近红外光谱法快速检测甜菜糖度的模型优化

目的建立起近红外光谱技术关于甜菜糖度的最佳预测模型。方法研究了Savitzky-Golay平滑处理、Savitzky-Golay导数、均值中心化、差分求导、净分析信号、去趋势校正、标准正态变量变换和多元散射校正等8种预处理方法的多方法联用处理进行光谱数据的预处理,结合光谱波段优选,建立甜菜糖度与近红外光谱的预测模型。结果在进行模型的评价时,以误差均方根(SEP)、校正标准误差(SEC)与交叉检验误差(SECV)作为评价指标。结论发现经过光谱波段优选之后,结合Savitzky-Golay平滑、Savitzky-Golay导数、去趋势校正及均值中心化进行光谱数据的预处理得到的模型效果最佳。     

近红外光谱法检测婴幼儿营养米粉蛋白质含量

以160个婴幼儿营养米粉为样品,应用近红外光谱技术和偏最小二乘法建立了婴幼儿营养米粉中蛋白质含量的近红外模型。比较了2、3、4、5、6、7、8 mm不同装样厚度(即光程)下样品近红外光谱的稳定性,通过样品光谱在不同波数下的标准差选定了5 mm为最佳的装样厚度;比较了变量标准化、导数、多元散射校正和9点平滑预处理方法对模型建立的影响,根据模型的相关系数和均方根误差确定了最佳的预处理方法,为变量标准化、一阶导数和9点平滑,预处理后的光谱数据结合国标方法测定的蛋白质含量建立了婴幼儿营养米粉中蛋白质含量的近红外定量分析模型,定标集和验证集相关系数分别为0.9856、0.9841,均方根误差分别为0.2431%、0.2456%,对已建立的近红外光谱定量分析模型进行了外部样品验证,预测准确度达到96%,验证结果证明了近红外检测技术与国标方法一致性较好,速度快且不需要样品前处理,在婴幼儿营养米粉蛋白质含量分析中具有广泛的应用价值。     

近红外光谱法快速无损测定奶粉的脂肪含量

将11种奶粉原样配制及组成77个奶粉样本,以脂肪含量为检测指标,结合偏最小二乘法开展近红外光谱定量分析研究。2次异常光谱剔除,识别出异常样本(14,52,76)并予以剔除。74个奶粉样本进行平滑、导数和标准变量变换等6种光谱预处理,确定标准正态变量变换结合Norris一阶导为最佳光谱预处理方式,其交叉验证均方根误差为0.354 7,交叉验证相关系数平方达到0.990 8;最佳前处理光谱结合3种波段选择方法优化模型性能,与全光谱模型形成对比,确定随机蛙跳(random frog,RF)为最佳波段选择方式,其模型的训练集和测试集相关系数平方分别为0.997 2和0.997 0,训练集和测试集均方根误差分别为0.186 2和0.198 2。结果表明:采用蒙特卡罗异常光谱剔除(Monte-Carlo sampling,MCS),光谱预处理结合随机蛙跳波段优化技术可提高奶粉脂肪近红外定量模型的泛化性和预测能力。     

基于近红外光谱技术快速测定甘薯多糖含量

摘 要：目的 建立一种基于近红外光谱技术快速测定甘薯多糖的方法。方法 通过采集来自不同地区的74个甘薯及甘薯干的近红外光谱图,对异常样本进行剔除与回收后随机选择其中56种作为校正集,11种作为验证集。通过一阶导数、二阶导数、多元散射校正（multiplicative signal correction,MSC）、标准正态变量变换（standard normal variate,SNV）等组合预处理方式对原始光谱进行处理,比较多元线性回归（stepwise multiple linear regression,SMLR）、主成分回归（principal component regression,PCR）和偏最小二乘法（partial least squares,PLS）三种方法建立的模型结果,进一步选择波段确定最佳甘薯多糖含量测定方法。结果 PLS建立的模型整体精确度和稳定性最佳,最优模型的预处理方式为一阶导数处理,该模型的最佳波段为全波段范围,校正集均方根误差（root mean square error of calibration set,RMSEC）为相关系数0.496,校正集相关系数（calibration set correlation coefficient,RC2）为0.9683,验证集均方根误差（root mean square error of prediction set,RMSEP）为0.430,验证集相关系数（prediction set coefficient of determination,RP2）为0.9440,主成分数为8。结论 通过近红外光谱技术结合偏最小二乘法建立甘薯多糖模型可作为甘薯多糖快速测定的可行性方法。     

基于近红外光谱技术的腐竹脂肪定量分析

采用近红外光谱技术结合化学计量学方法,建立腐竹脂肪含量的快速分析方法。收集不同生产线、不同时间的腐竹样本180 份,利用积分球附件采集漫反射光谱（4 000～10 000 cm－1）。为消除颗粒散射影响和光谱基线漂移,二阶导数和卷积平滑用于光谱预处理。采用反向区间偏最小二乘法、组合区间偏最小二乘法、搜索组合移动窗口偏最小二乘法和遗传偏最小二乘法优化建模变量,最终构建了定量预测模型。结果显示,4 种方法均可有效地提取信息变量、降低模型维度、提高预测性能;遗传偏最小二乘法一次优选获得143 个变量,构建的模型性能最佳,其校正相关系数、校正均方根误差、预测相关系数、预测均方根误差分别为0.96、0.95、0.92和1.17。研究表明,经过信息变量提取后所构建的近红外模型简单、预测精度高,可用于腐竹脂肪含量的日常监测。     

近红外光谱分析技术在泡芙水分测定中的研究

水分含量快速测定是保证泡芙制作品质的重要需求。利用IAS Online-S100型在线近红外光谱分析仪,采集了130个建模集样品和30个验证样品的近红外光谱,结合光谱预处理和偏最小二乘法建立泡芙水分定量分析模型。研究结果表明,采用移动窗口平滑（平滑点数为11）+SNV法进行光谱预处理,主因子数为9的条件下,模型的决定系数R2、校正集均方根误差（RMSEC）、交互验证均方根误差（RMSECV）和预测集均方根误差（RMSEP）分别为0.88、0.49%、0.55%、0.57%。模型的预测误差在±1.3以内,精度满足工厂的使用需求。     

基于近红外光谱技术的花生酸败特性检测研究

酸价、过氧化值是衡量花生贮藏过程中氧化酸败的重要指标,基于近红外光谱分析技术,结合化学计量分析,利用偏最小二乘法建立花生酸价、过氧化值的近红外预测模型,并对平滑、导数、多元散射校正、归一化等多种预处理方法对建模准确性的影响进行比较.结果表明:对原始光谱数据采用一阶微分处理的方法建立的模型其预测效果最佳,酸价模型的主成分维数为10,决定系数为0.955,均方根误差为0.080;过氧化值模型的主成分维数10,决定系数为0.940,均方根误差为0.459.研究表明,近红外光谱分析技术可用于花生酸价、过氧化值的快速无损检测.     

基于近红外漫反射光谱技术的小麦蛋白质含量检测

收集来自国内3个主要小麦生产省份的小麦样品共73份,应用近红外光谱漫反射技术结合化学计量学方法建立小麦蛋白质含量的近红外光谱定量模型,并对模型的稳定性和可靠性进行评价。结果表明,光谱预处理的最佳条件为:Savitzky-Golay平滑+一阶导数处理,使用偏最小二乘法(Partial least square,PLS)建立模型,校正集(Rc)和预测集相关系数(Rp)为0.936和0.925,校正集均方根误差(RMSEC)和预测集均方根误差(RMSEP)分别为0.23和0.28,表明模型准确可靠,可应用于小麦蛋白质含量的快速无损检测。     

酸奶中非脂乳固体的近红外定量分析模型建立

采用偏最小二乘回归PLS建模算法,建立酸奶中非脂乳固体的近红外定量分析模型,并对模型进行验证评估。收集92组酸奶样品,并用漫反射方法采集得到近红外扫描光谱,光谱经过MSC、一阶导数、S-G平滑等预处理,选取波数范围6 000~10 000 cm-1,用PLS法建立得到了较优模型,其相关系数R为0.99078,均方根校正误差RMSEC为0.152,均方根预测误差RMSEP为0.330,性能指数PI为83.1。用此模型对25组酸奶样品进行了预测,预测效果较好。     

基于近红外光谱技术的黄桃脆片可溶性固形物和硬度定量检测方法

以多批次黄桃脆片为分析对象,分别采集了可见/短波近红外光谱(400~1000 nm)和长波近红外光谱(1000~2500 nm)原始信息,分别采用标准正态变量变换(SNV)、多元散射校正(MSC)、移动平均平滑(MS),一阶导数(1-Der)预处理后,建立了全波段线性偏最小二乘法(PLS)和非线性支持向量机(SVM)预测模型,并结合外部试验进行可行性验证。结果表明,基于MSC-SVM的可见/短波红外光谱模型对可溶性固形物预测效果最佳,验证集的决定系数(R p)、预测均方根误差(RMSEP)、相对预测偏差(RPD)分别为0.761,1.998%和1.532;而基于MSC-SVM的长波近红外光谱模型对硬度预测效果相对最佳,对应R p、RMSEP和RPD分别为0.862,0.292 kg和1.991。基于近红外光谱系统可以实现对大批量黄桃脆片品质参数的快速无损检测。     

基于不同波段的枸杞多糖及总糖高光谱成像检测

采用高光谱图像技术对枸杞多糖和总糖含量进行检测,并探寻其最适宜的光谱波段。首先采用多元散射校正、Savitzky-Golay平滑(S-G平滑)和标准正态变量变换3种常用光谱预处理方法对原始光谱进行预处理,并对结果进行对比,选择多元散射校正预处理方法,以消除散射的影响;然后分别基于相关系数的数值及不同范围波长的特性,选择有效波段、可见光波段、近红外波段及全波段图像的平均光谱反射值作为特征参量;最后建立基于不同特征参量的枸杞多糖和总糖含量的BP神经网络预测模型。结果表明:基于全波段条件下光谱信息所建立的预测模型最佳,枸杞多糖含量预测正确率为97.59%,相关系数为0.997 4,均方根误差为0.077 7,枸杞总糖含量预测正确率为100%,相关系数为0.996 8,均方根误差为0.250 6。因此高光谱无损检测枸杞多糖和总糖含量具有可行性。     

傅里叶近红外光谱法快速检测魔芋葡甘聚糖中掺假羧甲基纤维素含量

采用傅里叶近红外光谱检测魔芋葡甘聚糖中羧甲基纤维素掺假比例,以基线校正、平滑、矢量归一化、一阶求导和二阶求导法对光谱进行处理,利用偏最小二乘法建立了相应的数学模型,并通过交互验证和外部验证检验了鉴别模型的预测精度和可靠性。所建立的校正集模型的决定系数R_c~2值为0.933~0.997,校正均方根误差范围为7.64%~1.56%;结合验证集模型的决定系数和均方根误差确定以一阶导数(5平滑点)处理光谱,所得模型预测效果最佳,模型的预测均方根误差为8.37%;校正模型中羧甲基纤维素在魔芋葡甘聚糖中掺假水平的预测值和实际值的相关系数为0.9905。结果表明,近红外光谱结合化学计量法在有效、快速、准确地定量检测魔芋葡甘聚糖中掺假羧甲基纤维素的可行性。     

应用近红外光谱技术快速测定葵花籽油的理化指标

应用傅里叶变换近红外光谱技术结合不同的定量分析方法建立葵花籽油4 种不同理化指标的快速预测模型。在用化学方法获得不同氧化程度葵花籽油的共轭二烯、共轭三烯、p-茴香胺值、总极性化合物的参照数据的基础上,比较不同光谱预处理方法及建模方法对预测效果的影响。结果表明,葵花籽油原始光谱不经处理、经Norris平滑和一阶导数处理或Norris平滑和二阶导数处理后应用偏最小二乘法可分别建立共轭二烯、共轭三烯、p-茴香胺值及总极性化合物的预测模型,建模决定系数均在0.98以上,交互验证均方根误差分别为1.37、0.38%、0.51、0.46,相对预测均方根误差分别为1.24、0.18%、0.40、0.16。说明利用近红外光谱技术结合化学计量法可实现不同氧化程度葵花籽油理化指标的快速、准确检测。     

偏最小二乘-判别分析模型影响因素初步研究

目的研究偏最小二乘-判别分析模型的影响因素。方法以小麦为例,采用人工加速老化结合近、中红外光谱技术采集陈化、非陈化小麦粉的近、中红外光谱,分别针对小麦粉衰减全反射中红外数据、衰减全反射中红外一阶导数数据、近红外一阶导数数据以及小麦颗粒近红外一阶导数数据建立偏最小二乘-判别分析模型,分别获取模型参数及第1、2主成分得分分布情况。结果小麦粉近红外一阶导数建模的第1、2主成分得分散点图具有明显的两类样本分布。外部验证数据表明,小麦粉近红外一阶导数所建模型具有更好的稳健性。结论样品的物理形态、数据预处理以及红外光谱波段皆会对偏最小二乘-判别分析模型结果产生影响;同时,红外光谱偏最小二乘-判别分析模型的评价需要从正确识别率、模型的校正测定系数、交互验证测定系数、校正均方根误差、交互验证均方根误差以及模型主要成分得分分布等多种情况综合考虑。     

莲藕淀粉含量的近红外光谱无损检测方法

应用近红外光谱技术无损检测莲藕的淀粉含量。对光谱数据的3种预处理方法进行了比较分析,再采用偏最小二乘法(PLS)和联合区间偏最小二乘法(SiPLS)建立了莲藕淀粉含量的近红外光谱分析模型。研究结果表明,经多元散射校正、一阶导数和平滑等结合的预处理,采用联合区间偏最小二乘法(SiPLS)建立的模型最佳;其校正集的相关系数(Rc)和均方根误差(RMSEC)分别为0.960 0和0.741 6,预测集的相关系数(Rp)和均方根误差(RMSEP)为0.923 8和1.050 6,可以满足实际应用要求。结论:利用近红外光谱技术对莲藕淀粉含量进行无损检测切实可行。     

近红外分析技术快速检测白酒基酒中的总酯含量

采用近红外光谱分析技术,对基酒总酯进行无损检测研究。利用近红外光谱仪采集基酒样品在4000～10000 cm~(-1)波段内的光谱数据,首先对光谱数据进行一阶导数预处理,然后采用Si-PLS组合间隔偏最小二乘法优选特征波长,最后运用PLS偏最小二乘法建立基酒总酯模型。该模型校正集的决定系数R_C~2为0.95,校正集的均方根误差RMSEC为0.17;预测集的决定系数R_P~2为0.93、预测集的均方根误差RMSEP为0.19。与全波段光谱模型相比,该模型预测能力更强,稳定性更优。     

NIR高光谱成像技术检测冷鲜羊肉嫩度

利用900~1700 nm近红外高光谱成像系统对冷鲜羊肉嫩度进行快速无损检测研究。采集冷鲜羊肉(1~8 d)表面的高光谱散射图像,提取样本感兴趣区域反射光谱曲线并用剪切力值表征冷鲜羊肉的标准嫩度。以原始光谱、特征区域光谱和Savitzky-Golay卷积平滑预处理光谱建立冷鲜羊肉嫩度的偏最小二乘回归(PLSR)模型,预处理的特征区域光谱建立的模型效果更优。结果表明:特征区域光谱可有效替代全波段光谱,经过S-G卷积平滑预处理后,模型预测效果最佳,预测相关系数(Rp)和均方根误差(RMSEP)分别为0.773和1.060。研究表明:利用近红外高光谱成像技术结合偏最小二乘回归法对冷鲜羊肉嫩度的快速无损检测是可行的。     

近红外光谱用于鉴别苹果产地的研究

目的:探索近红外光谱定性分析技术鉴别苹果产地的可行性。方法:对天津、陕西和北京3个产地富士苹果品质进行了分析,比较了波段范围、导数处理和散射及标准化处理建立主成分分析结合最小二乘法产地鉴别模型。结果:在1100~1848 nm波段范围内采用一阶导数结合趋势变化法散射处理的光谱预处理方法最优,校正集的鉴别正确率为100%,校正交互验证误差(SECV)0.1245,交互验证相关系数(Rcv)0.9641,预测集的鉴别正确率为98.33%。结论:应用近红外光谱定性分析技术可以准确地、快速地追溯苹果产地的溯源。     

近红外漫反射无损检测梨果可溶性固形物的研究

应用近红外漫反射无损检测梨果可溶性固形物。通过自行设计的NIR光谱系统测定了240个梨果样品的SSC。180个梨果样品用来建模,其余60个用来验证模型的性能。采集完整梨果的近红外漫反射光谱（350～1 800 nm）,光谱经移动窗口平滑处理、一阶微分和二阶微分预处理后,再分别采用多元线性回归、主成分回归和偏最小二乘法,建立梨果可溶性固形物的定量预测数学模型。结果表明：采用一阶微分结合偏最小二乘法所建模型的预测效果较好,可溶性固形物定量预测数学模型的相关系数为0.928 5,均方根误差为0.436 4。近红外漫反射光谱作为一种无损的检测方法,可用于评价梨果的可溶性固形物。     

基于近红外的兰州百合品质定量建模方法研究

蛋白质和多糖是表征国家地理标志产品兰州百合的关键营养指标,文章重点探索采用近红外光谱分析技术结合化学计量学方法,建立快速检测兰州百合关键营养指标定量分析模型的可行性。实验收集兰州百合样本共81个,采用多种光谱预处理方法分别结合PCR和PLS优化建立兰州百合蛋白质和多糖定量分析模型。其中,基于OSC预处理建立的蛋白质和多糖PLS/PCR定量分析模型相对于其他光谱预处理模型性能参数较优;而基于PLS建立的蛋白质和多糖定量模型指标优于PCR模型,蛋白质PLS模型相关系数(R_p)为0.924,预测均方根误差(RMSEP)为0.878;多糖PLS模型的相关系数(R_p)为0.920,预测均方根误差(RMSEP)为1.898。实验结果表明,将近红外光谱技术用于兰州百合关键品质的快速定量分析具有光明的应用前景,有望为兰州百合关键营养品质的快速评价提供新方法。