收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于拉曼光谱与有机成分分析的大米身份识别

田芳明  
【摘要】:在实施食品安全战略过程中,食品产地溯源是保障食品安全的重要途径之一,大米居于“五谷之首”,其安全一直是人们重点关注内容。我国水稻种植区域大、品种多,传统的大米身份检测方法主要停留在感官检测和化学检测两方面,不仅费时费力,且不便于推广,一些不法商贩利用这些漏洞,用非优质大米充当优质大米等现象层出不穷,同时,食品产地溯源技术的推进进一步提高了大米质量精细管控的要求。研究单籽粒大米产地、品种快速、无损检测技术对保护稻农利益、维护交易秩序及保障“舌尖上的安全”具有重要意义。本研究以东北地区大米为研究对象,利用拉曼光谱技术结合化学计量学方法及计算机编程技术,针对地域相近大米产地和品种无损检测分类难的问题,研究单籽粒大米产地、品种检测方法。主要研究内容和结果如下:(1)研究了大米光谱特性。为无损识别大米品种及产地,首先利用拉曼光谱仪采集不同激光强度、不同积分时间及不同扫描位置的大米光谱;其次通过MATLAB 2010采用均值中心化、归一化、标准化、Savitzky-Golay卷积平滑、标准正态变量变换、去趋势、多项式拟合、自适应迭代重加权惩罚最小二乘法、小波变换等方法对光谱进行预处理,最后采用小波变换对特征提取。结果表明:较优的采集参数为激光强度为h,积分时间为4s,扫描次数为4次,采集位置为米粒根、中、尖;经过特征提取获了20个特征波长,其中,269、480、865、941、1129、1260、1339、1461、2910cm~(-1)处拉曼特征峰体现为强振动模式,与其主要营养成分为淀粉、蛋白质及脂肪相对应。(2)建立了基于拉曼光谱的近地域大米身份识别模型。为了研究产地相近、品种相同和品种不同、产地相同的大米分类识别,获取了黑龙江省包含5个品种、5个产地的8种大米光谱,将8种大米光谱按照品种与地域划分为3类识别组,每种包含3种大米。以光谱预处理-光谱波长筛选-分类算法分类的光谱分析技术为路径,利用主成分分析和连续投影算法对光谱数据进行压缩、特征筛选,并比较不同组合下线性判别分析、最小二乘支持向量机、偏最小二乘法对不同识别组大米进行分类的效果。结果表明,偏最小二乘法识别效果最优,不同识别组在不同预处理方法下分类准确率均达到100%;经过均值中心化和连续投影算法的数据建立特征波段线性判别分析模型,不同识别组的识别正确率均为100%;通过主成分分析及连续投影算法可有效降低大米光谱数据维度,提高模型运算识别速度。(3)大米身份模型的应用与模型优化。为了研究基于拉曼光谱的偏最小二乘法大米分类模型的适应能力与泛化能力,在上述8种样本的基础上增加6种东北大米,涵盖了9个产地与7个品种。对比不同预处理下连续投影算法特征变量、全光谱及400~1700~(-1)波段数据的偏最小二乘法分类效果;对比标准化、Kennard-Stone样本集划分对模型的影响。结果表明,随着大米种类增加,不同组合数据的预测正确率皆呈现下降趋势;Kennard-Stone样本集划分后,对应识别正确率皆出现上升;采用不同光谱数据和偏最小二乘法的分类方法,基于不同预处理及光谱特征的结果中,基于波段Savitzky-Golay卷积平滑-归一化处理-多项式拟合-标准化光谱数据建模对14种大米分类识别准确率为97.14%,效果最优。(4)开展了大米化学成分与拉曼光谱的身份识别机理的研究,提出了基于标准物质拉曼光谱特征峰面积的大米身份识别方法。针对2个地域3个品种的4种大米,进一步采集包含蛋白质、直链淀粉、支链淀粉、17种水解氨基酸、35种脂肪酸在内的55种有机化学成分信息,首先,研究基于化学成分数据的分类方法,其次,通过主成分载荷矩阵确定对分类起主要作用的化学成分,进行化学成份对应标准物质的拉曼光谱采集,最后,研究基于有机成分结合拉曼光谱的大米产地、品种分类方法。结果表明,除去为零信息,4种大米的有机成分为32种,主成分分析法结合余弦相似度分析,实现了基于32种化学成分数据的大米身份的识别,正确率为100%;确定了天冬氨酸等19种及含量占70%以上的支链淀粉共计20种对分类起主要作用的化学成分,提出了利用标准物质拉曼特征峰面积全谱归一化作为输入的偏最小二乘-余弦相似度的分类方法,计算了20种标准物质拉曼光谱特征谱峰区间及大米所含标准物质特征谱峰面积,利用偏最小二乘法结合余弦相似度分析,正确识别率可达96.875%。(5)开发了大米身份识别软件系统。首先,创建了基于云平台的大米拉曼光谱及成分信息数据库;其次,开发了光滑、归一化等预处理方法,开发了主成分分析、偏最小二乘法、支持向量机等数学建模方法,开发了余弦相似度和调整余弦相似度等相似度比较方法;再次,研究和制定了基于拉曼光谱的大米身份识别流程,确定了按照样本集导入、云数据库存储、建模训练集筛选、预处理流程设置、算法设置与建模、预测集数据导入、模型预测与结果导出的顺序;最后,分别对泰来大米拉曼光谱数据和杜蒙江湾乡五优稻2号大米成分数据进行实际测试,结果准确,该软件可以作为大米的身份识别工具。以上研究成果为大米品质监控与质量安全快速无损检测提供了重要的科学依据,对开发实时在线检测装备具有巨大的指导意义和应用价值。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前19条
1 张宇;周金池;;拉曼光谱在食用油鉴别及检测领域的最新研究进展[J];粮食与油脂;2018年04期
2 ;当新技术碰撞市场 应用拉曼光谱如何诠释仪器风采[J];化学分析计量;2018年02期
3 沈大娲;郑菲;吴娜;张亦弛;王志良;;拉曼光谱在文物考古领域的应用态势分析[J];光谱学与光谱分析;2018年09期
4 金颖淳;郑旭明;;2,4-二硫代尿嘧啶的紫外吸收光谱和共振拉曼光谱[J];物理化学学报;2017年10期
5 刘顺彭;;浅析拉曼光谱的原理及其应用[J];科学家;2017年07期
6 钟会清;刘智明;倪艺榕;熊红莲;郭周义;;二甲基亚砜对离体猪皮肤组织的拉曼光谱的影响[J];激光生物学报;2013年06期
7 高卓;;中美科学家发明增强拉曼光谱检测新技术[J];化学分析计量;2010年03期
8 苏纪勇;刘燕楠;宋昆;何铄杰;李任植;;电流作用后成骨细胞表面增强的拉曼光谱[J];中国组织工程研究与临床康复;2007年44期
9 宫衍香;吕刚;马传涛;;拉曼光谱及其在现代科技中的应用[J];现代物理知识;2006年01期
10 ;国际表面拉曼光谱会议在厦门大学举行[J];电化学;2000年04期
11 余国滔;拉曼光谱在医学上的应用(Ⅱ)[J];光散射学报;1996年03期
12 田中群;第15届国际拉曼光谱会议的简介和体会[J];光散射学报;1997年01期
13 顾仁敖,乔专虹;付里叶变换拉曼光谱及其应用[J];光谱学与光谱分析;1993年03期
14 马衡;李士达;;对称性较高基团红外及拉曼光谱波数规律性(Ⅲ)[J];昆明工学院学报;1987年02期
15 甄梦章;;反-1-氟-2-丁烯的微波谱、红外和拉曼光谱、构象分析、内转动位垒以及振动分析[J];黎明化工;1987年02期
16 甄梦章;;反-1-氟-2-丁烯的微波谱、红外和拉曼光谱、构象分析、内转动位垒以及振动分析[J];黎明化工;1987年03期
17 颜其洁,刘海洋;负载氧化钨催化剂的拉曼光谱和程序升温还原研究[J];分子催化;1988年02期
18 王宇天,徐蔚青,刘举正,梁映秋;血卟啉衍生物(HpD)的表面增强共振拉曼光谱[J];高等学校化学学报;1988年04期
19 陈滨江;米庆洲;王世焯;;Mg(PO_3)_2-BaF_2-AlF_3系统玻璃的振动谱研究[J];光学机械;1988年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李同起;焦星剑;李钰梅;冯志海;;有序碳层去向的拉曼光谱分析测试研究[A];TEIM2015第六届无机材料结构、性能及测试表征技术研讨会程序册与摘要集[C];2015年
2 张晓华;张骥;汤秀章;;空间偏移拉曼光谱新技术研究[A];中国原子能科学研究院年报 2013[C];2014年
3 王吉有;王闵;刘玲;郝伟;;拉曼光谱在考古中的应用[A];第十三届全国光散射学术会议论文摘要集[C];2005年
4 依丽努尔·木合塔尔;沈爱国;胡继明;;拉曼光谱在气藏相关细菌的快速鉴别中的应用[A];第十八届全国光散射学术会议摘要文集[C];2015年
5 张莹;邱石;冯兆池;李灿;;脉冲激光下半胱氨酸分子的手性拉曼光谱[A];第十八届全国光散射学术会议摘要文集[C];2015年
6 尹利辉;;液体制剂拉曼光谱无损快速筛查技术[A];2015年现场检测仪器前沿技术研讨会论文集[C];2015年
7 王红球;张丽;王璐;程广卫;叶光林;张士新;朱鹏;易裕民;;拉曼光谱在安检领域中的应用[A];第十六届全国光散射学术会议论文摘要集[C];2011年
8 庞然;吴德印;田中群;;水合离子簇的氢键作用和振动拉曼光谱[A];第十五届全国光散射学术会议论文摘要集[C];2009年
9 谢黎明;凌曦;方源;张锦;刘忠范;;石墨烯作为共振拉曼光谱测量中的荧光抑制基底[A];第十五届全国光散射学术会议论文摘要集[C];2009年
10 王璐;张丽;王红球;易裕民;;拉曼光谱用于液态物品安检的方法研究[A];第十六届全国光散射学术会议论文摘要集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 宫元波;二硒化钨的高压物性研究[D];吉林大学;2018年
2 姜腾;Ⅲ族氮化物半导体材料拉曼光谱特性的应用研究[D];西安电子科技大学;2016年
3 田芳明;基于拉曼光谱与有机成分分析的大米身份识别[D];吉林大学;2018年
4 陈海平;化学气相输运合成层状材料及其拉曼光谱学研究[D];中国科学技术大学;2017年
5 胡广骁;空间外差拉曼光谱探测技术研究[D];中国科学技术大学;2018年
6 马艳梅;典型矿物的超高温高压研究[D];吉林大学;2007年
7 赵立竹;正交LiMnO_2结构与属性间关系的研究[D];吉林大学;2007年
8 尤静林;高温拉曼光谱创新技术、光谱计算和在无机化合物微结构研究中的应用[D];上海大学;2006年
9 陈辉;高温拉曼谱图的精细测定和定量化基础研究[D];上海大学;2007年
10 胡成旭;乳腺疾病的拉曼光谱检测及研究[D];吉林大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 夏天娜;改进降维方法提高拉曼光谱医疗诊断模型准确率的研究[D];东北师范大学;2018年
2 张铭;基于拉曼光谱实现物种血液的快速鉴别研究[D];南昌大学;2018年
3 许乔;基于拉曼光谱及偏光成像技术的阿尔兹海默症相关物质的分析研究[D];华东师范大学;2018年
4 乌达巴拉;单层和双层硒化铟二维材料晶格振动及拉曼光谱的研究[D];内蒙古大学;2018年
5 刘怀博;几种常见有机物的拉曼光谱特性研究[D];江南大学;2018年
6 余闻静;太赫兹和拉曼光谱在病原体检测上的探索研究[D];第三军医大学;2017年
7 孙琳;高压拉曼光谱法研究羧酸类芳香烃的相稳定性[D];吉林大学;2018年
8 范青峰;拉曼光谱在食品药品快速检测中的应用研究[D];南京农业大学;2016年
9 明晶;几种矿物药的X射线衍射、拉曼光谱及近红外光谱法鉴别研究[D];湖北中医药大学;2018年
10 章振林;联萘胺拉曼光谱的实验和量子化学计算研究[D];中国科学技术大学;2016年
中国重要报纸全文数据库 前8条
1 记者 吴长锋 通讯员 杨保国;我率先实现紧邻不同分子的拉曼光谱识别[N];科技日报;2015年
2 记者 张建琛;中美科学家发明增强拉曼光谱检测新技术[N];科技日报;2010年
3 黄爱群;荷兰发明智能手术探针[N];中国医药报;2001年
4 江其勤 席斌斌;石勘院研制出流体拉曼光谱标定仪[N];中国石化报;2011年
5 李蓉 记者 张兆军;长春光机所大面积可控高活性拉曼光谱增强基底研究获进展[N];科技日报;2015年
6 记者 游雪晴;“书画真伪科学鉴定系统”项目通过验收[N];科技日报;2010年
7 田小雪;物质识别检测方法有新成果[N];中国国门时报;2011年
8 杨海艳 俞翔 龚德才;古代丝织品炭化研究进展[N];中国文物报;2016年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978