光物性相近水果品質(zhì)指標(biāo)的近紅外通用模型檢測方法
【專利摘要】一種光物性相近水果品質(zhì)指標(biāo)的近紅外通用模型檢測方法，包括建立近紅外通用模型和利用近紅外通用模型測定水果品質(zhì)指標(biāo)兩大部分，是基于光物性相近的不同種類水果之間近紅外光譜的相似性而建立的近紅外通用模型，其建?；舅悸肥牵庾V采集后進(jìn)行光譜預(yù)處理，用移動窗口偏最小二乘法篩選出所有品種水果的共用特征波長范圍，然后在共用特征波長段范圍上用SPA算法進(jìn)一步提取共用特征波長點(diǎn)，最后利用已有軟件建立PLS模型或建立MLR模型。本發(fā)明方法測定準(zhǔn)確率高，可行性強(qiáng)，克服了現(xiàn)有近紅外檢測技術(shù)中不同種類水果必須分類檢測的弊端，降低了建模成本，提高了工作效率，建模波長點(diǎn)少，適用于一般濾光片型近紅外儀器。
【專利說明】光物性相近水果品質(zhì)指標(biāo)的近紅外通用模型檢測方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及水果的近紅外無損檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種一次性建立近紅外通 用模型同時(shí)檢測多種光物性相近水果的品質(zhì)指標(biāo)如糖度指標(biāo)、酸度指標(biāo)或成熟度指標(biāo)的方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] 近紅外光譜檢測技術(shù)，具有非破壞、快速、無前處理、無污染等特點(diǎn)，在水果品質(zhì)指 標(biāo)的無損檢測中，已經(jīng)得到了廣泛的運(yùn)用。在進(jìn)行無損檢測前，需要針對特定的物料建立模 型，隨后再對未知樣品進(jìn)行預(yù)測。檢出限一般為〇. 1%，對于水果來說，光譜中反映的是化學(xué) 成分含量較高的信息，如：水、可溶性固形物等，對于理化特征相近的水果來說，近紅外光譜 是相似的，因而相近物料建立通用模型是可行的。在單一品種水果內(nèi)部品質(zhì)的無損檢測中， 近紅外光譜分析技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛運(yùn)用。由于不同水果理化性質(zhì)及外觀的差異，通常采 取對不同水果建立各自分析模型的策略，顯而易見，這樣建模成本及后期模型的維護(hù)成本 都非常高。此外，對于濾光片型近紅外儀器來說，由于本身覆蓋波長點(diǎn)有限，導(dǎo)致內(nèi)置模型 數(shù)量受限，且不能包含建模波長點(diǎn)較多的模型，適用性較差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明目的在于提供一種利用光物性相近水果品質(zhì)指標(biāo)的近紅外通用模型檢測 方法，解決現(xiàn)有近紅外檢測技術(shù)中只能針對一類水果建立近紅外模型、無成熟的多品種通 用模型、由此導(dǎo)致模型的建立與維護(hù)成本高、工作效率相對較低的技術(shù)問題；還解決現(xiàn)有近 紅外儀器由于本身覆蓋波長點(diǎn)有限、導(dǎo)致內(nèi)置模型數(shù)量受限、適用范圍比較局限、適用性較 差的技術(shù)難題。
[0004] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案： 一種光物性相近多品種水果品質(zhì)指標(biāo)的近紅外通用模型檢測方法，其特征在于：包括 近紅外通用模型的建立和利用近紅外通用模型測定水果內(nèi)部品質(zhì)兩大部分， 第一部分，近紅外通用模型的建立，具體包括如下步驟： 步驟一、物料準(zhǔn)備：準(zhǔn)備光物性相近的多品種的待測水果，所述光物性相近是指物料間 有相似的理化性質(zhì)，其中的任意兩種水果的近紅外原始光譜經(jīng)光譜歸一化后的歐氏距離不 大于0. 2,水果的總品種數(shù)為2?6類。所述光物性相近的材料的選擇非常重要，所述光物 性相近是指有相近的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，使得物料間近紅外原始光譜經(jīng)光譜歸一化后， 歐氏距離不大于〇. 2,歐氏距離可以表示信號間的相似程度，歐氏距離越小，光譜相似程度 越高。按照現(xiàn)有技術(shù)計(jì)算樣品之間的歐式距離，具體步驟如下： 1、 在每個(gè)品種中選取足夠數(shù)量的樣品，采集其原始近紅外光譜； 2、 選擇代表性波段：應(yīng)避開噪聲較大的波段，本發(fā)明涉及的水果品種選取780?920nm 波段； 3、 計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)光譜：計(jì)算每一種物料的平均光譜，作為該品種水果的標(biāo)準(zhǔn)光譜； 4、 光譜歸一化處理：分別對每一種物料進(jìn)行光譜歸一化處理，光譜歸一化處理的基本 原理公式為

【權(quán)利要求】
1. 一種光物性相近水果品質(zhì)指標(biāo)的近紅外通用模型檢測方法，先建立模型，再利用模 型測定水果品質(zhì)指標(biāo)，其特征在于：先建立近紅外通用模型，再利用近紅外通用模型測定水 果品質(zhì)指標(biāo)； 所述建立近紅外通用模型的具體步驟如下； 步驟一、物料準(zhǔn)備，即準(zhǔn)備光物性相近的多個(gè)品種的待測水果，所述光物性相近是指物 料間有相似的理化性質(zhì)，即其中的任意兩種水果的近紅外原始光譜經(jīng)光譜歸一化后的歐氏 距離不大于0. 2,水果總品種數(shù)為2?6類； 步驟二、選取建模樣品，即從每種水果中隨機(jī)選取至少30個(gè)樣品作為校正集樣品，至 少10個(gè)樣品作為驗(yàn)證集樣品，校正集樣品和驗(yàn)證集樣品的個(gè)數(shù)比為3 : 1; 步驟三、采集校正集樣品和驗(yàn)證集樣品的原始近紅外光譜； 步驟四、利用化學(xué)法測定已采集完光譜的水果的實(shí)際品質(zhì)指標(biāo)值； 步驟五、將步驟三中采集到的原始近紅外光譜進(jìn)行預(yù)處理，使用化學(xué)計(jì)量學(xué)軟件對所 有光譜依次進(jìn)行散射校正、降低噪聲和消除積分時(shí)間的處理； 步驟六、提取每種水果的特征波長，即分別用化學(xué)計(jì)量學(xué)軟件對每種水果的光譜進(jìn)行 預(yù)處理，提取該種水果單獨(dú)建模時(shí)的特征波長； 步驟七、提取所有品種水果的共用特征波長范圍，即待每個(gè)品種水果的特征波長提取 完畢后，進(jìn)行比對，選取能覆蓋所有特征波長的波段作為共用特征波長范圍； 步驟八、從共用特征波長范圍中提取共用特征波長點(diǎn)，即用化學(xué)計(jì)量學(xué)軟件從共用特 征波長范圍中提取共用特征波長點(diǎn)； 步驟九、建立近紅外通用模型，即將步驟八得到的共用特征波長點(diǎn)作為建模波長，將步 驟四中得到的實(shí)際品質(zhì)指標(biāo)值作為標(biāo)準(zhǔn)值，利用步驟五預(yù)處理后的近紅外光譜建立近紅外 通用模型； 步驟十、近紅外通用模型準(zhǔn)確度的檢驗(yàn)，即將驗(yàn)證集樣品的近紅外光譜和實(shí)際品質(zhì)指 標(biāo)值代入近紅外通用模型，進(jìn)行近紅外通用模型準(zhǔn)確度的檢驗(yàn)，根據(jù)預(yù)測值計(jì)算預(yù)測標(biāo)準(zhǔn) 差RMSEP，若其值滿足實(shí)驗(yàn)要求則代表模型可行；否則，則重復(fù)步驟五?步驟十，直至滿足 要求； 所述利用近紅外通用模型測定水果品質(zhì)指標(biāo)的具體步驟如下； 步驟A、將近紅外通用模型導(dǎo)入近紅外光譜儀中，調(diào)整相應(yīng)積分時(shí)間； 步驟B、利用該近紅外光譜儀采集待測水果的原始近紅外光譜，儀器會將得到的原始近 紅外光譜輸入到模型中，得出品質(zhì)指標(biāo)預(yù)測值，直至所有水果測定完畢。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光物性相近水果品質(zhì)指標(biāo)的近紅外通用模型檢測方法， 其特征在于：所述步驟一中光物性相近的多個(gè)品種的待測水果為蘋果、梨和桃三種，三者光 譜采集的積分時(shí)間分別為100ms、90ms和60ms，光譜采集范圍為500nm?1010nm，分辨率 2nm，三者的共用特征波長為840?918nm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種光物性相近水果品質(zhì)指標(biāo)的近紅外通用模型檢測方法， 其特征在于：所述步驟三中，原始近紅外光譜采集的具體采集方法是，采用K-BA100R型便 攜式近紅外光譜儀，配備光纖采集附件，采用C⑶檢測器，待樣品放置至室溫后，在每個(gè)樣 品赤道上均勻分布的四個(gè)采樣區(qū)分別進(jìn)行光譜采集。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種光物性相近水果品質(zhì)指標(biāo)的近紅外通用模型檢測方法， 其特征在于：所述步驟四中的品質(zhì)指標(biāo)為糖度指標(biāo)、酸度指標(biāo)或成熟度指標(biāo)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種光物性相近水果品質(zhì)指標(biāo)的近紅外通用模型檢測方法， 其特征在于：所述步驟四中，品質(zhì)指標(biāo)為糖度指標(biāo)時(shí)，測定實(shí)際品質(zhì)指標(biāo)值的方法為，在樣 品赤道上光譜采集區(qū)域的中心部位挖取20mm*20mm*10mm的方塊擠汁后，采用折光儀測定 汁內(nèi)部可溶性固形物的含量作為實(shí)際糖度指標(biāo)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種光物性相近水果品質(zhì)指標(biāo)的近紅外通用模型檢測方法， 其特征在于：所述步驟四中，品質(zhì)指標(biāo)為酸度指標(biāo)時(shí)，測定實(shí)際品質(zhì)指標(biāo)值的具體方法為， 在樣品赤道上光譜采樣區(qū)中心挖取果肉20?30g，搗碎后用80°C的水轉(zhuǎn)移至250mL容量 瓶中，進(jìn)行30min沸水浴，然后取出冷卻至室溫，定容過濾，形成試液，吸取試液50mL，加入 50mL水混勻，用0· 05mol/L的NaOH溶液滴定至終點(diǎn)，該過程中用pH計(jì)監(jiān)控試液的pH值，記 錄消耗的滴定液額體積，計(jì)算出總酸含量。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種光物性相近水果品質(zhì)指標(biāo)的近紅外通用模型檢測方 法，其特征在于：所述步驟四中，品質(zhì)指標(biāo)為成熟度指標(biāo)，測定實(shí)際品質(zhì)指標(biāo)值的具體方法 為，在水果樣品赤道上光譜采集區(qū)域的中心部位挖取20mm*20mm*10mm的方塊，一半用來擠 汁后采用折光儀測定水果內(nèi)部可溶性固形物的含量作為實(shí)際糖度指標(biāo)；另一半搗碎后用 80°C的水轉(zhuǎn)移至250mL容量瓶中，進(jìn)行30min沸水浴，然后取出冷卻至室溫，定容過濾后形 成試液，吸取試液50mL，加入50mL水混勻，用0. 05mol/L的NaOH溶液滴定至終點(diǎn)，該過程中 用pH計(jì)監(jiān)控試液的pH值，記錄消耗的滴定液額體積，計(jì)算出總酸含量；分別測定糖度和酸 度后，計(jì)算糖酸比，用以標(biāo)記成熟度。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5?7任意一項(xiàng)所述的一種光物性相近水果品質(zhì)指標(biāo)的近紅外通用 模型檢測方法，其特征在于：所述步驟八中，從共用特征波長段中提取的共用特征波長點(diǎn)為 5 個(gè)，分別為 840nm、850nm、860nm、886nm、900nm。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種光物性相近水果品質(zhì)指標(biāo)的近紅外通用模型檢測方 法，其特征在于：所述步驟五中，光譜預(yù)處理的具體方法是利用化學(xué)計(jì)量學(xué)軟件，依次使用 SNV、窗口大小為25的三次多項(xiàng)式SG平滑法及二階導(dǎo)數(shù)法對光譜進(jìn)行預(yù)處理。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種光物性相近水果品質(zhì)指標(biāo)的近紅外通用模型檢測方 法，其特征在于：所述步驟九中，使用化學(xué)計(jì)量學(xué)軟件建立PLS模型或MLR模型。
【文檔編號】G01N21/3563GK104062263SQ201410328830
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年7月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月11日
【發(fā)明者】韓東海, 劉然, 戚淑葉 申請人:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)