浙江大学生物系统工程-短学期实验报告.docx

题目茶叶加工过程中叶片含水率的光谱特征及其无损快速检测机理实验报告 姓名与学号 蒋昊铮 3120100277 指导教师李晓丽年级与专业大四 生物系统工程 所在学院生物系统工程与食品科学学院实验报告课程名称：生物系统信息采集综合设计指导老师：李晓丽成绩：实验名称：茶叶加工过程中叶片含水率的光谱特征及其无损快速检测机理实验类型：实验及数据处理同组学生姓名：曾昱深王佳昀高源冯焯孙谷浩柳子易一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备及材料（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论与心得八、附录一、实验目的和要求茶叶含水率是影响茶叶加工品质的一项重要指标。目前茶叶含水率的准确测量都是采用烘干称质量法，这种方法测量时间长，至少需要1到2个小时。而且高温烘干过程破坏了茶叶的营养成分，导致了测试样本不能再食用，无法满足茶叶加工过程实时检测的需要。本实验为了实现茶叶加工过程中含水率的快速无损检测，采用近红外光谱仪。近红外光谱仪主要用于分子结构理论的研究。近红外区的光谱吸收带由有机物质中能量较高的化学键（主要是 CH、OH、NH）在中红外光谱区基频吸收的倍频、合频和差频吸收带叠加而成的。另外近红外光谱分析具有速度快、效率高、成本低、测试重现性好、测量方便等特点。二、实验内容和原理本实验利用近红外光谱仪获取茶叶的光谱信息，利用电子分析天平获取含水率变化情况，通过SVM(Support Vector Machine)等方法将光谱信息数据和含水率变化数据建立模型，从而实现茶叶加工过程中叶片含水率无损快速检测。近红外光谱仪的基本工作原理：波长在700nm–2500nm?的光谱为近红外光谱。它是一种既快速（十到二十秒钟）又简便（不需作样品前处理）的测试手段,?这种方法的特点是对样品作一步式组份（需测的浓度大于0.01%）分析而不需破坏样品。如果产品颜色是质量指标之一、您可选400nm-1,100nm?的图谱数据作鉴定。近红外光谱仪适用于对含有C-H,?N-H,?O-H?和S-H?化学键的化合物作组份分析。在700–2500nm的近红外波长范围内,含有上述化合键的物质（药品、烟草、食品、农作物、聚合物、石油化工产品等）会产生吸收。含水量测量方法：称取试样于已知质量的烘皿中，置于103°C士2°C干燥箱内（皿盖打开斜至皿边）。加热4小时，加盖取出，于干燥器内冷却至室温，称量。再置于干燥箱中加热1h，加盖取出，于干燥器内冷却,称量(准确至0.001g)。重复加热1h的操作，直至连续两次称量差不超过 0.005 g，即为恒重，以最小称量为准。数据可视化：这是对数据进行初步分析的方法。 SVM(Support Vector Machine)：这是一种支持向量机、适合高维数据的机器学习方法三、主要仪器设备及材料(1)主要仪器设备：近红外光谱仪，电子分析天平，烘箱（55摄氏度，103摄氏度）。(2)实验材料：茶叶样品来自浙江大学生物系统工程与食品科学学院院楼前茶树。50份单片样品，50份双片重叠样品，50份四片重叠样品，总共150份样品。四、操作方法和实验步骤采摘茶叶，做正式实验前预备工作：对于双片重叠的样品和四片重叠的样品，选出叶片大小相近的重叠起来；对单片茶叶标号从1-1到1-50；对双片树叶标为2-1到2-50并且有两片标号一样的茶叶，总共100片；对四片茶叶标为4-1到4-50并且有两片标号一样的茶叶，总共200片；单片茶叶分别5片放入一个信封，需要注意分散，总共10个信封；双片茶叶重叠放入信封，每两片一封，总共50个信封；双片茶叶重叠放入信封，每四片一封，总共50个信封。测量单片茶叶每片的初始质量以及光谱信息，双片茶叶一起的初始质量以及光谱信息，四片茶叶一起的初始质量以及光谱信息，得到第一组数据。第一次55摄氏度条件下烘20分钟，然后按照第二步开始测量得到第二组数据；第二次到第五次55摄氏度下烘10分钟按照第二步开始测量得到第三到六组数据。第六次103摄氏度下烘120分钟后冷却，按照第二步开始测量得到第七组数据。第七次烘干完全重复第四步，得到第八组数据。若第七八组数据相同，则不再重复；若不同，继续重复第五步。五、实验数据记录和处理由于我们的数据量较大，所以我们只呈现数据可视化后的结果。一片茶叶0min20mins30mins40mins50mins60mins999mins两片茶叶0min20mins30mins40mins50mins60mins999mins四片茶叶0min20mins30mins40mins50mins60mins999mins六、实验结果与分析我们采用 Python 的 matplotlib, numpy, pandas 和 skle