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。     

基于可见/近红外高光谱成像技术的鸡蛋新鲜度无损检测

以400~1 000nm高光谱系统获得鸡蛋样本的高光谱图像,利用蒙特卡洛法检测异常样本,采用不同预处理方法处理原始光谱;应用竞争性正自适应加权算法(Competitive Adaptive Reweighted Sampling,CARS)、遗传偏最小二乘法(Genetic Algorithms PLS,GAPLS)和间隔蛙跳法(Interval Random Frog,IRF)对预处理后光谱数据提取特征波长;分别建立基于全光谱和特征波长的偏最小二乘回归(Partial Least Squares Regression,PLSR)和最小二乘支持向量机(Least Squares Support Vector Machine,LS-SVM)鸡蛋新鲜度预测模型。结果表明:标准正态变量变换(Standardized Normal Variate,SNV)法为最优预处理方法;利用CARS、GAPLS和IRF分别选出8,35,74个特征波长;基于GAPLS提取的特征波长的LS-SVM模型最优,其校正相关系数(Rc)为0.899,预测相关系数(Rp)为0.832。表明基于高光谱成像技术的鸡蛋新鲜度无损检测是可行的。     

可见/近红外漫反射光谱无损检测甜柿果实硬度

该研究的目的是建立可见/近红外漫反射光谱无损检测甜柿果实硬度的数学模型,评价可见/近红外漫反射光谱无损检测甜柿果实硬度的应用价值。果实硬度采用果皮脆性、果皮强度和果肉平均硬度作为评价指标。在可见/近红外光谱区域(400～2 500 nm),采用改进偏最小二乘法,对比分析了不同导数处理、不同散射及标准化处理的甜柿果实硬度定标模型。结果表明,对于果皮强度和果皮脆性,采用最小偏二乘法、一阶导数处理和标准多元离散校正处理建立的定标模型预测效果较好,RP2分别为0.858和0.862,SEP分别为0.094和0.157,RPD分别为2.47和2.63。对于果肉平均硬度,采用改进偏最小二乘法、一阶导数处理和标准正常化和去散射处理建立的定标模型预测效果较好,RP2为0.82,SEP为0.063,RPD为2.35。因此,可见/近红外漫反射光谱无损检测技术可用于甜柿果实硬度的无损检测。     

基于可见/近红外光谱技术的腐坏猪肉检测控制系统设计

目的 设计腐坏猪肉的快速、无损检测控制系统。方法 通过研究可见/近红外光谱技术, 根据其在应用过程中的使用特点并结合实际情况的需求, 设计检测系统的总体方案。结果 设计检测系统方案, 包括检测对象、检测指标, 设计控制系统的结构、功能和工作流程。结论 光纤探头距离样品高度为10 cm, 单个样品检测时间控制在5 s内, 使用DSP作为控制核心, 用于检测猪肉是否腐败。     

利用可见/近红外反射光谱无损检测小米的粘度

目的建立适用于小米粘度无损检测的可见/近红外反射光谱法。方法使用光谱仪获取小米在367～1020 nm波段范围内的漫反射光谱,采用多元散射校正法(multiple scattering correction,MSC)和一阶导数法(first derivation,1~(st)-D)对原始反射光谱进行处理,并且使用主成分分析确定最佳主成分数,建立小米粘度判别模型,使用全交叉验证法进行模型验证。结果使用原始反射光谱、MSC处理光谱和1~(st)-D处理光谱,分别提取了6、12和12个主成分,建立的峰值粘度模型RCV在0.86以上,对验证集的预测结果 Rp在0.82～0.86之间;而使用1~(st)-D处理光谱提取12个最优主成分,建立的模型可较好地预测小米粘度的破损值,RCV为0.8573,对验证集的预测结果 Rp为0.8309。结论该方法适用于小米粘度的无损检测,为小米加工品质的快速检测提供一定的理论支持。     

可见/近红外漫反射光谱无损检测磨盘柿果实硬度的研究

建立可见/近红外光谱与磨盘柿果实硬度之间的数学模型,评价可见/近红外光谱技术无损检测磨盘柿硬度的应用价值。在可见/近红外光谱区域(570～1848nm),实验对比分析了不同数学建模算法、不同导数处理方法和不同散射及标准化处理的磨盘柿果实硬度定标模型。结果表明,应用偏最小二乘回归算法、一阶导处理和标准正常化和散射处理所建柿果实硬度定标模型的预测性能较优,模型的相关系数(Rc2)为0.7992,均方根误差(RMSEC)为2.0642;用该模型对40个预测样本进行预测,其相关系数(Rp2)为0.8267,预测均方根误差(RMSEP)为2.0223。研究表明,可见/近红外漫反射技术对磨盘柿果实硬度的快速无损检测具有可行性。     

可见/近红外漫反射光谱无损检测磨盘柿果实硬度的研究

建立可见/近红外光谱与磨盘柿果实硬度之间的数学模型,评价可见/近红外光谱技术无损检测磨盘柿硬度的应用价值。在可见/近红外光谱区域(570～1848nm),实验对比分析了不同数学建模算法、不同导数处理方法和不同散射及标准化处理的磨盘柿果实硬度定标模型。结果表明,应用偏最小二乘回归算法、一阶导处理和标准正常化和散射处理所建柿果实硬度定标模型的预测性能较优,模型的相关系数(Rc2)为0.7992,均方根误差(RMSEC)为2.0642;用该模型对40个预测样本进行预测,其相关系数(Rp2)为0.8267,预测均方根误差(RMSEP)为2.0223。研究表明,可见/近红外漫反射技术对磨盘柿果实硬度的快速无损检测具有可行性。      

基于温度修正和可见/近红外光谱的油茶籽含水率检测

目的:解决干燥时温度变化对可见/近红外光谱检测油茶籽含水率的影响,并提出一种基于温度修正的油茶籽含水率检测模型。方法:在不同温度下(50,60,70℃)进行干燥试验,采集光谱数据。通过获取不同温度下采集的光谱数据,分析温度对光谱影响的原因。对比3种光谱预处理方式,运用竞争性自适应重加权算法(CARS)和偏最小二乘回归算法(PLSR),建立60℃下的基准PLSR模型。并采用斜率/偏差法对50,70℃下的外部样本预测值进行修正。结果:50,70℃下,修正前和修正后的决定系数分别为0.729和0.848,0.763和0.862;相对分析误差RPD值分别为1.921和2.565,2.054和2.692。结论:修正模型可以有效提高预测精度,达到良好的预测效果,克服了温度的影响。     

基于近红外光谱技术的马铃薯全粉蛋白质无损检测

为了探索一种简捷、高效、快速、无损的马铃薯全粉品质的检测方法,近红外光谱技术被应用到马铃薯全粉蛋白质的无损检测研究中。以120个经过真空微波冷冻干燥技术处理的不同品种马铃薯为样品,进行光谱采集及相应的化学值测定,采用多元散射校正和SavitzkyGolay卷积平滑对1200~2400 nm波段范围内的原始光谱进行预处理,选取最优的预处理方法;运用主成分回归分析法与偏最小二乘回归系数分别选择特征波长,并根据蛋白质基团的特征光谱区间选取特征波段,建立全波段、特征波段和特征波长下的主成分回归和偏最小二乘蛋白质预测模型。结果为:经过多元散射校正处理后的光谱建模效果最好,且运用偏最小二乘回归系数选择特征波长建立的马铃薯全粉蛋白质校正和验证模型的相关系数和均方根误差分别为0.9693、0.2937和0.9779、0.3304,优于全波段和特征波段建立的模型。研究表明,采用近红外光谱技术对马铃薯全粉蛋白质的无损检测是可行的。     

磨盘柿可溶性固形物的可见/近红外漫反射光谱无损检测

研究可见/近红外漫反射光谱技术快速检测磨盘柿可溶性固形物的方法。在可见/近红外光谱区域(570～1848nm),对比分析不同数学建模算法、不同导数处理方法和不同散射及标准化处理的果实可溶性固形物定标模型。结果表明：应用改进偏最小二乘回归算法、一阶导处理和去散射处理所建果实可溶性固形物定标模型的预测性能较优,其定标交互验证相关系数(Rcv)和预测相关系数(Rp2)分别为0.8076和0.8085,定标交互验证均方根误差(RMSECV)和预测均方根误差(RMSEP)分别为0.4546°Brix和0.4482°Brix。这表明,可见/近红外漫反射技术对磨盘柿可溶性固形物的快速无损检测具有可行性。     

利用可见/近红外光谱判别干枣品种

目的利用可见/近红外反射光谱技术快速判别干枣的品种。方法使用光谱仪获取山西永和枣、山西板枣和新疆和田枣3种干枣在345~1100 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~(st)-D)和二阶导数法(2~(st)-D)对反射光谱进行预处理;对预处理光谱进行主成分分析,全交差验证法确定最佳主成分数量,提取主成分,结合马氏距离法和线性判别法建立品种判别模型,建立模型过程中使用全交叉验证法确定最佳主成分数,将模型应用于干枣的品种判别。结果可见/近红外反射光谱经过MSC处理后提取主成分建立品种预测模型对枣的品种判别结果最好,利用前4个主成分结合马氏距离法建立的判别模型和利用前5个主成分结合线性判别法建立判别模型,对于3个品种的枣的校正和验证判别准确率都达到了100%。结论可见/近红外反射光谱技术可以较好地判别干枣品种,本研究可为可见/近红外光谱技术在于枣品种和产地的快速鉴别和溯源中的应用提供一定的技术基础。     

苹果可溶性固形物的可见/近红外无损检测

利用可见/近红外光谱对苹果可溶性固形物含量进行检测,并建立了最优预测模型。通过400～1 000 nm高光谱成像系统采集了120个"富士"苹果图像,分析比较了二阶导数(second derivative,SD)、标准正态变换(standard normal variation,SNV)以及多元散射校正(multi-scatter calibration,MSC) 3种光谱预处理方法对预测模型的检测效果;分别应用连续投影算法(successive proiection algorithm,SPA)和竞争性自适应重加权算法(competitive adaptive reweighted sampling,CARS)对光谱数据进行降维,进而建立基于特征光谱的误差反向传播(error back propagation,BP)网络和多元线性回归(multiple linear regression,MLR)预测模型。结果表明,二阶导数预处理后的BP网络模型优于原始光谱及其他预处理方法;通过提取特征波长建立的SPA-BP网络模型的预测性能最优,其预测集相关系数rp和均方根误差(root mean ...     

基于可见/近红外光谱和变量优选的南水梨糖度在线检测

利用可见/近红外光谱技术对南水梨糖度进行在线检测研究。南水梨样本以0.3m/s速度传输,并采用USB4000光谱仪在470~1 150nm波段范围内采集南水梨样本的光谱。然后,利用3种变量选择方法对波长变量进行筛选,应用偏最小二乘(PLS)方法分别建立南水梨糖度的在线预测模型,并分析预测模型性能的优劣。结果表明:可见/近红外光谱技术结合变量选择方法在线检测南水梨的糖度是可行的;竞争自适应重加权采样(CARS)方法优于无信息变量消除(UVE)及连续投影算法(SPA);CARS方法可以有效简化预测模型并提高预测模型的性能;南水梨全光谱PLS及CARS—PLS糖度预测模型的预测集相关系数和预测均方根误差(RMSEP)分别为0.940,0.951和0.467%,0.420%。     

基于CARS-SPA的苹果可溶性固形物可见/近红外光谱在线检测

采用CARS（competitive adaptive reweighted sampling）联合连续投影算法（SPA）方法筛选苹果可见/近红外光谱的特征变量,继而联合多种不同建模方法建立苹果可溶性固形物（SSC）预测模型,并对预测模型进行对比研究。研究结果显示,采用CARS-SPA联合筛选出的31个变量,通过采用PLS建立苹果SSC的可见/近红外光谱在线检测模型性能最稳定,其变量数仅为原始光谱的1.69%,预测集的相关系数和均方根误差分别为0.936和0.351%。研究表明采用CARS-SPA能有效提取苹果SSC的光谱特征变量,能有效简化模型并提高模型精度。      

软枣猕猴桃总酚的可见-近红外漫反射光谱无损检测

应用可见-近红外漫反射光谱在570～1848nm光谱区域内,建立了软枣猕猴桃总酚定量数学模型。实验将贮藏分三个阶段(采收阶段,贮藏12d,贮藏24d)进行,通过对比分析不同建模方法得到软枣猕猴桃总酚定标模型。结果表明,应用偏最小二乘回归算法、一阶导数处理和反相多元离散校正处理所建软枣猕猴桃总酚定标模型的预测性能较好。定标集样本的交互验证相关系数(RCV)为0.8939,交互验证均方根误差(RMSECV)为11.6734mg/100g;预测集样本的相关系数(RP)为0.8627,预测均方根误差(RMSEP)为16.7690mg/100g。研究表明：可见/近红外漫反射光谱对软枣猕猴桃总酚的快速无损检测具有一定的可行性, 但模型精度有待提高。     

基于透射光谱技术的红提pH和硬度无损检测

红提pH和硬度决定着果实的口感和收获后的品质。本文提出了一种基于透射光谱的红提pH和硬度(Firmness,FI)的检测方法。首先采集360个全生长周期红提样本光谱数据并通过不同光谱预处理建模,以此确定最好的光谱预处理方法。然后分别采用竞争性自适应加权算法(Competitive Adaptive Reweighted Sampling,CARS)、连续投影算法(Successive Projection Algorithm,SPA)、无信息变量消除算法(Uniformative Variable Elimination,UVE)、CARS-SPA、UVE-SPA数据降维方法对光谱进行特征变量提取,分别建立红提pH和硬度的偏最小二乘回归算法(Partial Least Squares Regression,PLSR)检测模型。红提果粒的pH和硬度的最优预测模型分别为移动平均法(Moving-Average Method,MA)-CARS-SPA-PLSR和MA-UVE-SPA-PLSR,两个模型预测集相关系数(Correlation Coefficient of Prediction,...     

近红外光谱技术检测燕麦中蛋白质含量

以93份燕麦样品为研究对象,比较了不同光谱预处理方法和不同回归方法对定标模型的影响,建立了定量分析燕麦中蛋白质含量的合理模型。结果表明,最佳的预处理方法:光谱散射处理为标准化处理(SNV),数学处理为2441;最佳的回归方法为改进偏最小二乘法(MPLS)。在此条件下模型对验证集的测定值与预测值的决定系数为0.954 3,均方根误差为0.160 7,模型的预测准确性良好。建立的近红外模型对燕麦中蛋白质快速测定有一定参考价值。     

利用可见/近红外光谱技术对小米产地进行溯源研究

目的利用可见/近红外光谱技术对产自不同地区的晋谷21号小米进行溯源研究。方法使用近红外光谱仪获取产自洪洞、浮山、沁县3个不同地区的晋谷21号小米400~1004nm波段范围内的漫反射光谱;对光谱分别进行多元散射校正法(multiple scattering correction,MSC)、一阶导数法(first derivative,1St-D)预处理;对预处理光谱进行主成分分析,全交叉验证确定最佳主成分数量,获取主成分;同时选择预处理光谱特征波长。使用马氏距离法、线性判别法建立判别模型,最后用未知样品的验证准确率来表示模型的判别效果。结果原始光谱和MSC处理光谱提取特征波长分别建立的产地判别模型对3个不同产地的小米判别完全准确;1St-D处理光谱基于7个主成分结合马氏距离法和基于9个主成分结合线性判别法建立的2种判别模型对3个不同产地的小米亦实现完全准确判别。结论可见/近红外反射光谱技术用于小米产地的判别具有可行性,本研究可为小米产地的快速判别应用中提供技术基础。     

基于可见/近红外光谱无损检测苹果可溶性固形物的光照优化

为优化光照在提高可见/近红外光谱无损检测苹果可溶性固形物含量（SSC）精度中的应用,实验比较了四种光照方式对USB2000+微型光谱仪采集苹果随机摆放位置时的透射光谱信号。在剔除光谱异常样本并经光谱预处理后,与常规方法检测的SSC建立偏最小二乘（PLS）回归模型。通过比较模型的预测均方根误差（RMSEP）与相关系数（rp）,结果发现低角度、多光源组合的光照方式最好,模型预测结果为rp=0.804、RMSEP=0.635。该光照方式可为今后便携装置、在线检测的光源设计提供参考。      

基于可见/近红外光谱技术的便携分析仪的应用

目的为解决水果内部品质信息的快速无损检测,自主研制了一台基于可见/近红外光谱技术的便携式分析仪,通过试验验证其可行性及所建模型的鲁棒性。方法以红富士苹果为检测对象,采集透射光谱曲线,与化学指标可溶性固形物含量(soluble solid content,SSC)分别建立基于平均光谱、基于各采样光谱的偏最小二乘(partial least squares,PLS)回归模型,比较预测精度并对非同批次样本进行预测。结果试验表明该分析仪对苹果SSC具有较高的测量精度,特别是基于各采样光谱的PLS模型,对同批次样本预测相关系数(Rp)达到0.924,预测均方根误差低至0.429%Brix,预测精密度(平均偏差)低至0.136%Brix,对非同批次样本SSC表现出较强的鲁棒性能,预测均方根误差为0.531%Brix。结论通过此项研究,表明该便携分析仪可用于水果内部品质信息的定量分析,并建议采用基于各采样光谱建立的回归模型用于外来样本的预测。