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高光譜成像儀在寧夏枸杞產(chǎn)地溯源鑒別中的應(yīng)用

時間:2024-04-18 點擊:331次

枸杞是我國一味傳統(tǒng)的藥食同源的食療佳品。枸杞富含多種生物活性成分,具有補(bǔ)肝益腎、明目、抗衰老、抗氧化等功效。在中國,枸杞以寧夏中寧枸杞品質(zhì)最好,有著“中寧枸杞甲天下”的美譽。本文介紹了高光譜成像儀在寧夏枸寧夏杞產(chǎn)地溯源鑒別中的應(yīng)用。

枸杞

寧夏枸杞產(chǎn)地溯源鑒別的重要性:

寧夏枸杞是茄科枸杞屬的多年生灌木,營養(yǎng)豐富且具有藥用價值,被稱為“藥食同源”水果"。近代藥理研究表明,枸杞子具有延緩衰老、降血糖、降血脂、降血壓、免疫調(diào)節(jié)、益精明目、滋陰補(bǔ)腎等多方面功效。我國枸杞種植面積廣泛,主要分布在寧夏、內(nèi)蒙古、新疆、甘肅等地,其中寧夏枸杞是唯一被收錄于《中華人民共和國藥典》的枸杞品種。隨著人們生活水平的不斷改善以及保健意識的增強(qiáng),寧夏枸杞因具有肉質(zhì)飽滿、甘甜、色艷、含糖量低等優(yōu)點受到消費者的喜愛。但品質(zhì)優(yōu)良的寧夏枸杞產(chǎn)量有限,導(dǎo)致一部分不良商販濫用其他產(chǎn)區(qū)的枸杞冒充寧夏優(yōu)質(zhì)枸杞以假亂真,嚴(yán)重擾亂寧夏枸杞交易市場。

傳統(tǒng)的枸杞產(chǎn)地溯源檢測方法包括高效液相色譜法、碳同位素分析和電子鼻,而這些技術(shù)成本高昂、耗時且具有破壞性。因此,迫切需要一種經(jīng)濟(jì)、高效、快速且無損的檢測方法。近紅外光譜作為一種快速、無損檢測食品化學(xué)質(zhì)量屬性的技術(shù)已被廣泛使用。然而,近紅外光譜是一種點測量技術(shù),在某些情況下由于樣品的異質(zhì)結(jié)構(gòu),獲得的光譜信息可能不足或不能代表整個樣品。高光譜成像技術(shù)將光譜和成像技術(shù)相融合,同時獲取光譜和空間信息的特殊優(yōu)勢備受食品行業(yè)研究人員的青睞。


高光譜成像儀在寧夏枸杞產(chǎn)地溯源鑒別中的應(yīng)用:

近年來,采用高光譜成像技術(shù)對枸杞產(chǎn)地溯源鑒的實時和無損檢測的大量研究,相比較于物理化學(xué)法,高光譜成像技術(shù)具有快速、無損、成本低和預(yù)測準(zhǔn)確特點,在很多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。采用高光譜成像技術(shù)獲得的數(shù)據(jù),圖像上的每一個像素點包含全波長范圍的光譜信息,可以具體到單個像素級別的分析,大大提高了分析精細(xì)度,可以根據(jù)需要,在整個對象的面上尋找提取感興趣區(qū)域,獲得對象的光譜數(shù)據(jù),而采用近紅外光譜分析技術(shù)嚴(yán)格意義上說,只能提取對象單個小區(qū)域的平均光譜數(shù)據(jù),不能同時提取對象整個面上區(qū)域的光譜數(shù)據(jù)。高光譜成像技術(shù)具有圖像分析技術(shù)和光譜分析技術(shù)的雙重優(yōu)點,在枸杞產(chǎn)地溯源鑒別領(lǐng)域具有非常大的潛力,其可以獲取樣品的高光譜圖像數(shù)據(jù),高光譜數(shù)據(jù)塊是一種三維數(shù)據(jù),在每個波長上都有一幅灰度圖像與之對應(yīng),在圖像上每個像素點都包括全譜波長信息。通過高光譜技術(shù)采集的光譜信息,提起特征波長,然后建立預(yù)測模型,就可以對枸杞的產(chǎn)地進(jìn)行鑒別。具體步驟如下:

1.樣品準(zhǔn)備

挑選大小、顏色均勻的枸杞,并剔除表面有明顯缺陷、有蟲眼、干枯的劣質(zhì)枸杞。對樣品根據(jù)產(chǎn)地進(jìn)行分組,并進(jìn)行編號。

2.高光譜數(shù)據(jù)采集

將儀器按照規(guī)定進(jìn)行校正后,進(jìn)行光譜數(shù)據(jù)的采集,采集時測試鏡頭的距離要與樣品表面保持適當(dāng)?shù)木嚯x。另外,為了捕捉到清晰的枸杞性狀,需要對圖像的分辨率進(jìn)行設(shè)置,讓后進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,得到三維光譜圖像數(shù)據(jù)。

3.光譜數(shù)據(jù)的提取

利用ROI工具對每個樣品進(jìn)行感興趣區(qū)域的提取,計算每個波段的區(qū)域內(nèi)平均反射率,導(dǎo)出保存,作為樣品的原始光譜數(shù)據(jù),用作后續(xù)數(shù)據(jù)處理。

4.光譜數(shù)據(jù)預(yù)處理

光譜數(shù)據(jù)中除了包含樣品的組分信息外,還夾雜著環(huán)境噪聲、雜散光、樣品背景等不相關(guān)信息。因此為了減小或消除這些無用信息的影響,提高檢測模型的精度和穩(wěn)定性,建模前需要對原始光譜進(jìn)行預(yù)處理。

5.特征波長選取

高光譜數(shù)據(jù)中包含大量的冗余信息,需要提取出最小冗余新變量消除數(shù)據(jù)間的共線性和重疊問題,提高模型的運行效率和模型的可解釋性。

6.模型的建立與評價

根據(jù)特征波長選取方法的不同,可以建立多元化枸杞產(chǎn)地溯源判斷的預(yù)測模型,通過預(yù)測模型就可以對枸杞的產(chǎn)地進(jìn)行判斷,進(jìn)而對其產(chǎn)地進(jìn)行溯源鑒定。

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