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。     

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。     

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。     

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。     

基于可见-近红外光谱预测灵武长枣脆度及模型优化

利用可见-近红外光谱对在4℃下冷藏24 h的灵武长枣脆度进行检测,并建立了最优模型。通过400~1 000 nm高光谱成像系统采集了112个长枣图像,对原始光谱与经SNV,MSC、S-G、1ST、2ND、SNV+1ST、MSC+1ST、SNV+2ND、MSC+2ND、SNV+S-G、MSC+S-G预处理后光谱的偏最小二乘回归(PLSR)模型进行了对比分析;采用主成分分析法(PCA)、连续投影算法(SPA)、竞争性自适应重加权法(CARS)提取特征波长,分别建立偏最小二乘回归(PLSR)和主成分回归(PCR)模型;将经预处理后的简化PLSR模型与全波段PLSR模型进行了对比分析。结果表明,采用标准归一化法(SNV)预处理后的PLSR模型优于原光谱及其他预处理方法;提取特征波长后建立的CARS-PLSR模型优于CARS-PCR模型和全波段PLSR模型,其相关系数(RP)和预测均方根误差(RMSEP)分别为0.919、1.121。这表明,基于可见-近红外光谱检测冷藏灵武长枣脆度是可行的,SNVCARS-PLSR模型最佳。     

壶瓶枣轻微损伤可见/近红外光谱动态判别模型研究

为了研究快速识别轻微损伤壶瓶枣与完好壶瓶枣的有效方法,本文以轻微损伤壶瓶枣和完好壶瓶枣为研究对象,动态采集轻微损伤壶瓶枣和完好壶瓶枣的近红外光谱数据。采用S-G平滑与多元散射校正(MSC)相结合的方法预处理光谱数据,分别以预处理后的全光谱(FS)数据和采用主成分分析(PCA)法提取主成分、采用连续投影算法(SPA)提取特征波长作为输入变量,建立偏最小二乘判别分析(PLS-DA)和最小二乘支持向量机(LS-SVM)模型,比较4种损伤壶瓶枣及完好壶瓶枣的判别准确性。结果表明:采用PCA提取主成分有较明显的优势,对4种损伤壶瓶枣的判别准确性均能满足实际要求,且采用PCA-LS-SVM模型对4种轻微损伤壶瓶枣和完好壶瓶枣的正确判别率最佳,分别达到100%、86%、100%、100%和100%,总的正确判别率为97.2%。该研究为轻微损伤壶瓶枣的动态判别提供了新的理论基础。     

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。     

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。     

近红外光谱技术定性鉴别蜂蜜品种及真伪的研究

提出了蜂蜜品种及真伪定性鉴别的新方法。在12000～4000cm-1范采集荆条蜜、槐花蜜、油菜蜜和掺假蜜的近红外光谱,结合一阶导、多元散射校正及变量标准化)三种方法对光谱进行预处理,以主成分分析结合马氏距离判别法,在不同谱区建立蜂蜜品种及真伪定性鉴别模型。研究发现6100～5700cm-1谱区为最佳建模波段,品种判别正确率达90%以上,真伪鉴别正确率为93.10%。     

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。     

基于NIRS的食用醋品牌溯源模型的建立与优化

本文主要探讨了近红外光谱(NIRS)结合模式识别技术应用于食用醋品牌溯源研究。采集了四个品牌(四川保宁香醋、山西东湖老陈醋、镇江恒顺香醋、镇江香醋)共160组食醋样品的近红外漫反射光谱,通过主成分分析(PCA)进行光谱变量压缩及剔除8个异常样本数据后,随机选取其中的114组样品组成训练集用于建立溯源模型,剩余38组样品用作测试集进行模型验证。比较了MSC、SD、SNV等几种不同光谱预处理方法以及它们的不同组合对溯源模型的影响,同时考察了PLS-DA与SIMCA两种建模方法对模型的影响。结果表明:选择MSC与SD相结合的方法对光谱数据进行预处理,并采用SIMCA建模方法所建立的醋品牌溯源模型对四大品牌醋的正确识别率分别可达100%、100%、91.7%、90%。由此说明采用近红外光谱技术结合模式识别技术可有效实现食用醋品牌溯源的目的。     

基于主成分分析和人工神经网络的近红外光谱大豆产地识别

为了准确、快速地识别大豆产地,通过近红外光谱技术（NIRS）结合主成分分析（PCA）和人工神经网络技术（ANN）研究不同国家大豆内含特征,建立进口大豆产地识别模型。采用箱型图校正法,剔除阿根廷、巴西、乌拉圭、美国等4个国家166组大豆样本中12组异常样本。采用多元散射校正（MSC）、标准正态变量（SNV）、Savitzky-Golay（SG）平滑滤波等方法进行光谱数据预处理,结果表明,采用SG（3）平滑结合MSC预处理效果最好。主成分分析表明,前10个主成分的累积贡献率达到99.966%。选取主成分分析得到前10个主成分为输入向量,4个产地作为目标向量,分别采用支持向量机（SVM）、邻近算法（KNN）与人工神经网络法（ANN）建立识别模型。结果表明,采用BP-ANN建模效果最好,总体测试集准确率为95.65%,其中阿根廷准确率为100%,巴西准确率为100%,乌拉圭准确率为80%,美国准确率为100%,该模型能够实现对进口大豆生产国别的识别。     

基于FT-NIR光谱技术结合KPCA-MD-SVM对白酒基酒的快速判别

为保证在摘酒过程中基酒分段的准确,研究通过利用傅里叶变换近红外设备对整个摘酒过程中的基酒样品进行光谱采集,使用支持向量机（SVM）对最优预处理的基酒光谱建立基酒分段模型,其模型训练集的正确率为93.02%,测试集判别率为90.08%。为减少建模时间和提高模型的可靠性,使用核主成分分析（KPCA）对基酒光谱数据降维,并对此建立基酒分段模型。其训练集正确率为94.81%,测试集判别率为90.75%,相比无KPCA分析时的分段模型训练集高1.79%,测试集高0.67%。为进一步提高模型的判别能力,使用马氏距离（MD）剔除了降维后的异常数据样品,创建的基酒分段模型训练集对基酒段数的正确率为98.72%,测试集正确率为98.75%。剔除异常样品后的分段模型的训练集正确率提高了3.91%,测试集判别率提高了8%。以上研究表明了KPCA+MD+ SVM基酒分段模型能对基酒进行快速判别,为近红外光谱在自动化摘酒方面提供了一种理论可能。     

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。     

不同产地国产烤烟近红外光谱的特征分析及其模式识别

对2003年125个不同产地的国产烤烟烟叶的原始近红外光谱、SNV光谱与一阶导数光谱进行了主成分分析,采用主成分空间下的马氏距离判别样本的产地归属,提出根据仪器噪声和误差水平确定最大主成分个数,研究了主成分个数、样本空间、光谱区间对烟叶产地识别准确率的影响,分析了烟叶产地的近红外特征区和产地特征信息在不同主成分上的体现。结果表明,采用光滑处理的全光谱区间的一阶导数光谱,在建模样本空间进行主成分分析时所建模型对烟叶样品的识别准确率最高。     

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。