太赫兹光谱技术对红薯淀粉中明矾含量的检测方法研究

明矾是一种可以改良粉条粉丝易断粗糙特性的违法添加剂,明矾的含量过高进入人体后会直接影响身体健康。结合太赫兹光谱技术探索红薯淀粉中明矾含量快速检测方法。采用太赫兹时域光谱系统(Terahertz time domain spectroscopy, THz-TDS)于常温下获取0.5~7 THz范围内红薯淀粉、明矾及其混合物的光谱数据。因0~0.5 THz测得的频谱均为噪声,高频段区域的吸收系数大、信噪比低,故选取0.5~2 THz波段的吸收系数谱和折射率谱进行分析。发现明矾在该波段存在明显的特征吸收峰,可作为指纹特征用于物质识别。分别采用Savitzky-Golay卷积平滑(SG Smoothing,SG平滑)、基线校正(Baseline)、归一化(Normalization)等方法进行光谱预处理,再结合偏最小二乘(partial least squares, PLS)对红薯淀粉中明矾含量建立预测模型。结果表明,采用原始光谱、 SG平滑、 Baseline、 Normalization等光谱数据建立PLS模型的最佳因子数(principal component factors)分别为3, 3, 3和2;校正集相关系数(r_c)分别为0.982, 0.980, 0.982和0.984;预测集相关系数(r_p)分别为0.982, 0.979, 0.982和0.987;校正集均方根误差(root mean square error of calibration, RMSEC)分别为0.011, 0.012, 0.012和0.011;预测集均方根误差(root mean square error of prediction, RMSEP)分别为0.013, 0.014, 0.013和0.012;可知归一化预处理后建立PLS模型效果最佳。为对比分析线性(PLS)与非线性(LS-SVM)两种定量模型方法的预测精度,采用相同预处理方法后的红薯淀粉中明矾含量光谱数据建立最小二乘支持向量机(least squares support vector machine, LS-SVM)预测模型,选用径向基函数(RBF)作为核函数。结果表明,归一化预处理后建立LS-SVM模型效果最佳,其预测集均方根误差(RMSEP)为0.0047,预测集相关系数(r_p)为0.997 2。发现对红薯淀粉中明矾含量建立LS-SVM预测模型的稳定性更好、精确度更高。采用太赫兹时域光谱结合LS-SVM和PLS对红薯淀粉中明矾含量进行定量分析。结果表明,采用归一化预处理后的LS-SVM比PLS模型的预测效果更优,可能是红薯淀粉与明矾混合物中含有更多的非线性信息。研究表明,太赫兹时域光谱结合化学计量学方法可为红薯淀粉中明矾含量的定量分析提供快速精确的分析方法。

不同品种苹果糖度近红外光谱在线检测通用模型研究

由于果实内部细胞结构、组成成分和光学传输特性的不同,品种差异会对近红外建模分析果实内部品质时产生较大的影响,以致原有模型无法高精度地预测果实品质参数。探讨开发不同品种近红外通用模型用于在线检测苹果内部品质的可行性。采用水果动态在线分选设备,设置运行参数为:积分时间100 ms,运动速度5 s^-1,采集包括冰糖心,红富士及水晶富士三个品种苹果的近红外漫透射光谱。分析了三个品种近红外漫透射光谱的响应特征,其光谱曲线走势基本一致,在650, 709和810 nm附近存在突出吸收峰,而在670, 750与830 nm附近存在波谷,其差异主要表现为光谱吸收强度的差异。采用多元散射校正, Savitzky-Golay卷积平滑及归一化处理方法,减少了不同品种引起的光谱信息差异。混合三个品种各校正集样本,采用偏最小二乘回归算法建立了不同品种糖度的通用模型,并利用无信息变量消除法(UVE)对建模变量进行筛选,最终得到的有效变量个数为155。所建立的UVE-PLS模型对验证集的决定系数,均方根误差以及残留预测偏差分别为0.80, 0.61%与2.21。在UVE筛选变量的基础上,采用连续投影算法再对建模变量进行选择,最终选出的变量个数为22。采用多元线性回归(MLR)方法建立了简化后的通用模型,对验证集的决定系数与均方根误差分别为0.78与0.64%。测试集用于评估最佳的不同品种糖度通用模型的实际性能,模型对每个品种测试集的潜变量数,决定系数与均方根误差分别为6~10, 0.77~0.79与0.45~0.75%。结果表明水果动态在线分选设备对不同品种苹果内部品质检测的潜力。通过建立通用模型,扩大了单一品种模型的预测范围,提高了模型在不同品种间的预测稳健性。并且采用合适的变量选择方法能够减少模型变量个数,降低模型复杂程度,并最终提高模型速率。开发不同品种水果内部品质通用模型在波长有限的近红外光谱设备中具有良好的潜在应用。

基于近红外光谱检测不同产地石榴的糖度

基于可见/近红外漫透射光谱技术,探讨了对不同产地石榴的品质进行快速无损检测的可行性。首先,利用能够有效抑制杂散光影响的动态在线检测装置采集石榴的近红外光谱,测试石榴糖度的真值;然后结合主成分分析法对不同产地的石榴进行聚类分析,大致将样品分为两类;最后建立不同产地石榴的偏最小二乘判别分析模型,模型的判别准确率为97%以上。采用多种预处理方法(S-G平滑、归一化、基线校正、MSC等)建立了两类石榴的单一模型,结果表明:基线校正的效果明显优于其他方法,所建立的四川石榴模型的预测集相关系数R_p为0.82,预测集均方根误差(RMSEP)为0.37,建模集相关系数R_c为0.90,建模集均方根误差(RMSEC)为0.31;云南石榴模型的R_p为0.81,RMSEP为0.33,R_c为0.87,RMSEC为0.27。在后期采用未参与建模的样品的分选验证实验中,两个产地石榴的判别率为95%,糖度的分选准确率可达92.5%。结果表明,近红外光谱在石榴产地的判别和糖度的分选上具有重要意义,可为以后的石榴在线分选研究提供依据。