微型近红外光谱仪检测水果可溶性固形物_郅建军

建模方法 ＰＬＳ
ＬＳ－ＳＶＭ
表３ 不同预处理方法 Ｃ１１７０８ＭＡ 水蜜桃所建模型校正和预测结果
校正集
预测集
预处理方法
预测相关系数 Ｒｃ
校正均方根误差 ＲＭＳＥＣ
校正相关系数 Ｒｐ
预测均方根误差 ＲＭＳＥＰ
ＲＡＷ
０．９３６３
０．５９７２
０．８１２２
０．９２１７
１Ｄｅｒ
０．９３６０
０．４２６２
图 ８ 微 型 光 谱 仪 嵌 入 式 检 测 平 台 示 意 图
图 １０ ＭｉｃｒｏＮＩＲ－１７００ 采 集 到 的 梨 子 光 谱 图
１．３ 可 溶 性 固 形 物 测 定 样 品 光 谱 测 量 完 成 后，按 照 ＮＹ／Ｔ２６３７－２０１４
标准，用阿贝 折 射 仪 测 定 可 溶 性 固 形 物 含 量 。 ［４］ 可 溶性 固 形 物 含 量 的 实 际 测 量 结 果 见 表 １ 和 表 ２，校 正集和预测集用 Ｋ－Ｓ 法划分，从 表 中 可 以 看 到 校 正 集的可溶 性 固 形 物 分 布 范 围 大 于 预 测 集 的 分 布 范 围 ，这 有 利 于 构 建 更 加 稳 健 的 预 测 模 型 。 １．４ 模 型 建 立 及 评 价
外水果品质检测仪 。 ［２］ 本研 究 尝 试 以 滨 松 公 司 生 产 的 Ｃ１１７０８ＭＡ 微
型光谱仪为基础，自 行 搭 建 两 套 可 溶 性 固 形 物 光 谱 采集系统。 以 微 型 光 谱 仪 结 合 自 行 设 计 的 光 纤 探 头检测水蜜桃可溶 性 固 形 物 含 量，以 微 型 光 谱 仪 嵌 式平台检测梨子可 溶 性 固 形 物 含 量，并 用 另 一 种 商 品化的 微 型 光 谱 仪 ＪＤＳＵ 公 司 生 产 的 ＭｉｃｒｏＮＩＲ－ １７００做 对 比。 多 种 预 处 理 方 法 结 合 ＰＬＳ 和 ＬＳ－ ＳＶＭ 建立水蜜桃可溶性固形物模型，多种波长优选 方法结 ＰＬＳ 建立多品种梨子可溶性固形物模型，优 化 水 果 可 溶 性 固 形 物 的 检 测 模 型 ，提 高 预 测 精 度 。
２０１６ 年 第 １ 期
分析仪器
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微型近红外光谱仪检测水果可溶性固形物
郅 建 军１ 陈 通１ 孙 武 坚２ 王 春 峰１ 郭 丽１ 陈 斌１
（１．江苏大学食品与生物工程学院，镇江 ２１２０１３；２．江苏大学机械工程学院，镇江 ２１２０１３）
摘 要：以滨松公司生产的 Ｃ１１７０８ＭＡ 微型光谱仪为基础，在自行搭建的两套光谱采集平台上检测水蜜桃、梨 子的 可 溶 性 固 形 物 含 量。 采 用 了 多 种 光 谱 预 处 理 方 法，结 合 ＰＬＳ 和 ＬＳ－ＳＶＭ 建 立 水 蜜 桃、梨 子 可 溶 性 固 形 物 模 型。实验结果表明，水蜜桃光谱经过标准化 预 处 理，建 立 的 ＬＳ－ＳＶＭ 模 型 效 果 最 好，校 正 相 关 系 数 （Ｒｐ）和 均 方 根 误差（ＲＭＳＥＰ）分别为０．８９０２和０．７７０３。梨 子 光 谱 经 过 ＣＡＲＳ 筛 选 得 到 ４６ 个 变 量，建 立 的 ＰＬＳ 模 型 效 果 最 好， Ｒｐ和 ＲＭＳＥＰ 分别为０．７５９７和０．５７８３。验证了该光谱仪在水果可溶性固形物含 量 检 测 方 面 的 应 用 的 可 行 性 ，为 进一步构建便携式水果可溶性固形物检测设备奠定了基础。
Ｃ１１７０８ＭＡ 微型光谱 仪 （滨 松 公 司 生 产），该 光
谱仪外形如图１所示，图 ２ 是 测 试 用 驱 动 电 路 板 外 形。该光谱 仪 结 构 紧 凑，尺 寸 只 有 拇 指 大 小，重 量 为９ｇ。光谱响应范围为 ６４０ｎｍ～１ ０５０ｎｍ。 该 光 谱仪探头采用带光接收狭缝的 ＣＭＯＳ图像传 感 器， 整合了 ＭＥＭＳ和图 像 传 感 器 技 术。 内 部 光 学 系 统 包含了一个凸透镜，光 栅 通 过 纳 米 压 印 技 术 制 作 在 透镜表面。具体结构 原 理 如 图 ３ 所 示，用 作 对 比 的 微型光谱 ＭｉｃｒｏＮＩＲ－１７００（ＪＤＳＵ 公 司ＪＤＳＵ 公 司） 如图４所示。
等噪声，提 高 光 谱 数 据 的 信 噪 比，在 建 立 模 型 前 对 原始光 谱 信 息 进 行 适 当 的 预 处 理 是 必 要 的 。 ［６］ 表 ３、表４分别是 Ｃ１１７０８ＭＡ、ＮＩＲ－１７００采集到的水蜜 桃近红外光谱，经过 不 同 方 法 预 处 理 之 后 采 用 ＰＬＳ 和 ＬＳ－ＳＶＭ 建模及预测结果。
表 ２ 梨 子 可 溶 性 固 形 物 含 量 分 布 情 况
最小值
最大值
９．４
１４．４
９．８
１４．１
平均值 １１．９５ １１．８２
标准差 ０．９９ ０．８６
２结果与讨论
２．１ 水 蜜 桃 可 溶 性 固 形 物 对光谱数据进行预处理可以消除因样品状态、
测量条件 和 杂 散 光 等 因 素 引 起 的 基 线 平 移 及 旋 转
由于价格 昂 贵、操 作 的 专 业 性、仪 器 稳 定 性 等 因素影响，近 红 外 光 谱 仪 在 我 国 的 食 品 工 业、农 业 和农产品加工部门并没有得到真正意义上的应用， 其中价格成为主要制约因素。没有出现能符合国 情的低成本、使 用 极 为 方 便 的 小 型 化、手 提 式 近 红
关 键 词 ：微 型 近 红 外 光 谱 仪 水 果 可 溶 性 固 形 物 回 归 模 型 ＤＯＩ：１０．３９３６／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－２３２ｘ．２０１６．０１．０１５
Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｏｌｕｂｌｅ ｓｏｌｉｄｓ ｃｏｎｔｅｎｔ（ＳＳＣ）ｉｎ ｆｒｕｉｔ ｕｓｉｎｇ ｍｉｎｉａｔｕｒｅ ＮＩＲ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ ．Ｚｈｉ Ｊｉａｎｊｕｎ１， Ｃｈｅｎ Ｔｏｎｇ１，Ｓｕｎ Ｗｕｊｉａｎ２，Ｗａｎｇ Ｃｈｕｎｆｅｎｇ１，Ｇｕｏ Ｌｉ１，Ｃｈｅｎ Ｂｉｎ１（１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｆｏｏｄ ａｎｄ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｅｎｇｉ－ ｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉａｎｇｓｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ２１２０１３，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉａｎｇｓｕ Ｕ－ ｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ２１２０１３，Ｃｈｉｎａ）
图 ７ ＭｉｃｒｏＮＩＲ－１７００ 采 集 到 的 水 蜜 桃 光 谱 图
１．２．３ 微 型 光 谱 仪 嵌 入 式 检 测 平 台 微型光谱仪和 电 路 板 封 装 在 盒 子 中，在 微 型 光
谱仪两侧放 置 两 个 卤 钨 灯，上 方 放 置 样 品 支 架，维 持样品稳定并防止漏光。将梨子置于样品支架上， 卤钨灯发出的光照 射 到 梨 子 上 发 生 漫 反 射，返 回 的 光进入检测 器，具 体 结 构 如 图 ８。 两 台 光 谱 仪 采 集 到 的 光 谱 如 图 ９ 和 图 １０。
基金项目：阵列式半导体激光器件的食品原料品质近红外快速检测方法的研究 ，国家自然基金项目（３１１７１６９７） 作 者 简 介 ：郅 建 军 ，男 ，１９９０ 年 出 生 ，硕 士 研 究 生 ，研 究 方 向 ：近 红 外 光 谱 技 术 在 食 品 、农 产 品 中 的 应 用 。 通 讯 作 者 ：陈 斌 ，男 ，江 苏 大 学 食 品 与 生 物 工 程 学 院 ，教 授 ，博 导 ，Ｅ－ｍａｉｌ：ｎｃｐ＠ｕｊｓ．ｅｄｕ．ｃｎ。
０．８５０５
０．９６１９
ＭＡＦ
０．９３１２
０．６１９５
０．８４１３
０．８２５７
去趋势
０．９２５４
０．６１５５
０．８５７０
０．９４２７
ＭＡＦ＋１Ｄｅｒ
０．９３１１
１．２．２ 微 型 光 谱 仪 结 合 光 纤 的 检 测 平 台 在微型光 谱 仪 结 合 自 行 设 计 的 光 纤 系 统 上 完
成对水蜜桃 光 谱 的 采 集，光 源 发 出 的 光，经 出 射 光 纤照射到样 品 上，发 生 漫 反 射，返 回 的 光 经 入 射 光 纤传输到检测器，如图５所示［３］，两台光谱仪采集 到 的 光 谱 如 图 ６、图 ７。
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分析仪器
２０１６ 年 第 １ 期
１ 试 验 部 分
１．１ 材 料 水蜜桃品种为 日 川 白 凤，采 自 镇 江 市 句 容 某 果
园。梨子有 多 个 品 种，包 括 晚 生 新 水、祝 水、喜 水、 明水、早生 新 水，采 自 镇 江 市 农 科 院 试 验 田。 依 次 编号标记，每 个 样 品 用 记 号 笔 圈 三 点，分 别 是 向 阳 面 、背 面 和 侧 面 ，每 个 点 代 表 一 个 试 验 样 品 。 １．２ 仪 器 与 光 谱 采 集 １．２．１ 微 型 光 谱 仪
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍｉｎｉａｔｕｒｅ ＮＩＲ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ；ｆｒｕｉｔ；ＳＳＣ；ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ｍｏｄｅｌ
水蜜桃和梨子 都 是 我 国 主 要 的 水 果 品 种，可 溶 性固形物 含 量 是 评 价 水 果 内 部 品 质 的 一 个 重 要 指 标。方便快捷地检 测 水 果 可 溶 性 固 形 物 含 量，对 于 水果生产、加 工 和 流 通 环 节 中 把 握 其 质 量，保 证 果 品品质具有重要 意 义。 与 传 统 破 坏 式 检 测 相 比，近 红外光谱检测 以 其 快 速、无 损 等 优 点 广 ［１］ 泛 应 用 于 水果内部品质检测。
图３ Ｃ１１７０８ＭＡ 微型光谱仪结构原理示意图
图４ ＭｉｃｒｏＮＩＲ－１７００光谱仪
图 ５ 微 型 光 谱 仪 结 合 光 纤 的 检 测 平 台 示 意 图
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图 ６ 结 合 光 纤 的 检 测 平 台 采 集 到 的 水 蜜 桃 光 谱 图
图 ９ 嵌 入 式 检 测 平 台 采 集 到 的 梨 子 光 谱 图
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