近红外光谱技术在乳及乳制品质量检测中的应用

随着生活水平的提升,人们对食品质量的关注日益增加,快速获取产品质量信息已成为热点问题之一。近红外光谱技术作为一种快速、无损、定量的检测手段,能够在短时间内获取食品的质量信息,该技术已逐渐在食品质量评价中得到广泛应用。本文综述了近红外光谱技术在乳及乳制品质量检测方面的应用,旨在为该技术在乳制品行业中的进一步应用提供参考。

近红外光谱技术快速鉴别碱水浸泡鸡肉的研究

采用近红外光谱分析技术并结合主成分分析法,建立碱水浸泡鸡肉快速鉴别模型。原始光谱经平滑、多元散射校正和一阶导数等预处理后进行系统主成分分析,结果显示正常鸡肉和碱水浸泡鸡肉能得到清晰的分类。通过不同光谱预处理方法,采用簇类的独立软模式法建立分类模型,结果显示通过对样品光谱采用7点卷积平滑方法预处理,分类模型综合正确率最高,校正回判正确率在77.08%~100%之间,预测正确率在81.25%~100%之间。综上,采用近红外光谱分析技术对碱水浸泡鸡肉进行快速鉴别可行。

基于近红外光谱技术有监督模式识别的青皮产地溯源分析

利用便携式近红外光谱仪采集不同产地(安徽、广东、四川)青皮外壁和内囊光谱数据,采用单一预处理和组合预处理方法消除光谱中的多种干扰,结合主成分分析(PCA)、簇类独立软模式分类法(SIMCA)及Fisher线性判别分析(FLDA)等模式识别方法建立青皮产地溯源模型。结果表明,光谱预处理可以在一定程度上消除基线漂移、背景噪声和谱峰重叠干扰,但无法实现产地溯源。3种模式识别方法中,PCA无法实现青皮产地溯源;青皮外壁和内囊原始光谱的SIMCA模型获得的青皮产地溯源整体鉴别率分别为99.14%和98.28%;FLDA模型获得的整体鉴别率均为99.57%,优于SIMCA模型;经光谱预处理优化后的SIMCA和FLDA模型对青皮产地溯源的鉴别率均可达100%,即便携式近红外光谱技术结合有监督模式识别方法可实现青皮产地溯源的无损分析,可为食药同源物质产地溯源拓展新途径。

近红外光谱技术在茶叶生产质控与品质评价中的研究进展

茶是世界上最受欢迎的饮料之一,在国内外均有庞大的市场。市场的发展对茶叶的品质要求不断提高,而快速、可靠的茶叶质量控制与品质评价技术是辅助茶叶品质提升的重要手段,一直是研究者关注的热点。传统的茶叶质量与品质检测方法费力、耗时或极具主观性。近红外光谱技术以其简单、无损、快速的特点,在茶叶生产质控与品质评价中越来越受到人们的欢迎。基于近红外光谱的检测技术是一种间接的检测方法,其检测结果容易在数据传递过程中受到各种影响因素的干扰,本文总结了近红外光谱技术在茶叶生产质控与品质评价中的重要影响因素,分析了近红外光谱技术在茶叶生产质控与品质评价中的应用状况,并对研究前景进行展望,为应用近红外光谱技术于茶叶生产质控与品质评价中的研究方向提供参考。

近红外光谱技术快速检测新鲜红辣椒中水分含量和辣椒素含量的研究

为了快速准确地检测新鲜红辣椒中水分含量和辣椒素含量,采用近红外光谱技术结合偏最小二乘法(PLS)建立预测新鲜红辣椒中水分含量和辣椒素含量的定量模型。对5个品种138份新鲜红辣椒进行光谱采集,并将采集的光谱数据分别与水分含量和辣椒素含量检测值进行关联。结果表明,水分含量检验集、校正集、预测集模型的相关系数r分别为0.9585、0.9886、0.9285,残留预测偏差(RPD)都在2以上,模型拟合效果较好,预测性和准确度高;辣椒素含量模型相关系数r均大于0.8,RPD均大于2,模型预测的准确度高。说明基于近红外光谱模型快速检测新鲜红辣椒中水分含量和辣椒素含量的方法可行。

近红外光谱技术在常用包装材料分类方法的研究与应用

目的探索近红外光谱技术在常见包装材料分类中的应用潜力。方法首先利用近红外光谱仪对PBS、HDPE、LDPE、LLDPE、PP、PS、POE、PPC、PBAT、PLA、PGA+PBAT这11类常用包装材料进行光谱数据采集,然后采用滑动平均(MA)、标准正态变量变换(SNV)、多元散射校正(MSC)对光谱进行预处理,使用支持向量机(SVM)、K-近邻(KNN)、决策树和随机森林4种模式识别方法建立定性判别模型,最后根据模型评价指标和混淆矩阵对模型的预测性能进行比较。结果SNV结合K-近邻的模型分类效果较优,准确率达到97.03%。结论基于近红外光谱仪的塑料鉴别研究为塑料回收和再利用提供了一种便捷、快速、无损的检测方法,具有较好的应用前景。

脑功能性近红外光谱技术在新生儿领域中的研究进展

功能性近红外光谱技术(functional near-infrared spectroscopy,fNIRS)是一种新兴的神经影像学检查工具,根据神经血管耦合机制,通过监测脑氧代谢的变化反映脑部神经元的活动功能,无创便捷,尤其适合新生儿脑功能监测。该文对新生儿语言、音乐和情绪的脑网络发育规律,新生儿护理的脑网络成像,静息态脑网络连接规律,以及疾病状态下脑功能成像特点等方面的fNIRS相关研究进行综述。

功能性近红外光谱技术研究的可视化分析

背景:近年来,功能性近红外光谱技术因便携性、低成本、非侵入性和高时间分辨率的特点,在认知神经科学、临床医学和工程技术等领域展现出广泛的研究意义和应用潜力。目的:分析近10年来功能性近红外光谱技术的研究进展、热点问题及前沿趋势。方法:在Web of Science数据库中检索2013-01-01/2023-11-30发表的功能性近红外光谱技术相关文献,运用CiteSpace和VOSviewer软件对发文统计量、期刊、国家、机构、作者和关键词进行可视化分析。结果与结论:共纳入2 714篇文献进行研究,近10年有关功能性近红外光谱技术的文献总量整体呈上升趋势。选择的2 714篇文献,来自68个国家2 400个机构的9 171名作者,共发表在495种期刊上,美国和英国伦敦大学是代表性的国家和机构,Ehlis和Fallgatter是该研究领域具有影响力的2位作者,《神经影像》期刊以高引用率位居首位。功能性近红外光谱技术研究主要来自英国伦敦大学、中国北京师范大学和德国图宾根大学。使用VOSviewer 1.6.20生成的关键词共现网络图揭示了6个研究集群,通过分析各集群的具体关键词进一步把握了该领域的研究热点。关键词的突现分析揭示了研究前沿和发展趋势,为功能性近红外光谱技术未来研究方向提供了重要指导。

功能性近红外光谱技术在成年人单-双任务范式平衡测试前额皮层脑功能活动测量中的应用

目的:应用功能性近红外光谱技术(functional near-infrared spectroscopy,f NIRS)观察健康成年人在进行感觉统合测试(sensory organization test,SOT)伴或不伴听觉认知任务时的平衡表现及背外侧前额叶(dorsolateral prefrontal cortex,DLPFC)激活差异。方法:招募健康受试者11例,分别进行单双任务测试。单任务测试时仅进行SOT,双任务测试为SOT+听觉Stroop测试;测试同时,运用f NIRS测量大脑的血氧浓度,分析单、双任务下前额皮层氧合血红蛋白(oxyhemoglobin,HbO_(2))浓度变化的差异,以对比激活情况。同时观察的平衡测试指标为SOT得分。结果:受试者在单、双任务平衡测试中SOT得分无显著差异(P=0.152)。对比休息状态,受试者执行6种SOT双任务及单任务SOT6时,DLPFC区域平均HbO_(2)浓度变化量有显著升高;当对比双任务与单任务的差异时,SOT1、SOT2、SOT3和SOT5的双任务DLPFC区的HbO_(2)浓度变化对比单任务时具有显著性增高(P<0.05),SOT4和SOT6则无显著差异。结论:健康成年人在进行SOT时同时进行听觉认知测试,其平衡表现虽与单独进行SOT无差异,但通过f NIRS技术可以观察到DLPFC区域脑激活差异。单、双任务对比下,DLPFC区域脑激活的显著差异说明在双任务环境下维持姿势的稳定需要更多的认知资源;同时也说明DLPFC在姿势—认知双任务中的重要作用。

基于近红外光谱技术的南荻生物质品质快速分析

为快速分析洞庭湖南荻的生物质品质(可溶物、纤维素、半纤维素、木质素、灰分含量和纤维素结晶度、聚合度),以采集的126份种质资源为材料,分别采用2种光谱预处理方法和3种特征光谱筛选方法优化原始光谱,基于不同组合方式优化光谱及原始光谱,结合偏最小二乘法构建近红外光谱分析模型,筛选针对7个品质指标的双重优化模型,基于灰色关联度法对126份种质资源进行工业化潜力评估。结果表明:洞庭湖南荻可溶物、纤维素、半纤维素、木质素、灰分含量及纤维素结晶度、聚合度均存在丰富的多样性,且大致呈正态分布,符合近红外建模的要求;基于直接差分法(DD)结合竞争性自适应重加权算法(CARS)优化的PLS模型对南荻可溶物含量的预测结果表现优异,其校正集的均方根误差(RMSEC)为0.27,决定系数(R_(C)^(2))为0.99;交叉验证集的均方根误差(RMSECV)为0.77,决定系数(R^(2)_(CV))为0.97,预测集的相对分析误差为5.07,相关系数(R_(V)^(2))为0.88;基于DD结合变量组合集群分析混合迭代保留信息变量(VCPA–IRIV)优化的PLS模型在南荻的纤维素、半纤维素、木质素、灰分含量和结晶度、聚合度的预测中表现优异,模型的RMSEC为0.14~10.20,R_(C)^(2)为0.98~0.99,RMSECV为0.28~19.46,R^(2)_(CV)为0.94~0.98,R_(V)^(2)为0.87~0.98,相对分析误差(RPD)为4.84~15.65;表明基于双重优化光谱子集建立的近红外光谱模型能较好地预测南荻的生物质品质,且具有较高的稳定性;通过灰色关联度法对126份南荻种质资源进行评估,发现126个样本的工业化利用潜力分数大致呈正态分布,其利用潜力分数的均值为54.4,一级种质资源4个,二级种质资源40个,三级种质资源63个,四级种质资源14个,五级种质资源5个。

运动损伤与功能性近红外光谱技术综述

随着全民运动的兴起,运动损伤的发生率逐年增加,同时,随着人们经济生活的提高,对运动损伤后的康复更为重视。目前的运动损伤康复治疗以肢体功能康复为主,但运动损伤后脑功能变化也开始受到研究者的关注。功能性近红外光谱技术(fNIRS)以其抗干扰性、便携性等特点,可较好地应用于运动损伤患者的脑功能检测中。本文对运动损伤康复及fNIRS的研究成果进行了归纳总结,探讨了运动损伤康复的现状和研究进展,分析fNIRS及其在研究运动损伤后损伤肢体神经控制机制的应用价值,为进一步提升运动损伤的康复效果提出新思路。

不同吞咽时期大脑皮质激活特征:基于功能性近红外光谱技术

目的采用功能性近红外光谱技术(fNIRS)研究吞咽不同时期大脑皮质激活情况。方法2023年10月至12月,招募健康成年人18例,在fNIRS采集过程中执行视觉刺激、咀嚼、舌尖滑动和反复吞咽4项任务,计算覆盖额叶、顶叶和枕叶3个区域共计41个通道的皮质激活β值。结果在口腔前期,双侧运动前区和辅助运动皮质区(PSMC)、双侧额下回、右侧视觉联合皮质(AVC)和左侧初级运动皮质(PMC)被激活(P<0.05)。在口腔准备期,右侧额下回三角部(PTG)、右侧额极区(FPA)、右侧背外侧前额叶(DPC)、左侧初级躯体感觉皮质(PSC)、左侧PSMC、左侧PMC被激活(P<0.05)。在口腔期和咽期的过渡期,双侧PSMC,双侧PMC被激活(P<0.05)。在口腔期和咽期两个连续时期,双侧PSC、双侧PTG、双侧FPA、双侧眶额区、双侧PSMC、双侧DPC、双侧PMC被激活(P<0.05)。结论吞咽运动需要额叶、顶叶和枕叶的大脑皮质共同协调完成,不同吞咽时期主要激活的脑区具有差异性,PSMC和PMC参与大部分吞咽时期。

基于近红外光谱技术的气体浓度检测研究

气体浓度在各领域分析中具有重要意义,由于在气体浓度检测过程中,受光谱维度的影响导致检测结果出现较大的误差,为了降低在测量过程中产生的不利影响,提出基于近红外光谱技术的气体浓度检测研究。通过去势-标准正态变换,校正近红外光谱基线。联合广义S变换和奇异值分解共同去噪近红外光谱,提升光谱质量。基于主成分分析提出偏最小二乘降维法用于降维近红外光谱。以朗伯比尔定律为基础,引入Lorenz线性拟合近红外光谱吸收谱线,采用梯度下降法直接拟合预处理近红外光谱吸收信号,计算得到最终气体浓度检测结果。实验结果表明,所提方法在检测甲苯、丙烷和丙烯气体浓度时,检测结果与实际气体浓度基本一致,有效降低了残差平方和与均方根误差,且检测时间低于2.3 s。

近红外光谱技术在人参质量评价中的研究现状

本文总结了近红外光谱技术在人参外观检验、有效成分分析、重金属和农药残留检测等质量评价方法中的应用,论述了近红外光谱技术在提高评价准确性和可靠性方面的重要性,同时总结了近红外光谱技术在人参产地溯源、年限鉴别、种子鉴别、类别鉴别、皂苷和多糖检测等多方面的应用。

基于功能性近红外光谱技术探索自主排尿相关腹肌运动控制脑功能活动

目的在自主排尿过程中腹肌随意收缩是一种运动控制任务,以功能性近红外光谱技术(fNIRS)探索该动作的中枢活动特征。方法招募年龄≥18岁的健康受试者共19例。接受2次fNIRS检测,分别在无尿意及强尿意状态下进行重复腹肌收缩动作。以对应的无腹肌收缩任务下的脑活动为基线,分析这2种不同状态时腹肌收缩特有的脑皮质活动。结果强尿意时腹肌收缩主要激活双侧前运动/辅助运动区(BA6)、双侧背外侧前额叶皮层(BA9/46)、双侧额极区(BA10)、右侧额下回前部(BA47)、右侧颞中回(BA21)、右侧初级运动皮层(BA4)、左侧初级体感皮层(BA1/2/3)与左侧额下回三角部Broca区(BA45)(P<0.05)。无尿意时执行腹肌收缩动作主要激活双侧前运动/辅助运动区(BA6)(P<0.05)、右侧初级运动皮层(BA4)、右侧初级体感皮层(BA1/2/3)、右侧额下回三角部Broca区(BA45)及右侧边缘上回Wernicke区(BA40)(P<0.05)。相比于强尿意状态,无尿意时的主动腹肌收缩动作在双侧前运动/辅助运动区(BA6)存在更强激活(P<0.05)。相比于无尿意状态,强尿意时的腹肌收缩动作在左侧背外侧前额叶皮层(BA46)激活更强(P<0.05)。结论前额叶皮层、初级体感皮层、初级运动皮层、前运动/辅助运动区共同参与调控自主排尿相关腹肌随意收缩。并且在强尿意状态下进行腹肌运动时,可引起前额叶皮层的进一步激活,提示前额叶皮层在感知尿意之后,对于促进腹肌运动和排尿启动具有积极的作用。

利用近红外光谱技术检测固定化脂肪酶酶蛋白含量

利用近红外光谱技术检测固定化脂肪酶的酶蛋白含量,在获得近红外光谱数据后,分别用一阶导数、二阶导数、标准正态变量变换和多元散射校正4种不同预处理方法进行处理,获得最佳的光谱处理方法为标准正态变量变换。利用连续投影算法、竞争性自适应重加权算法、无信息变量消除算法3种不同的波长筛选算法获得特征波长,在此基础上分别用偏最小二乘法、支持向量机回归和BP神经网络3种建模方法建立近红外光谱模型,最终获得最佳的建模方法为标准正态变量变换-支持向量机回归,在此建模条件下,模型决定系数为0.9894,模型均方根误差为0.3178,模型交叉验证决定系数为0.9764,模型交叉验证均方根误差为0.3816,相对分析误差可达6.51。

功能近红外光谱技术应用于脑老化前额叶功能特征分析的研究进展

脑老化是与年龄增长相关的正常的中枢神经系统退行性改变,与认知、步行和平衡功能的退化密切相关。前额叶(PFC)是参与功能代偿的主要脑区之一,对脑老化带来的功能退化有主要调控作用。利用近年来新兴的功能性近红外光谱技术(fNIRS),同步认知、步行和平衡任务可进行动态监测前额叶和其他脑区的皮质血流氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的浓度,并进一步结合血管耦合机制进行脑功能分析,可深入探讨前额叶在脑老化中的调控机制,旨在为今后相关临床实践和研究提供参考。

基于近红外光谱技术快速检测油脂中磷含量

磷含量是油脂精炼加工过程中油脂质量控制的重要指标之一。目前油脂中磷含量常按照GB/T 5537—2008《粮油检验磷脂含量的测定》第一法钼蓝比色法进行测定,其检测步骤复杂,耗时6~8h,检测周期较长,对生产指导有延迟,因此急需开发油脂中磷含量的快速检测技术。

基于近红外光谱技术的固体推进剂燃速模型化快速预估方法

利用近红外光谱技术建立了基于近红外光谱的固体推进剂燃速快速预估模型,通过波谱范围筛选和光谱预处理对模型进行优化,并采用内部验证和外部验证对该模型进行评价,验证模型的精密度及准确度。结果表明,基于近红外光谱技术的固体推进剂燃速快速预估模型测试时间约为2 min,燃速偏差范围为-0.122~0.067 mm/s,精密度测试相对标准偏差≤0.4%,准确度测试偏差-0.029~0.057 mm/s。该方法能够在药浆混合阶段快速预测固体推进剂的燃速,提供了一种简单快捷和稳定可靠的燃速测定新方法。

关于“近红外光谱技术在早期识别新生儿胃肠道疾病中的应用”一文作者单位的更正启事

由于作者疏忽,在《中国当代儿科杂志》2024年第26卷第5期523~528页上发表的“近红外光谱技术在早期识别新生儿胃肠道疾病中的应用”一文中,原作者单位“新疆医科大学新疆维吾尔自治区儿童医院新生儿科”存在表述上的不准确,现更正为“新疆医科大学”。对此给读者带来的不便,深表歉意。