一種利用光譜法測定農產品主要營養成分的方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于物質檢測領域，特別是設及利用光譜檢測化學成分的方法，具體是設 及一種利用光譜法測定農產品主要營養成分的方法。
【背景技術】
[0002] 隨著人們對食品安全的關注度越來越高，消費者在選擇農產品時對其內部品質指 標的要求也越來越高，農產品營養成分品質的高低通常作為選擇農產品的主要參考指標， 而目前對農產品營養成分的測定常W破壞性化學分析或者在實驗室使用昂貴的實驗儀器 分析為主，運些方法都需要將農產品損壞，并且不能進行現場測試分析。
[0003] CN102749370B公開了一種殼類農產品品質指標無損快速檢測的方法。將待檢測殼 類農產品表面去雜，洗凈，挑選外殼完好無破損的建模用待檢測殼類農產品和未知待檢測 殼類農產品，放于密閉容器中，利用電子鼻對頂空氣體進行檢測，得到傳感器響應值，立即 將建模用待檢測殼類農產品剝殼取核，提取油脂進行酸價和過氧化值的測定;建立電子鼻 響應信號與建模用待檢測殼類農產品酸價和過氧化值之間的回歸模型，選擇相關系數R值 大的模型作為殼類農產品品質的預測模型，將未知待檢測殼類農產品的傳感器響應值代入 預測模型，評定其內部品質。
[0004] 上述專利并沒有對農產品內部的各中營養成分的含量進行分析。目前利用光譜技 術分析成為農作物成分檢測的發展方向，現代近紅外光譜分析技術分析速度快，是因為光 譜測量速度很快，計算機計算結果速度也很快的原因。并且利用近紅外光譜技術來分析營 養成分的技術中，其光譜數據模型的建立是按照圖譜的模式進行的，或者是按照局部數據 進行的，或者是在化學計量的基礎上進行匹配光譜數據，運些方法都存在建模后調整難度 大，基礎數據不齊全，導致數據模型的校正和公式的更新和更換難度大，如何建立光譜數據 和農產品化學成分數據模型成為該領域的研究重點和難點。
【發明內容】
[0005] 為了克服上述測定方法所存在的各種缺陷，本發明提供了一種利用光譜法測定農 產品主要營養成分的方法，該方法包括如下步驟：
[0006] A.確定光譜法測定農產品主要營養成分種類為T，T< 20;
[0007] B.確定農產品主要營養成分測量的光譜范圍為:800-2500nm;
[000引C.進行大于等于50個W上農產品樣品的光譜數據收集和化學檢測數據收集；
[0009] D.利用光譜數據和化學檢測數據建立數據模型，數據模型嵌入數據運算服務器；
[0010] E.針對待檢農產品進行光譜數據收集，將光譜數據輸入數據運算服務器，同時選 擇需要檢測農產品和營養成分，所述營養成分為步驟A中確定的營養成分中的一種或多種；
[0011] F.運算服務器根據所需要檢測的產品名稱和營養成分匹配數據模型中的K個公 式，進行運算，獲得所檢測農產品的所選定的營養成分含量，K > T。
[0012] 所述步驟D是利用光譜數據和化學檢測數據建立數據模型，包括將物體的光譜數 據輸入光譜數據庫，將相同物體的化學檢測數據的輸入化學數據庫，然后將光譜數據庫中 的光譜數據和化學數據庫中的化學檢測數據進行映射，形成該物體的映射數據庫，包括如 下步驟：
[0013] 步驟I:用光源發射兼光譜收集的裝置發射光斑照射待檢測的農產品樣品Al,并收 集農產品樣品Al反射回來的光譜，采用光譜分析設備確定所收集的光譜的波長及吸光度， 形成農產品樣品Al的光譜數據；
[0014] 步驟II:對農產品樣品Al進行化學分析，分析淀粉含量，形成農產品樣品的化學檢 測數據；
[0015] 步驟III:將農產品Al的光譜數據和化學檢測數據錄入同一數據庫，形成數據映射 XI;
[0016] 步驟IV:重復上述步驟I、步驟II和步驟III，對農產品樣品A2至An+i進行n次重復， 形成n組光譜數據和對應的n組化學檢測數據，將光譜數據和化學檢測數據錄入同一數據 庫，形成n組數據映射的數據映射集合；
[0017] 步驟V:將上述數據庫中數據映射集合中的光譜數據選取2-100個波長的吸光度數 值與化學檢測數據進行對應，確定2-100個波長吸光度變化與化學檢測數據變化具有定性 和定量關系的K個公式。
[0018] 步驟VI:將上述步驟的K個公式嵌入運算服務器，采集農產品新樣品Ax的光譜數 據，將其錄入數據庫的同時，選取步驟V確定的2-100個波長錄入運算服務器，計算出未進行 實際檢測的農產品新樣品化學數據，同時將該化學數據輸出到顯示端和數據庫，并在數據 庫中與農產品新樣品Ax的光譜數據形成測量數據映射，該測量數據映射與已有的數據映射 形成更新的數據映射集合。
[0019] 步驟VII:根據步驟I至步驟VI所形成的數據庫和運算服務器上的K個公式，將數據 庫和運算服務器相連，同時設置數據庫的數據輸入端和數據輸出端、設置運算服務器的數 據輸入端和數據輸出端，形成農產品的光譜數據模型。
[0020] 上述步驟IV中建立數據映射集合的方法具體是：
[0021] 1)光譜數據輸入光譜數據庫中，按照納米級建立數據條，每個納米級波長定義為 一個數據條，將每個納米級波長數據和波長強度數據錄入數據庫中，形成光譜數據庫中的 光譜數據條，光譜范圍中的納米波長數量k對應形成相應數量的光譜數據條k;例如波長范 圍為1000-1500納米，則有501條光譜數據條，k為501，每個光譜數據條包括波長和強度；
[0022] 2)化學檢測數據輸入化學數據庫中，將化學檢測數據按所檢測成分的數量建立數 據條，照成分建立數據條，每個成分定義為一條數據條，將每個成分名稱及成分含量錄入數 據庫中，形成化學數據庫中的成分數據條，成分的數量對應形成相應數量的成分數據條;例 如某物體的化學檢測數據中有5中成分，則有5條數據條，分別為Y1、Y2……Y5,每個數據條 包括成分名稱和成分含量;或者將化學檢測數據進行排列組合，然后將所有排列組合作為 數據條數據數據庫，排列組合；
[0023] 3)將光譜表中的一條光譜數據條對應化學數據表中的所有成分數據條，形成映射 數據組，對應原則是一條光譜數據條分別對應各成分數據條，形成單光譜和多成分對應的 映射數據組;例如光譜數據條為X1000,成分數據條為￥1、￥2、￥3、￥4、￥5，則針對1000納米的 單光譜和多成分對應的映射數據組為{X1000Y1，X1000Y2，X1000Y3，X1000Y4，X1000Y5};
[0024] 按照上述建立映射數據組的方法，將光譜表中的所有光譜數據條與化學數據表中 所有成分數據條進行分別對應，形成所有映射數據組的集合，即為映射數據集合;例如光譜 數據條為501條，成分數據條為5條，則一次檢測所形成的光譜數據和化學檢測數據的映射 數據集合中包含501 X5 = 2505條數據，該2505條數據即為物體該次檢測的映射數據集合。
[0025] 如果對該物體的不同樣品進行n次檢測，則形成n個映射數據集合，將n個映射數據 集合統一輸入一個單獨的數據庫中，則形成該物體映射數據庫。
[00%] 上述n大于等于30，n大于等于50,更加優選的，n大于等于100。
[0027] 優選的，所述光譜的波長范圍為800-1800nm，或光譜的波長范圍為1500-2500。
[0028] 優選的，所述農產品為營養組成成分基本相同但成分含量差異值在20% W內的同 類農產品，無需預處理或進行切開收集斷面處理。
[0029] 優選的，所述光譜數據為波長為SOO-ISOOnm的1001個波長的波長和強度的數據集 合，或者光譜數據為波長為1500-2500的1001個波長的波長和強度的數據集合。
[0030] 優選的，所述公式的個數為K個，K值滿足如下關系式：
[0032] T表不農產品的營養成分數，其中C表不組合式的含義
[0033] 優選的，所述農產品包括葉菜類、水果類、糧食類、塊莖類、果菜類。
[0034] 優選的，所述營養成分種類包括淀粉、蛋白質、糖、脂肪、纖維素、葡萄糖、番茄素、 維生素 A、維生素 B3、維生素 C、維生素 B、蘋果酸、果膠、胡蘿h素、葉酸。
[0035] 本發明的方法中，化學測量數據，也稱為化學計量數據，是指通過某些物質的國家 標準進行測量獲得的化學數據。例如農產品中的淀粉含量，需要按照國家標準或者是行業 標準進行測量，也可W采用滿足國標測量精度的儀器進行測量。
[0036] 本發明的方法中，光譜數據為通過光譜收集裝置收集的不同波長的光能量，通過 光轉化信號裝置轉化為光譜數據，光譜數據一般要求具有光譜強度，即使某波長光波強度 為零，則在光譜數據也需要記載。
[0037] 本發明方法的有益效果體現在如下=個方面：
[0038] 1、本發明檢測時，農產品樣品無需預處理，達到無損測量的效果；
[0039] 2、采用光譜技術分析測定，分析速度快，能隨時檢測，方便快捷；
[0040] 3、本發明的光譜數據和化學檢測數據的映射方法充分考慮檢測數據的單物質特 性和組合物質的特性，可W根據需要同時測定農產品單個營養成分或者多種成分；
[0041] 4、本發明提供的光譜數據和化學成分數據之間的建模方法可方便更新基礎數據 庫，提供大而可靠的數據，提高檢測精確度，減少人為誤差。
【具體實施方式】
[0042] 實施例1
[0043] -種利用光譜法測定馬鈴馨主要營養成分的方法，該方法包括如下步驟：
[0044] A.確定光譜法測定馬鈴馨主要營養成分為:淀粉、蛋白質、糖、脂肪，種類數量為T =4;
[0045] B.確定馬鈴馨主要營養成分測量的光譜范圍為:800-2500nm;
[0046] C.進行500個馬鈴馨樣品的光譜數據收集和化學檢測數據收集；
[0047] D.利用光譜數據和化學檢測數據建立數據模型，數據