谷氨酸或者茶氨酸配制一系列浓度的标准液；b、按照步骤(3)-(4)的方法，获得标准液图像数据集；c、将标准液图像数据集划分成训练集和测试集；d、将训练集和测试集以及对应的浓度分别输入学习模型中进行训练，建立所述标准浓度模型。2.如权利要求1所述的基于比色胶囊图像识别的茶叶氨基酸含量测定方法，其特征在于，步骤(1)中，分别将pH8.0的磷酸缓冲液与显色剂2％茚三酮溶液冷冻成0.5mL为一个体积单元的胶囊。3.如权利要求2所述的基于比色胶囊图像识别的茶叶氨基酸含量测定方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：王校常，黄旦益，范冬梅，陆娅婷，王羽，邱勤丽，王银茂，赵珠蒙，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：