试析水果内部品质可见近红外光谱实时无损检测关键技术研究

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1、浙江大学生物系统工程与食品科学学院博士学位论文水果内部品质可见/近红外光谱实时无损检测关键技术研究姓名：陆辉山申请学位级别：博士专业：农业机械化工程指导教师：应义斌20060801浙江大学博士学位论文中文摘要水果内部品质可见／近红外光谱实时无损检测关键技术研究摘要近红外光谱分析技术以其高效、快速、成本低、非破坏和绿色环保的优点广泛应用在多个研究领域中。国内近红外光在水果品质检测的研究在基础研究方面已经取得了较好的成绩，但在实际应用中还是存在一定的差距。我国水果总产量一直居世界前列，而由于水果产后加工和处理水平不高，水果年出口量

2、仅占总产量的3％左右，这与世界水果第一王国的身份极不相称。国内的水果内部品质近红外光谱无损检测装置的研究还处于初级阶段，以水果糖酸度可见，近红外光谱在线无损检测中的关键技术为研究起点．研究通用型的水果内部品质可见攫}红外光谱检测方法和装置，实现快速动态实时无损检测水果的内部品质有其重大理论价值和现实意义。基于目前国内外对厚皮水果内部品质的实时无损检测还处在实验室研究阶段，现有在线无损实时检测技术和方法还不成熟且投入商业化应用较少的现状，本研究选择柑橘类水果为研究对象，对柑橘水果的内部品质中最重要的糖度和酸度指标进行实验分析，设

3、计完成了基于可见／近红外光谱水果内部品质在线检测试验台装置，研究了实时在线检测中存在的一些技术难点，综合多学科的知识解决一些基于可见／近红外光水果内部品质在线检测中的关键技术问题，为实现在线检测提供理论指导和参考依据。·论文的主要研究内容及结论有：1)阐述了近红外光谱检测技术的理论基础，以及近红外光谱检测中常见的光谱预处理方法和光谱定量分析方法，为水果光谱在线检测提供一定理论基础。2)实验研究了基于实验室的光谱信息有效提取方法，包括：光谱不同预处理方法的试验研究(导数方法、MSC和SNV、Savitzky-Golay平滑滤波和

4、小波滤波)；不同建模方法的研究(MLR、PCR和PLS等)；多变量校正模型的波长优选方法研究(相关分析波长优选、显变分析波长优选，回归系数，光谱参差渡长优选和遗传算法波长优选方法)；研究基于模型稳定性的模型奇异点剔除方法：研究了不同光谱检测方式(漫反射和漫透射检测方式)。在荸荠样品的SSC检测中，试验研究表明，采用一阶微分光谱预测结果要比不进行微分处理和其它微分处理要好，其建立模型的结果分别为r2=o．9055、RMSEC0．4．56和RMSEP=0．491。在猕猴桃样品的SSC检测中，对原始光谱进行MSC和SNV处理以后，模

5、型的预测结果有显著的变化。经过SNV光谱处理后建立的模型要比未处理和MSC处理后建模的结果要好．其产、RMSEC和RSMEP分别只有O．9712、0．316和0．427。采用Savitzky-GoIay光谱平滑方法时，不同平滑点数处理后对荸荠SSC的预测效果是不同的。当平滑点数为8时预测效果最好，，、RMSEC和RMSEP分别为：0．8179、0．459和0．498．对温州蜜橘的SSC检测中，经过小波滤噪处理后的结果浙江大学博士学位论文中文摘要没有原始光谱下建立的模型的结果好，默认阚值wT下模型的，、RMSEC和RMSEP分别

6、为O．847、0．511和0．587：选定阈值wr下模型的，、RMSEC和RMSEP分别为O．892、O，499和O．506：未经WT滤波下模型的厂、RMSEC和RMSEP分别为O．908、0．404和0．43I。在福建早桔SSC检测实验中，PLS和PCR预测模型的结果区别较大。PLS模型各个参数评价指标都要好于PCR预测模型，结果分别为：r=0．8949，RMSEC=0．351和RMSEP=O．409。31实验研究对比了相关分析法、显变分析法、回归系勐参差和遗传算法的波长优选方法，结果表明采用遗传算法对建模波长进行优选能够有

7、效地提高模型的预测能力。采用遗传算法在500．950nm(共901个波长变量)进行变量优选，并采用交互验证法来评价PLS模型的预测能力。遗传算法的参数设定：初始群体40，最大繁殖代数200，交叉概率0．6，变异概率0．05。遗传算法优选波长的过程中，将采用交互验证方法得到的预测精度(RMsEcl腓为目标函数。建模的波长个数减少81．6％，RMSEC虽然增高了一点点，但RMSEP却降低了0．024。：研究了光谱数据奇异点检测和剔除方法对预测模型结果的影响；研究了不同光谱检测方式来有效提取光谱信息及对检测结果影响，比较了浸透射检测

8、方法和漫反射检测方法，分析了不同检测方式的应用环境，选择适应于柑橘等厚皮水果在线检测方式为光谱漫透射检测方式。在对漫透射和漫反射检测方式对。华朋”脐橙SSC检测结果的影响研究实验中，漫反射检测方式的预测结果(r2=0．9151，RMSEP=0．325)较次于浸透射检测方式所得