近日，茶葉所加工團(tuán)隊在Food Research International （中科院一區(qū)TOP，IF5=7.4） 上發(fā)表題為“Determination of Quality Differences and Origin Tracing of Green Tea from Different Latitudes based on TG-FTIR and Machine Learning”的研究論文。該研究聚焦茶葉產(chǎn)地溯源難題，基于熱重 - 紅外聯(lián)用技術(shù)（TG - FTIR）與機(jī)器學(xué)習(xí)智能算法，為高緯度日照綠茶產(chǎn)區(qū)的真?zhèn)舞b別帶來新突破。
日照綠茶，中國高緯度優(yōu)質(zhì)綠茶代表，也是中國地理標(biāo)志產(chǎn)品。隨著品牌影響力不斷擴(kuò)大，外地綠茶假冒日照綠茶現(xiàn)象頻發(fā)，損害其品質(zhì)價值和品牌美譽度，產(chǎn)地溯源與品牌保護(hù)面臨重大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)產(chǎn)地溯源方法面臨諸多難題，如同位素、礦物元素圖譜、代謝組學(xué)等成本高、程序復(fù)雜、穩(wěn)定性差等問題，阻礙了溯源技術(shù)的廣泛應(yīng)用。
本研究針對日照綠茶和其他低緯度茶區(qū)綠茶，首次利用熱重-紅外聯(lián)用技術(shù)（TG-FTIR）結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)方法對中國不同緯度產(chǎn)區(qū)綠茶的熱解特性進(jìn)行了全方面解析。通過工業(yè)分析和元素分析，對理化性質(zhì)進(jìn)行了表征。在TG-FTIR分析儀上進(jìn)行了三種加熱速率（β：10、20、30℃/min）的熱解試驗，表征了熱解過程中產(chǎn)生煙霧的紅外光譜圖（3D+2D）的官能團(tuán)，對不同緯度茶葉的熱解特性進(jìn)行了差異性分析。采用三種無模型方法（Kissinger、Ozawa和Starink法）計算了動力學(xué)參數(shù)：活化能Ea、指前因子A；熱力學(xué)參數(shù)：焓變?H、吉布斯自由能?G和熵變?S，詳細(xì)闡述了不同緯度熱解動力學(xué)參數(shù)間的差異。采用主成分分析（PCA）對不同緯度茶樣的Ea值進(jìn)行了聚類分析，結(jié)果呈現(xiàn)明顯的聚類趨勢。基于不同緯度茶樣的緯度、年平均溫度、平均海拔值和茶多酚含量。分別繪制了各地區(qū)的緯度、年平均溫度、平均海拔和對各地區(qū)動力學(xué)參數(shù)和熱力學(xué)參數(shù)的相關(guān)性熱圖，探究了這些因素對各地區(qū)動力學(xué)參數(shù)和熱力學(xué)參數(shù)之間的直接關(guān)系。最后建立了熱解動力學(xué)參數(shù)（Ea、?H、?G和?S）的線性（PLSR）和非線性（RF、SVR）回歸預(yù)測模型，將α、不同α對應(yīng)的溫度T和升溫速率β三個參數(shù)作為模型的輸入，比較了5種預(yù)處理方法，發(fā)現(xiàn)基于S-G預(yù)處理的RF模型精度均最高，可以在不依賴傳統(tǒng)公式計算的情況下對茶葉的熱解動力學(xué)參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測，為快速獲取生物質(zhì)熱解動力學(xué)參數(shù)提供了一種智能化方法。研究首次利用TG-FTIR技術(shù)對不同緯度的茶葉進(jìn)行深入分析，全面分析了中國不同緯度地區(qū)茶樣熱解過程的差異，尤其為日照綠茶的產(chǎn)地溯源提供了高效、可靠的新途徑和新思路。
茶葉所為第一完成單位和通訊單位，董春旺研究員、陸敏博士為論文通訊作者，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)聯(lián)培碩士生郭夢奇為論文第一作者。該研究得到山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院重點創(chuàng)新工程、濟(jì)南市農(nóng)業(yè)科技攻關(guān)等項目的支持。
文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.foodres.2025.115853
