近紅外光譜法對(duì)土豆的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)應(yīng)用

一、現(xiàn)狀:

馬鈴薯是ZG五大主食之一，其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高、適應(yīng)力強(qiáng)、產(chǎn)量大。馬鈴薯Z易感染病害，滋生菌絲等，收購(gòu)時(shí)肉眼無(wú)法識(shí)別是否感染病害，但儲(chǔ)存一段時(shí)間后即會(huì)發(fā)生腐爛，直接造成經(jīng)濟(jì)損失，在薯收購(gòu)現(xiàn)場(chǎng)，傳統(tǒng)方法檢測(cè)為抽樣檢測(cè)，預(yù)測(cè)結(jié)果滯后而且無(wú)法真實(shí)評(píng)價(jià)收購(gòu)產(chǎn)品的質(zhì)量。

由于地域，氣溫，年限等不同，所生長(zhǎng)成的農(nóng)產(chǎn)品其內(nèi)部成分是會(huì)發(fā)生變化的。對(duì)于土豆收購(gòu)商來(lái)說(shuō)，馬鈴薯某些成分的變化直接關(guān)系著收購(gòu)質(zhì)量。不僅關(guān)系到成分的變化，還有摻雜劣質(zhì)土豆的量都會(huì)關(guān)系到收購(gòu)質(zhì)量，這些因素都會(huì)直接影響到收購(gòu)商的經(jīng)濟(jì)利益，目前傳統(tǒng)的檢測(cè)方法已無(wú)法滿足馬鈴薯收購(gòu)商在現(xiàn)場(chǎng)收購(gòu)的需求。近紅外技術(shù)是在國(guó)內(nèi)新興的一種光譜技術(shù)，具有檢測(cè)速度快、不需要樣品預(yù)處理、可以直接樣品進(jìn)行透射或漫反射檢測(cè)，多指標(biāo)分析，不僅有效的定性還可以做準(zhǔn)確的定量等優(yōu)點(diǎn)。這些常規(guī)檢測(cè)方法無(wú)法具有的優(yōu)點(diǎn)使得它在用于現(xiàn)場(chǎng)和生產(chǎn)流水線上發(fā)揮巨大的作用。

圖1.德國(guó)卡爾蔡司AURA手持式近紅外光譜儀

二、實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：模擬馬鈴薯收購(gòu)現(xiàn)場(chǎng)或馬鈴薯存儲(chǔ)倉(cāng)庫(kù)

三、儀器條件：儀器為德國(guó)卡爾蔡司AURA手持式近紅外光譜儀，掃描速度快，便攜式操作，直接應(yīng)用于收購(gòu)現(xiàn)場(chǎng)。

四、儀器介紹：

儀器型號(hào)：AURA        儀器產(chǎn)地：德國(guó)       生產(chǎn)廠家：卡爾蔡司（ZEISS）

1.應(yīng)用領(lǐng)域：

*糧食/谷物   *食用油        *巧克力/可可制品    *烘培食品

*面制品      *奶粉/乳制品  *寵物食品   *種子   *飲料/糖       

*休閑食品    *土壤植物     *香料/調(diào)味品   *肉食品/海產(chǎn)品     

*乙醇        *生物柴油     *個(gè)人護(hù)理用品  *飲用水/廢水/海水   

2.檢測(cè)內(nèi)容： 水分、蛋白、脂肪、纖維、PH、酸度等檢測(cè)指標(biāo)。

3.產(chǎn)品描述：

1.正常工作溫度范圍：+5 -- +40 ℃

2.重量：<2.5 kg （包括鋰電池）

3.傳感器陣列：多通道的 InGaAs 傳感器（無(wú)移動(dòng)部件）

4.光源壽命：鹵素?zé)簦?0,000小時(shí)（可24小時(shí)不間斷使用約2年）

5.基于大口徑平面光柵光譜儀（PGS），光照強(qiáng)度高，光通量大。儀器全固化設(shè)計(jì)，內(nèi)部無(wú)任何移動(dòng)部件，內(nèi)置黑、白校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)品，儀器自動(dòng)校準(zhǔn)，極大的提高了儀器的抗干擾能力，長(zhǎng)時(shí)間工作保持穩(wěn)定。配置鋰電池供電，方便攜帶，可用于野外或現(xiàn)場(chǎng)分析工作。

6.一體化設(shè)計(jì)，自帶7寸觸摸顯示屏，windows10操作系統(tǒng)，自帶InProcess日常操作軟件，軟件兼容性強(qiáng)，可進(jìn)行定量分析和儀器校準(zhǔn)工作，操作簡(jiǎn)便，具有導(dǎo)入、修正定標(biāo)曲線和開機(jī)自檢、結(jié)果顯示等功能，可升級(jí)。

五、實(shí)驗(yàn)方法：

送馬鈴薯的貨車上，在上層、中層和下層，前部、中部和尾部隨機(jī)的取出80個(gè)馬鈴薯樣品，使得這些樣品能夠盡可能的代表全車馬鈴薯質(zhì)量。儀器使用德國(guó)卡爾蔡司AURA手持式近紅外光譜儀進(jìn)行光譜采集。采用置頂靜態(tài)測(cè)樣方式。

1) 在馬鈴薯樣品表面切出一小片平面，要求表面平滑，質(zhì)密均勻。

2) 將整個(gè)馬鈴薯樣品放置于探頭上，進(jìn)行漫反射檢測(cè)，要求所有樣品操作的一致性好。

實(shí)驗(yàn)共備置80個(gè)馬鈴薯樣品，其中70個(gè)（此70個(gè)為合格馬鈴薯樣品）作矯正集樣品，用于建模，其余10個(gè)作驗(yàn)證集樣品，用于評(píng)價(jià)模型。對(duì)矯正集每個(gè)樣品掃描2 次，得到140 張光譜。這些光譜都對(duì)應(yīng)該樣品的淀粉、蛋白質(zhì)含量數(shù)據(jù)。光譜采用數(shù)學(xué)處理，有效消除基線漂移和部分噪音信息，含量數(shù)據(jù)和光譜數(shù)據(jù)一一對(duì)應(yīng)，使用偏Z小二乘法計(jì)算，創(chuàng)建模型。

    在這里本實(shí)驗(yàn)不僅建立了馬鈴薯中淀粉、蛋白質(zhì)的定量模型，而且還建立了馬鈴薯的定性模型。所以，該檢測(cè)不僅可以快速檢測(cè)馬鈴薯中淀粉、蛋白質(zhì)的含量，還同時(shí)判定出馬鈴薯是否合格。

圖2.馬鈴薯中淀粉的PLS定量模型 

圖3.馬鈴薯中蛋白質(zhì)的PLS定量模型

如圖1、2中可以看出，馬鈴薯中淀粉、蛋白質(zhì)含量與近紅外光譜有很好的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到達(dá)到0.9424  ，0.9508。使用模型對(duì)驗(yàn)證集樣品進(jìn)行預(yù)測(cè)，其Zda相對(duì)偏差分別為3.2%，4.6%；并且，在定性判別準(zhǔn)確率為1**% 。

六、結(jié)論：

   采用德國(guó)卡爾蔡司AURA手持式近紅外光譜儀快速、GX檢測(cè)馬鈴薯中淀粉、蛋白質(zhì)的含量是可行的。在收購(gòu)或倉(cāng)儲(chǔ)現(xiàn)場(chǎng)，不僅快速準(zhǔn)確的分析出其成分的含量，而且準(zhǔn)確的判別產(chǎn)品是否合格。分析速度快，結(jié)果準(zhǔn)確，具有常規(guī)化學(xué)方法所不具有的優(yōu)點(diǎn)。該實(shí)驗(yàn)對(duì)收購(gòu)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)有重要的意義。