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高光谱成像仪在宁夏枸杞产地溯源鉴别中的应用

发布时间:2024-06-21
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枸杞是我国一味传统的药食同源的食疗佳品。枸杞富含多种生物活性成分,具有补肝益肾、明目、抗衰老、抗氧化等功效。在中国,枸杞以宁夏中宁枸杞品质最好,有着“中宁枸杞甲天下”的美誉。本文介绍了高光谱成像仪​在宁夏枸宁夏杞产地溯源鉴别中的应用。

枸杞是我国一味传统的药食同源的食疗佳品。枸杞富含多种生物活性成分,具有补肝益肾、明目、抗衰老、抗氧化等功效。在中国,枸杞以宁夏中宁枸杞品质最好,有着“中宁枸杞甲天下”的美誉。本文介绍了高光谱成像仪在宁夏枸宁夏杞产地溯源鉴别中的应用。

枸杞

枸杞产地溯源鉴别的重要性:

宁夏枸杞是茄科枸杞属的多年生灌木,营养丰富且具有药用价值,被称为“药食同源”水果"。近代药理研究表明,枸杞子具有延缓衰老、降血糖、降血脂、降血压、免疫调节、益精明目、滋阴补肾等多方面功效。我国枸杞种植面积广泛,主要分布在宁夏、内蒙古、新疆、甘肃等地,其中宁夏枸杞是唯一被收录于《中华人民共和国药典》的枸杞品种。随着人们生活水平的不断改善以及保健意识的增强,宁夏枸杞因具有肉质饱满、甘甜、色艳、含糖量低等优点受到消费者的喜爱。但品质优良的宁夏枸杞产量有限,导致一部分不良商贩滥用其他产区的枸杞冒充宁夏优质枸杞以假乱真,严重扰乱宁夏枸杞交易市场。

传统的枸杞产地溯源检测方法包括高效液相色谱法、碳同位素分析和电子鼻,而这些技术成本高昂、耗时且具有破坏性。因此,迫切需要一种经济、高效、快速且无损的检测方法。近红外光谱作为一种快速、无损检测食品化学质量属性的技术已被广泛使用。然而,近红外光谱是一种点测量技术,在某些情况下由于样品的异质结构,获得的光谱信息可能不足或不能代表整个样品。高光谱成像技术将光谱和成像技术相融合,同时获取光谱和空间信息的特殊优势备受食品行业研究人员的青睐。

高光谱成像仪008


高光谱成像仪在宁夏枸杞产地溯源鉴别中的应用:

近年来,采用高光谱成像技术对枸杞产地溯源鉴的实时和无损检测的大量研究,相比较于物理化学法,高光谱成像技术具有快速、无损、成本低和预测准确特点,在很多领域得到广泛应用。采用高光谱成像技术获得的数据,图像上的每一个像素点包含全波长范围的光谱信息,可以具体到单个像素级别的分析,大大提高了分析精细度,可以根据需要,在整个对象的面上寻找提取感兴趣区域,获得对象的光谱数据,而采用近红外光谱分析技术严格意义上说,只能提取对象单个小区域的平均光谱数据,不能同时提取对象整个面上区域的光谱数据。高光谱成像技术具有图像分析技术和光谱分析技术的双重优点,在枸杞产地溯源鉴别领域具有非常大的潜力,其可以获取样品的高光谱图像数据,高光谱数据块是一种三维数据,在每个波长上都有一幅灰度图像与之对应,在图像上每个像素点都包括全谱波长信息。通过高光谱技术采集的光谱信息,提起特征波长,然后建立预测模型,就可以对枸杞的产地进行鉴别。具体步骤如下:

1.样品准备

挑选大小、颜色均匀的枸杞,并剔除表面有明显缺陷、有虫眼、干枯的劣质枸杞。对样品根据产地进行分组,并进行编号。

2.高光谱数据采集

将仪器按照规定进行校正后,进行光谱数据的采集,采集时测试镜头的距离要与样品表面保持适当的距离。另外,为了捕捉到清晰的枸杞性状,需要对图像的分辨率进行设置,让后进行数据采集,得到三维光谱图像数据。

3.光谱数据的提取

利用ROI工具对每个样品进行感兴趣区域的提取,计算每个波段的区域内平均反射率,导出保存,作为样品的原始光谱数据,用作后续数据处理。

4.光谱数据预处理

光谱数据中除了包含样品的组分信息外,还夹杂着环境噪声、杂散光、样品背景等不相关信息。因此为了减小或消除这些无用信息的影响,提高检测模型的精度和稳定性,建模前需要对原始光谱进行预处理。

5.特征波长选取

高光谱数据中包含大量的冗余信息,需要提取出最小冗余新变量消除数据间的共线性和重叠问题,提高模型的运行效率和模型的可解释性。

6.模型的建立与评价

根据特征波长选取方法的不同,可以建立多元化枸杞产地溯源判断的预测模型,通过预测模型就可以对枸杞的产地进行判断,进而对其产地进行溯源鉴定。

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