傅里叶变换红外光谱和紫外光谱数据融合对牛肝菌种类的鉴别

采集5?种共272?份牛肝菌样品的傅里叶变换红外光谱和紫外光谱,结合多光谱信息融合策略,建立牛肝菌种类快速鉴别的方法。多元散射校正（multiplicative signal correction,MSC）及二阶导数（second derivative,2D）等预处理方法对原始光谱进行优化,比较优化处理对区分不同种类牛肝菌影响;利用优化处理后的光谱数据及融合数据建立偏最小二乘判别分析（partial least squares discriminant analysis,PLS-DA）模型和支持向量机（support vector machine,SVM）判别模型。结果显示：1）经过2D和MSC预处理后,不同种类牛肝菌的PLS-DA鉴别效果优于未优化模型,表明2D＋MSC预处理优化了光谱信息并提高了分类准确度;2）基于傅里叶变换红外光谱、紫外光谱、低级融合和中级融合数据分别建立PLS-DA模型,预测正确率为86.87%、66.67%、78.89%和95.56%;建立SVM判别模型,预测正确率分别为88.89%、74.44%、91.11%和100.00%,表明中级融合技术对不同种类牛肝菌鉴别效果显著,优于其他技术;3）中级融合技术在PLS-DA模型和SVM判别模型中对样品的预测正确率分别为95.56%和100.00%,表明SVM判别模型对牛肝菌种类区分效果优于PLS-DA模型。采用中级融合技术建立SVM判别模型,快速鉴别牛肝菌种类,为牛肝菌种类鉴别和质量控制提供可靠、稳定的方法。     

多光谱数据融合技术对绒柄牛肝菌产地的鉴别

采集5?个产地96?份绒柄牛肝菌样品的红外光谱和紫外光谱,结合多光谱信息融合策略,建立快速、有效鉴别绒柄牛肝菌产地的方法。运用多元散射校正、标准正态变量、二阶导数等预处理方法对原始光谱数据进行优化处理,减少噪音干扰。选取具有指纹特性的光谱信息进行初级数据融合;通过偏最小二乘判别分析（partial least squares-discriminant analysis,PLS-DA）筛选光谱数据中变量在投影方向重要程度大于1的波段,进行中级数据融合。利用优化处理后的单一光谱数据及多光谱融合数据建立PLS-DA模型和支持向量机（support vector machine,SVM）判别模型,比较两种判别模型对绒柄牛肝菌产地的鉴别效果。结果显示,通过红外光谱、紫外光谱、初级融合和中级融合数据分别建立PLS-DA模型,对绒柄牛肝菌产地的预测正确率为56.25%、56.25%、62.50%和81.25%;建立SVM判别模型,产地预测正确率分别为90.63%、65.63%、87.50%和96.88%,表明中级融合技术对绒柄牛肝菌产地鉴别效果显著,优于其他技术;并且SVM判别模型对牛肝菌产地区分效果优于PLS-DA模型。采用中级融合技术建立SVM判别模型,能够快速、有效鉴别不同产地绒柄牛肝菌,同时为食品质量监控提供有效方法和理论基础。     

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。     

云南不同产地美味牛肝菌元素含量特征分析及风险评估

对云南省不同产地美味牛肝菌矿质元素含量及风险进行分析评估,明确矿质元素含量差别及暴露风险,为云南省食用菌产业的发展和野生牛肝菌的食用安全评估提供参考依据。采集云南8个产地美味牛肝菌171份样品,利用电感耦合等离子体发射光谱法测定美味牛肝菌中14种矿质元素含量,结合SPSS统计软件对原始数据进行标准化处理消除量纲,计算主成分分析综合得分并进行相关性分析。结果表明:美味牛肝菌中Ca、Fe、Mg、Na等矿质元素含量丰富,不同产地美味牛肝菌中矿质元素含量具有差异;相关性分析表明子实体中元素之间主要以协同作用为主,部分元素之间存在拮抗作用;有毒元素Cd的富集可能与Fe、Mg、Ba、Co、Cr、Mn、V、Zn存在较好的协同作用。主成分分析综合得分能反映出不同产地美味牛肝菌的元素含量差异,元素的富集可能与诸多生态因子有关。昆明、玉溪、大理、曲靖等地区的美味牛肝菌存在Cd暴露风险,建议消费者适量食用。对美味牛肝菌元素含量特征及相关性进行分析,可为云南省野生牛肝菌资源的开发利用和食用安全性评估提供科学依据。     

振动胁迫下双孢蘑菇高光谱成像品质检测

为快速有效识别双孢蘑菇轻微损伤,以不同振动时间后不同损伤程度的双孢蘑菇为研究对象,采集400～1 000 nm的完好无损、振动60 s和振动120 s双孢蘑菇的近红外高光谱图像,发现3 种类型的双孢蘑菇在450～750 nm的光谱曲线有明显差异。比较标准正态变量变换、SG（Savitzky-Golay）平滑和多元散射校正等预处理方法,确定SG平滑为最优预处理方法。并将处理后的数据采用连续投影算法和竞争性自适应重加权算法提取不同损伤程度的特征波段;基于灰度共生矩阵提取500 nm波长特征图像感兴趣区域的纹理特征,分别将光谱信息和纹理特征信息作为输入,建立偏最小二乘判别分析（partial least squares-discriminant analysis,PLS-DA）、BP（back propagation）神经网络和极限学习机损伤程度识别模型。结果表明,两种特征集建模,PLS-DA模型均表现出最好的识别效果,PLS-DA模型训练集和测试集平均识别准确率为93.33%、91.11%和88.89%、86.67%。最后基于光谱-纹理融合信息建立PLS-DA模型,训练集和测试集总体识别正确率分别为97.78%、95.56%。结果表明,光谱-纹理融合信息建模预测效果优于单一特征信息建立的判别模型。因此,采用高光谱融合信息建模可以提高不同损伤程度的双孢蘑菇检测精度,为双孢蘑菇贮藏、分类提供理论支撑。     

基于红外光谱技术的银耳产地识别研究

采用傅里叶红外光谱数据分析技术结合多元统计分析对银耳产地进行识别研究。采集福建古田、四川通江和河南的41个银耳样品的红外光谱信息,分析银耳的红外光谱特征;运用基线校正、多元散射校正(Multiplicative signal correction,MSC)、一阶导数(First derivative,FD)、二阶导数(Second derivative,SD)、Norris平滑(ND)、Savitzky-Golay平滑(SG)等方法对其进行预处理,选择最佳组合方法预处理后的光谱数据,建立最小偏二乘判别(PLS-DA)模型,并进行验证。结果表明,MSC+SD+SG(13,3)组合方法的预处理光谱效果最佳,与原始光谱相比,样品正确识别率提高了17.41%,达到100%。训练集和预测集的相关系数分别为0.9766、0.9559,校正标准差和预测标准差分别为0.1182、0.1740,模型对训练集和预测集样品的识别率均为100%。因此,红外光谱通过PLS-DA分析可以对不同产地的银耳进行快速、有效、准确的识别。     

基于近红外光谱与矿物元素指纹信息融合对绿豆产地判别模型比较分析

为提高模型对绿豆产地的鉴别率,通过近红外光谱指纹信息和矿物元素指纹信息融合技术分析来自黑龙江省杜尔伯特蒙古自治县、吉林省白城市、黑龙江省泰来县、山东省泗水县绿豆样品中近红外光谱吸收强度和矿物元素含量,结合偏最小二乘判别分析(PLS-DA)法建立融合这两种指纹信息的鉴别方法。结果表明,信息融合模型的绿豆产地鉴别准确率为100%,与单一光谱指纹信息模型(90.0%)和矿物元素指纹信息模型(96.7%)相比,分别提高了10.0%和3.3%。因此,采用PLS-DA法信息融合模型对绿豆产地进行鉴别是可行的,近红外光谱指纹信息和矿物元素指纹信息融合技术可以提高绿豆产地的鉴别效果。     

基于近红外光谱的茶叶高氯酸盐污染水平研究

目的 建立一种基于近红外光谱（near-infrared spectroscopy,NIR）分析技术快速定量茶叶中高氯酸盐污染水平的预测模型。方法 采集不同产地的91份茶叶干样,通过傅里叶变换近红外光谱扫描获得样品的近红外漫反射光谱,使用液相色谱质谱法测定茶叶样品中的高氯酸盐含量,以参考量限0.75 mg/kg为标准将样品分为两类;利用偏最小二乘判别分析（partial least squares-discriminant analysis, PLS-DA）建模建立高氯酸盐含量范围的预测模型,同时使用一阶导（1st）、连续小波变换（continuous wavelet transform, CWT）、多元散射校正（multiplicative scatter correction,MSC）、标准正态变换（standard normal variate,SNV）等光谱预处理和竞争自适应重加权（competitive adaptive reweighted sampling,CARS）采样波长筛选技术对判别模型进行优化,最后通过预测集样品对模型进行验证。结果 使用原始光谱建立的模型能够初步实现对高氯酸盐含量范围的预测,而使用光谱预处理扣除光谱中的背景信息,结合MSC和CARS方法共同处理后,模型的预测正确度显著改善,误判样品下降至3个,预测正确率提高至88.5%。结论 本方法表明近红外光谱技术可以为茶叶中高氯酸盐污染水平分析提供一种新方法,对茶叶产业高质量发展具有重要的实际意义。     

野生牛肝菌元素含量特征分析及其种类鉴别

野生牛肝菌的营养价值及暴露风险关系到消费者的健康安全,并严重影响其市场稳定和贸易出口。本文采用电感耦合等离子体原子发射光谱法和傅里叶变换红外光谱法测定8种野生牛肝菌429份样品中12种元素的含量和光谱数据,分析元素含量特征及食用健康风险,同时基于元素含量、红外光谱、初级融合和中级融合数据分别建立偏最小二乘判别分析和支持向量机(SVM)判别模型,比较其鉴别效果。结果显示:野生牛肝菌富含Ca、Mg、Na、Zn等矿质元素,适量摄入可以补充人体营养需求,同时也应当注意部分牛肝菌的Cd暴露风险;基于中级融合建立SVM判别模型,其训练集和预测集正确率均为100%,能够快速、准确鉴别牛肝菌种类,有效避免因误采误食导致的中毒事件发生。系统性的对牛肝菌进行元素含量分析、健康风险评估和种类鉴别,为其品质安全评估和资源的开发利用提供参考。     

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。     

基于近红外光谱技术检测苹果气调贮藏期可溶性固形物含量

目的 基于近红外光谱技术结合偏最小二乘（Partial least square, PLS）法和最小二乘支持向量机回归（Least square-support vector regression, LS-SVR）法建立苹果气调贮藏期可溶性固形物（Soluble solids contents, SSC）含量预测模型。方法 在分析了气调贮藏期苹果细胞结构和SSC变化的基础上,采集了可见-近红外（Visible-near infrared, Vis-NIR）波段和长波近红外（Long wave near infrared, LWIR）波段下不同贮藏时间的苹果漫反射光谱信息,利用主成分分析方法（Principal component analysis,PCA）分析不同贮藏期苹果光谱信息分布特征,使用Kennard-Stone（K-S）算法以3:1比例对样本集进行划分,使用多元散射校正（Multiplicative scatter correction, MSC）和SG（Savitzky-Golay）平滑对光谱进行预处理,利用连续投影算法（Successive projections algorithm, SPA）和竞争自适应重加权采样（Competitive adaptive reweighted sampling, CARS）法对光谱进行特征波长提取,并建立SSC预测模型。结果 在LWIR波段下,经MSC预处理和CARS提取特征波长后建立的PLS模型取得了较好的预测精度,模型相关系数为0.900,均方根误差为0.478;经MSC、SG平滑预处理和CARS提取特征波长后建立的LS-SVR模型取得了更好的预测精度,模型相关系数为0.927,均方根误差为0.507。结论 构建的基于可见/近红外光谱无损预测模型可实现对气调贮藏期苹果SSC的准确预测,为高效贮藏技术提供了理论基础。     

基于近红外光谱的鸡蛋产地溯源

为了快速、准确、无损地追溯鸡蛋的不同产地,借助于近红外光谱技术,采用主成分析结合PLS-DA判别模型和簇类独立软模式法(SIMCA)建立了鸡蛋的溯源模型。利用标准正态变量(standard normal variate,SNV)、Savitzky-Golay平滑滤波(SG)和多元散射校正(multiplicative scatter correction,MSC)等方法对原始光谱数据进行了预处理,结果表明SG(3点)平滑处理结果最好;利用主成分分析方法对不同地区的鸡蛋进行聚类分析,发现当主成分数为3时,建立的SIMCA溯源效果最好。结果表明,在显著水平0.05时,4个地区(朔州、吕梁、太谷、运城)验证集的识别率均为100%,其中吕梁和运城地区的拒绝率为100%,朔州和太谷地区的拒绝率为98.6%。说明SIMCA模式建立的模型基本能够判别鸡蛋产地。     

基于便携式近红外光谱仪的食品接触性塑料鉴别

采用便携式近红外光谱仪对聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)和聚碳酸酯(PC)6类食品接触性塑料材质进行鉴别研究。用5点平滑、多元散射校正(MSC)、一阶导数和标准正态变量变换(SNV)4种方法对塑料样品光谱进行预处理;主成分分析(PCA)和偏最小二乘判别分析(PLS-DA)分别用于塑料样品光谱空间分布分析和定性判别模型的建立。结果表明:光谱经SNV和MSC预处理后,6类塑料样品在前3个主成分空间得到了较好的分离;PLS-DA结合SNV预处理方法可得到精简的塑料材质定性判别模型,模型校正集和预测集的正确识别率(CRR)均为100%。该方法可为食品接触性塑料材质的快速鉴别提供参考。     

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。     

A Non-invasive Method for Screening Sodium Hydroxymethanesulfonate in Wheat Flour by Near-Infrared Spectroscopy

A rapid and non-invasive method, based on near infrared diffuse reflectance spectroscopy, was established for screening sodium hydroxymethanesulfonate in wheat flour. Successive projection algorithm was used for spectral variable selection. The selected variables were applied as inputs to partial least square discriminant analysis (PLS-DA) and advanced K-means dynamic clustering. The first two principal components extracted by PLS-DA had been applied as inputs to least squares support vector machine (LS-SVM). Three algorithms, including PLS-DA, advanced K-means dynamic clustering, and LS-SVM, were used to establish the calibration model. The results of LS-SVM outperformed that of the other two methods, with the classification accuracy of 92.0% for the validation and 94.7% for the prediction. The results of the study showed the potential of near-infrared spectroscopy as a non-invasive and environmentally acceptable method for the screening of sodium hydroxymethanesulfonate in wheat flour.     

基于可见/近红外光谱技术的橘小实蝇侵染柑橘检测研究

目的 使用可见/近红外光谱技术实施橘小实蝇侵染柑橘不同时期的无损检测。方法 研究选取人工制备的不同侵染时期的柑橘样本作为研究对象,利用搭建的可见/近红外光谱系统测量的光谱信息结合人工标定的侵染时期,对原始光谱进行了5种预处理,采用竞争性自适应重加权算法（competitive adaptive reweighted sampling,CARS）、连续投影算法（successive projection salgorithm,SPA）两类方法提取反映侵染柑橘时期变化的光谱特征波长,应用偏最小二乘判别分析(partial least squares discriminant analysis,PLS-DA)建立基于特征波长光谱的柑橘侵染时期分类模型,对比分析不同光谱预处理方法的模型分类效果。结果 原始光谱经多元散射校正（multiplicative scatter correction,MSC）预处理的模型分类效果最佳,分别经CARS方法和SPA方法优选出了34和16个光谱特征波长。采用MSC-CARS-PLS-DA方法构建的模型分类效果最好,总准确率假阳率分别达到了96.8%和100.0%,模型对健康柑橘和侵染柑橘有较强的分类能力。结论 通过可见/近红外光谱结合PLS-DA判别方法,可以实现橘小实蝇侵染柑橘的无损检测,为今后继续开展橘小实蝇侵染柑橘光谱检测研究提供参考依据。     

红外光谱结合多元统计分析快速鉴别不同种类牛肝菌

采用傅里叶变换红外光谱结合多元统计分析方法快速鉴别不同种类食用牛肝菌。采集10 个不同种类93 个牛肝菌子实体的红外光谱,分析食用牛肝菌的红外光谱特征;用多元散射校正（multiplicative signal correction,MSC）、标准正态变量（standard normal variate,SNV）、二阶导数（second derivative,SD）、Norris平滑（ND）、正交信号校正（orthogonal signal correction,OSC）、小波压缩等方法对光谱进行优化处理;经优化处理的光谱数据分别建立马氏距离分类模型及偏最小二乘判别分析（partial least squares discriminant analysis,PLSDA）。结果显示,牛肝菌在3 325、2 934、2 927、1 637、1 547、1 402、1 375、1 259、1 453、1 081、1 029 cm－1等附近有多个吸收峰,主要归属为蛋白质、多糖、氨基酸等的特征吸收峰。MSC＋SD＋ND（15∶5）和SNV＋SD＋ND（15∶5）两种预处理方式前10 个主成分累积贡献率分别为95.58%、95.54%,基于两种预处理方法建立马氏距离分类模型,验证集预测准确率分别为90%和95%。PLS-DA结果显示经MSC＋SD＋ND（15∶5）和SNV＋SD＋ND（15∶5）预处理不易于区分牛肝菌种类;原始光谱经正交信号校正及小波压缩（orthogonal signal correction waveletcompression,OSCW）、优化处理并进行PLS-DA分析,能够很好地区分不同种类牛肝菌。马氏距离分类模型不仅能反映样品的分类情况,同时计算出与测试样品相似度最大的物种,可为食用菌种类鉴别和未知物种鉴定提供可靠依据;OSCW预处理后进行PLS-DA分析能有效鉴别不同种类牛肝菌,为野生食用菌的鉴别分类提供一种辅助方法。