近紅外光譜技術(shù)在土豆收購現(xiàn)場的應(yīng)用方案
1 前言
馬鈴薯是中國五大主食之一，其營養(yǎng)價值高、適應(yīng)力強(qiáng)、產(chǎn)量大。馬鈴薯最易感染病害，滋生菌絲等，收購時肉眼無法識別是否感染病害，但儲存一段時間后即會發(fā)生腐爛，直接造成經(jīng)濟(jì)損失，在薯收購現(xiàn)場，傳統(tǒng)方法檢測為抽樣檢測，預(yù)測結(jié)果滯后而且無法真實評價收購產(chǎn)品的質(zhì)量。
由于地域、氣溫、年限等不同，所生長成的農(nóng)產(chǎn)品其內(nèi)部成分是會發(fā)生變化的。對于土豆收購商來說，馬鈴薯某些成分的變化直接關(guān)系著收購質(zhì)量。不僅關(guān)系到成分的變化，還有摻雜劣質(zhì)土豆的量都會關(guān)系到收購質(zhì)量，這些因素都會直接影響到收購商的經(jīng)濟(jì)利益，目前傳統(tǒng)的檢測方法已無法滿足馬鈴薯收購商在現(xiàn)場收購的需求。近紅外技術(shù)是在國內(nèi)新興的一種光譜技術(shù)，具有檢測速度快、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，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。這些常規(guī)檢測方法無法具有的優(yōu)點使得它在用于現(xiàn)場和生產(chǎn)流水線上發(fā)揮巨大的作用。
應(yīng)用戶需求，海能實驗室特意做了海能公司SpectraStar近紅外光譜儀對馬鈴薯收購現(xiàn)場快速檢測的應(yīng)用實驗。
2 實驗部分
2.1 實驗地點：模擬馬鈴薯收購現(xiàn)場或馬鈴薯存儲倉庫
2.2 儀器條件：
儀器為海能SpectraStar 近紅外光譜儀，主要部件包括：單色儀、集成電腦、電源適配器，置頂旋轉(zhuǎn)測樣系統(tǒng)。UCal采集處理軟件，內(nèi)置建模軟件。
2.3 測樣方式：
漫反射方式;檢測方法：置頂旋轉(zhuǎn)測樣系統(tǒng);實驗所用的參數(shù)設(shè)置為： 波長范圍：1400nm -2500nm，波長步長：1.0nm，平均次數(shù)：60次。
2.4 實驗方法：
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。儀器使用海能SpectraStar 近紅外光譜儀掃描軟件進(jìn)行光譜采集。采用置頂靜態(tài)測樣方式。
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) 將整個馬鈴薯樣品放置于探頭上，進(jìn)行漫反射檢測，要求所有樣品操作的一致性好。
實驗共備置80個馬鈴薯樣品，其中70個(此70個為合格馬鈴薯樣品)作矯正集樣品，用于建模，其余10個作驗證集樣品，用于評價模型。對矯正集每個樣品掃描2 次，得到140 張光譜。這些光譜都對應(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)一一對應(yīng)，使用偏最小二乘法計算，創(chuàng)建模型。
在這里本實驗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，該檢測不僅可以快速檢測馬鈴薯中淀粉、蛋白質(zhì)的含量，還同時判定出馬鈴薯是否合格。
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。使用模型對驗證集樣品進(jìn)行預(yù)測，其最大相對偏差分別為3.2%，4.6%;并且，在定性判別準(zhǔn)確率為100% 。
3 結(jié)果與討論
采用海能SpectraStar 近紅外光譜儀快速、高效檢測馬鈴薯中淀粉、蛋白質(zhì)的含量是可行的。在收購或倉儲現(xiàn)場，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。該實驗對收購現(xiàn)場檢測有重要的意義。