可见/近红外光谱技术无损检测新鲜鸡蛋蛋白质含量的研究

鸡蛋是一种重要的食品,蛋白质是鸡蛋的主要营养成分。本研究利用可见近红外反射光谱技术无损检测新鲜鸡蛋的蛋白质含量。使用光谱仪获取新鲜鸡蛋在400~1100 nm波段范围内的漫反射光谱;分别使用多元散射校正(MSC)法和一阶导数法(1-D)对反射光谱进行预处理;对反射光谱、MSC处理光谱和1-D光谱,使用逐步回归法判别法选择最优波长组合,建立多元线性回归模型,使用全交叉验证法验证模型。结果表明,可见/近红外反射光谱经过多元散射校正后,确定的10个最优波长(400、403.16、407.9、714.6、715、715.58、970.4、970.75、973和974.45 nm)组合建立模型的校正和验证结果最好:选定模型的校正结果为R=0.92,SEC=0.42%;验证结果为Rcv=0.89,SECV=0.47%。研究表明可见/近红外反射光谱技术可以较好的预测新鲜鸡蛋的蛋白质含量,本研究可为可见近红外光谱技术在鸡蛋营养成分的快速检测提供一定的理论基础。     

冷鲜羊肉品质的高光谱成像无损检测

利用400~1000 nm可见近红外高光谱成像系统对冷鲜羊肉蛋白质含量、嫩度、p H进行无损检测研究。采集冷鲜羊肉表面的高光谱散射图像,提取样本感兴趣区域的反射光谱曲线获得原始数据。先对原始光谱预处理并建立偏最小二乘回归(PLSR)模型,优选最佳预处理方法,后采用正自适应加权算法(CARS)和连续投影算法(SPA)提取特征波长,建立不同特征波长下各品质参数的PLSR预测模型。结果表明:利用原始光谱建立的冷鲜羊肉蛋白质、嫩度和p H的PLSR模型均优于经过光谱预处理所建PLSR模型;在不同波长下建立预测模型,OS-PLSR光谱模型对冷鲜羊肉蛋白质含量预测效果最佳,Rp=0.869,RMSEP=0.097;建立的SPA-PLSR光谱预测模型对p H预测效果理想,Rp=0.958,RMSEP=0.067;CARS-PLSR光谱预测模型对嫩度的预测能力较高,Rp=0.862,RMSEP=0.706。研究表明:利用可见近红外高光谱技术对冷鲜羊肉品质进行快速无损检测是可行的。     

哈姆林甜橙果实内在品质的可见-近红外光谱无损检测法

采用可见- 近红外漫反射光谱技术,结合偏最小二乘法,以不同时间采摘的哈姆林甜橙果实为样品建立其可溶性固形物、含酸量和VC 的无损检测数学模型,同时对不同光谱预处理方法和不同建模波段范围对模型的预测性能进行对比分析。结果表明：原始光谱在400～1000nm 波段的模型预测精度较高。经多元散射校正和5 点移动平均平滑预处理后,果实可溶性固形物含量的PLS 模型最好,校正集样品的相关系数为0.995RMSEC和RMSEP分别为0.026%、0.028%;预测集样品的相关系数为0.992。经多元散射校正和9 点移动平均平滑预处理后,果实含酸量的PLS 模型最好,校正集样品的相关系数为0.997,RMSEC 和RMSEP 分别为0.012%、0.013%;预测集样品的相关系数为0.997。经多元散射校正和9 点移动平均平滑预处理后,果实VC 含量的PLS 模型最好,校正集样品的相关系数为0.998,RMSEC 和RMSEP 分别为0.009%、0.009%;预测集样品的相关系数为0.999。可见由不同时间采摘的果实组成的样品集所建立的数学模型可以提高模型的预测精度,从而提高模型的适用范围。应用可见-近红外漫反射光谱检测哈姆林甜橙果实的内在品质可行。     

基于VIS/NIR高光谱成像技术检测鸡肉嫩度

利用400~1000 nm可见近红外高光谱成像系统对鸡肉嫩度进行快速无损检测研究。采集鸡肉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鸡肉的标准嫩度。以原始光谱和多元散射校正(MSC)预处理光谱数据建立鸡肉嫩度的偏最小二乘回归(PLSR)模型,预处理光谱建立的模型效果更优。基于MSC预处理,采用偏PLS权重系数法结合逐步回归法筛选出了4个特征波长。然后采用PLSR和多元线性回归(MLR)模型分别建立特征波长处光谱反射值和鸡肉嫩度关系的数学模型,优选最佳模型。结果显示:MLR模型预测效果较好,预测相关系数(RP)和均方根误差(RMSEP)分别为0.94和1.97。研究表明:利用可见近红外高光谱成像技术结合多元回归分析法对鸡肉嫩度的快速无损检测是可行的。     

可见/近红外反射光谱法检测马铃薯抗性 淀粉含量的研究

目的利用可见/近红外反射光谱技术无损检测新鲜马铃薯茎块中抗性淀粉的含量。方法使用光谱仪获取新鲜马铃薯在345~1100 nm波段范围内的漫反射光谱;分别使用Savitzky–Golay(S-G)平滑处理、多元散射校正(MSC)法和一阶导数法(1st-D)对反射光谱进行预处理;对(S-G)反射光谱、MSC处理光谱和1st-D光谱使用逐步回归法判别法选择最优波长组合,建立多元线性回归模型,使用全交叉验证法验证模型。结果结果表明,可见/近红外反射光谱经过一阶导数处理后,确定的8个最优波长(370、569、576、866、868、886、922和963 nm)组合建立模型的校正和验证结果最好:模型的校正结果为相关系数R=0.996,标准差SEC=0.521%;模型交叉验证相关系数Rcv=0.982,验证标准差SECV=0.791%。结论可见/近红外反射光谱技术可以较好地预测新鲜马铃薯茎块的抗性淀粉含量,本研究可为可见近红外光谱技术在马铃薯功能成分的快速检测提供一定的技术基础。     

基于近红外高光谱成像技术的宁夏羊肉产地鉴别

使用900~1700 nm高光谱成像系统采集宁夏银川、固原、盐池三个不同产地的绵羊后腿样本的近红外高光谱数据,对光谱采用面积归一化方法预处理,利用SPA、CARS、UVE算法对预处理后的光谱数据提取特征波长分别为17、40、121个;结合PLS-DA及KNN建立特征波段下的判别模型。结果表明KNN判别模型效果较差,3种特征波长中利用CARS提取的特征波长建模效果最佳,代替全光谱建立PLS-DA判别模型是可行的;综合对比模型效果,CARS-PLS-DA为最优模型,校正集正确率90.48%,预测集正确率84.21%。证明利用近红外高光谱成像技术对羊肉产地鉴别是可行的。     

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。     

基于高光谱成像的羊肉掺假可视化无损定量检测

目的：快速、准确检测羊肉掺假。方法：利用可见—近红外(400~1 000 nm)和短波近红外(900~1 700 nm)高光谱成像仪对羊肉中掺假不同比例的鸭肉进行数据采集,比较两个波段范围内不同光谱预处理方法的偏最小二乘法(PLS)建模效果,最终在可见—近红外波段选择归一化预处理方法,在短波近红外波段选择标准正态变量变换(SNV)预处理方法。分别对两个波段的光谱数据进行最优的预处理后,采用连续投影算法(SPA)、竞争性自适应重加权算法(CARS)、区间随机蛙跳算法(iRF)和组合区间偏最小二乘法(SiPLS)对特征波长进行选取。结果：在短波近红外(900~1 700 nm)波段采用SNV-SPA-PLS模型的羊肉掺假预测效果最好,预测集决定系数为0.968 4,预测标准偏差为0.058 2,预测集相对分析误差为5.625 4,并得到较好的图像反演结果。结论：利用不同波段的高光谱成像技术可实现对羊肉掺假的快速无损定量检测。     

基于CUVE-PLS-DA的鸡蛋新鲜度在线检测分级

针对目前鸡蛋新鲜度检测技术方法存在劳动强度大、检测精度低、分级效率不足等缺陷,本研究在4 800 枚/h的禽蛋传输机上搭建了可见-近红外透射光谱（501～1 000 nm）在线检测装置,动态采集鸡蛋透射光谱数据,并建立光谱信息与鸡蛋哈夫值等级的偏最小二乘判别模型。采用3∶1原则对鸡蛋样本进行随机划分,其中校正集169 个,验证集57 个,通过比较多种光谱预处理方法以及两种特征波长选择方法,得出标准正态变换预处理方法和多模式共识方法能够有效地提高模型的正确率、运算效率和预测能力,优化模型后的校正集和验证集准确率分别为92.31%、91.23%。结果表明本实验建立的可见-近红外光谱透射光谱检测方法能够对鸡蛋的新鲜度进行无损、智能、在线检测分级。     

油茶果自然霉变程度的可见/近红外与中短波近红外光谱检测

分析利用可见/近红外光谱（400～1 000 nm）与中短波近红外光谱（900～1 700 nm）对不同自然霉变程度油茶果检测判别的可行性,实验同时采集不同霉变程度油茶果赤道阴面、阳面和接合面三点的两波段光谱,样品平均光谱的主成分分析（principal component analysis,PCA）发现不同霉变程度样品同组内具有一定聚类效果且PC1和PC2对于判别不同组间样品有效,全光谱偏最小二乘判别分析模型结果显示原始光谱已具有足够信息,建立的模型性能比预处理后全光谱更优。进一步进行特征波长选取,发现相比于PC载荷,连续投影法在两光谱范围选取波长建立的简化模型均为最优,预测集判别准确率与Kappa系数均为84.4%与0.766 7。结合预测集混淆矩阵发现,两光谱范围最优简化模型预测不同霉变组样品特异度相当,均在0.84以上,但900～1 700 nm中短波近红外光谱对于中等霉变程度的判别灵敏度（0.72）略高。本研究表明近红外光谱技术可用于油茶果的自然霉变程度检测,可见/近红外与中短波近红外光谱能力相当,考虑到仪器成本问题,可见/近红外光谱具有更好的实时检测应用前景。     

基于可见-近红外光谱及随机森林的鸡蛋产地溯源

为了研究快速无损鉴别鸡蛋产地的可行性,利用可见-近红外光谱技术,采集4种湖北不同产地鸡蛋的透射光谱(500~900 nm),利用中心化、归一化、标准正态变量(SNV)、Savitzky-Golay平滑滤波(SG)和多元散射校正(MSC)、直接正交信号校正(Direct Orthogonal Signal Correction,DOSC)算法对光谱数据进行预处理,采用t分布式随机邻域嵌入(t-distributed stochastic neighbor embedding,t-SNE)、主成分分析(PCA)方法对预处理后的数据降维,并将降维后的数据分别输入极限学习机(extreme learning machine,ELM)和随机森林(random forest,RF),建立鸡蛋产地溯源模型。比较两种方法建立的模型,发现运用DOSC预处理及t-SNE提取的光谱特征信息建立的RF模型鉴别效果最好,训练集和预测集的鉴别正确率分别为100%和98.33%。研究结果表明基于可见-近红外光谱技术对鸡蛋产地溯源是可行的,为进一步研究与开发鸡蛋产地溯源便携式仪器提供技术支持。     

基于高光谱成像技术的鸡蛋哈氏单位快速无损检测

本实验利用高光谱(900~1700 nm)成像技术结合化学统计学算法,对鸡蛋哈氏单位的无损检测进行研究。采集样品原始光谱信息,经S-G卷积平滑、MSC、SNV预处理后建立PLSR模型,优选最佳预处理方法;利用PLSR的加权β系数、遗传算法GA提取特征波长,分别建立PLSR、PCR模型,比较建模效果,优选最佳特征波长提取方法及建模方法。结果表明,预处理后建模效果并未提高,即以原始光谱作为建模对象,采用遗传算法提取特征波长后建立的PLSR模型效果最好,其R_C为0.8118,校正集均方根误差是2.9677,R_P为0.8203,预测集均方根误差是3.2762。因此,利用高光谱技术无损检测鸡蛋哈氏单位是可行的,同时为鸡蛋的新鲜度快速判别、分级分选提供理论依据。     

冷鲜羊肉冷藏时间和水分含量的高光谱无损检测

利用可见-近红外高光谱成像技术对冷鲜羊肉的冷藏时间和水分含量进行无损检测。通过波长400～1 000 nm可见-近红外高光谱系统采集160 个羊肉样本光谱信息,优选主成分-14-线性判别法对原始光谱建立羊肉冷藏时间的判别模型,校正集对羊肉冷藏时间的判别率为99.17%,预测集为100%,模型可较好地判别羊肉的冷藏时间。其次,针对羊肉冷藏过程中水分含量的变化,优选最佳预处理方法并运用偏最小二乘回归（partial leastsquares regression,PLSR）法建立水分含量预测模型;结果表明,经过Savitzky-Golay卷积平滑预处理的PLSR模型对水分含量的建模效果最优,校正集和预测集相关系数分别为0.888和0.784,交互验证均方根误差为0.696。研究表明,采用可见-近红外高光谱成像技术对冷鲜羊肉冷藏时间的判别和冷藏过程中羊肉水分含量的快速预测是可行的。     

宁夏赤霞珠葡萄水分含量的高光谱无损检测研究

利用可见近红外高光谱成像技术对宁夏赤霞珠葡萄含水量的无损检测进行了初步探讨。通过高光谱成像系统(400~1000 nm)采集了136幅赤霞珠葡萄图像,对原始光谱、平均平滑、高斯滤波、中值滤波、卷积平滑、归一化、多元散射校正、标准正态化、基线校准、去趋势化等预处理的偏最小二乘回归(PLSR)模型进行对比分析;采用主成分分析(PCA)、偏最小二乘回归(PLSR)、连续投影算法(SPA)、竞争性自适应重加权(CARS)方法选择特征波长,建立4种特征波长下的PLSR的葡萄含水量预测模型,优选CARS提取特征波长的方法。在此基础上,对比分析了全波段与特征波长下的MLR、PCR、PLSR的葡萄含水量预测模型。结果表明:采用多元散射校正(MSC)光谱建立的PLSR模型优于原始光谱和其他预处理光谱的PLSR模型;CARS提取特征波长建立的PLSR模型优于多元线性回归(MLR)、主成分回归(PCR)模型,预测集的相关系数(R)和预测均方根误差(RMSEP)分别为0.806、0.144。因此,利用可见近红外高光谱成像技术提取特征波长进行宁夏赤霞珠葡萄含水量的检测是可行的。     

近红外高光谱成像技术对鸡蛋种类的鉴别

为探讨近红外高光谱成像技术对鸡蛋种类判别的可行性,采用近红外高光谱(900~1700 nm)成像技术,以223个鸡蛋样本为研究对象,其中富硒鸡蛋74枚、无公害鸡蛋72枚、普通鸡蛋77枚,富硒鸡蛋和无公害鸡蛋为海兰褐鸡蛋,普通鸡蛋为洋鸡蛋。对比S-G卷积平滑、基线校准(Baseline)、标准正态变量变换(SNV)、标准化(Normalize),优选出S-G卷积平滑光谱预处理方法;连续投影算法(SPA)、无信息变量消除法(UVE)、后向间隔偏最小二乘波段选择法(BiPLS)算法提取的特征波长数分别为8、107和155,分别建立全光谱、SPA、UVE、BiPLS的PLS-DA判别模型,结果显示在4种模型中BiPLS-PLS-DA的识别性能要优于FS-PLS-DA、UVE-PLS-DA和SPA-PLS-DA,其校正集正确识别率为95.24%,预测集识别率为78.18%。近红外高光谱成像技术作为一种快速、高效的种类判别技术对鸡蛋种类的判别具有可行性。     

基于NIR高光谱成像技术的滩羊肉内部品质无损检测

利用近红外高光谱成像技术对滩羊肉蛋白质和脂肪含量、pH值进行无损检测研究。通过高光谱系统(900~1700 nm)采集69个羊肉样本信息,先对全波段下的原始光谱和预处理后光谱建立偏最小二乘回归(PLSR)模型,对比优选出最佳预处理算法,后采用PLSR的加权β系数法提取特征波长,建立特征波长下各品质参数的PLSR模型,分析预测效果。结果表明:羊肉蛋白质、脂肪含量、pH值最佳预处理方法为基线校准(Baseline)、多元散射校正与S-G卷积平滑结合算法(MSC+SG)和原始光谱;利用特征波长建立预测模型,决定系数(RP2)分别为0.83、0.86和0.72,预测均方根误差(RMSEP)为0.57、0.09和0.12,可替代全波段建模。利用近红外高光谱成像技术对羊肉内部品质进行快速无损检测是可行的。     

基于高光谱成像的滩羊肉菌落总数和挥发性盐基氮的无损检测

以宁夏滩羊肉为研究对象,利用400~1000 nm可见近红外高光谱对冷鲜羊肉的菌落总数和挥发性盐基氮含量进行新鲜度的检测研究。采集冷鲜滩羊肉表面光谱图像,提取感兴趣区域获取原始光谱数据。剔除由蒙特卡洛检测法所检测出的异常样本,采用理化值共生距离法(SPXY)划分样本的校正集和预测集。先对原始光谱预处理并建立偏最小二乘回归(PLSR)模型,优选最佳预处理方法;后采用主成分回归法(PCR)和支持向量机回归法(SVR)建立模型,优选最佳建模方法。结果表明:光谱数据经过正交信号校正(OSC)预处理后,建立的菌落总数和TVB-N含量预测模型效果较好,其RC分别为0.9067和0.9147,Rp分别为0.8743和0.8802,均高于其他光谱预处理模型。通过不同建模方法的比较,建模效果较好的是PLSR方法。研究表明:利用可见近红外高光谱技术可以实现对滩羊肉新鲜度的无损检测。     

基于光谱技术的支持向量机判别牛肉新鲜度

目的 实现生鲜牛肉新鲜度等级的无损快速判别。方法 用可见/近红外光谱检测系统, 获取储存1~18 d的36块牛肉样品的400~1600 nm范围的光谱信息, 以挥发性盐基氮理化值为分类依据。用多元散射校正(MSC)、变量标准化(SNV)、SG平滑预处理方法处理光谱数据, 分别建立牛肉新鲜度的支持向量机分类模型。结果 MSC+SG预处理后所建立的分类模型预测能力最好, 训练集和测试集的回判识别率和预测识别率分别为96.30%、100%, 验证集的识别率为88.89%。结论 可见/近红外光谱结合支持向量机, 对牛肉新鲜度进行无损快速判别是可行的。     

樱桃番茄可溶性固形物含量的可见/近红外透射光谱无损检测

基于可见/近红外透射原理,针对樱桃番茄内部品质不均,果径不同等特点,建立樱桃番茄透射检测系统,结合相关性分析和归一化处理对樱桃番茄的果径进行校正,在此基础上对樱桃番茄可溶性固形物(SSC)含量做快速无损检测。将80个样品按3∶1的比例随机分为校正集与预测集,选取波长范围600～960 nm内的光谱曲线先SG卷积平滑后进行一阶导数、二阶导数预处理,再对二者于波长903 nm和826 nm处进行归一化处理,采用偏最小二乘回归法对樱桃番茄可溶性固形物含量建立预测模型。结果显示,一阶微分和二阶微分预处理后,其预测模型的校正集和预测集相关系数与原始光谱相比均有明显提高。二阶微分光谱的预测模型校正集和预测集相关系数分别为0.8938和0.8337,均方根误差分别为0.3625°Brix和0.5793°Brix。果径归一化处理后,其预测模型的校正集和预测集相关系数进一步提高。果径归一化处理后的二阶微分光谱预测模型,其校正集和预测集相关系数分别达到0.9383和0.9360,均方根误差分别为0.2796°Brix和0.3955°Brix。结果表明,可见/近红外透射光谱结合果径归一化处理能有效预测樱桃番茄的内部品质,消除果径不同带来的误差,该检测方法的精度和稳定性较为理想,可预测樱桃番茄内部品质。     

苹果有效酸度的近红外无损检测研究

为了更好的对苹果的有效酸度进行检测,实验应用波长范围为643.26～985.11 nm的Purespect近红外透射光谱仪对100个富士苹果的校正集样品和20个预测集样品进行了光谱扫描,比较了不同的光谱预处理方法和不同建模波段对模型的影响,最终确立的模型相关系数(RC)为0.925,校正均方根误差(RMSEC)为0.0395.对模型预测性能的验证结果表明:建立的苹果有效酸度模型性能较稳定,能满足实际应用的要求.