基于可见-近红外光谱与稀疏表示的注水肉识别

为了能快速准确的识别原料肉与注水肉,提出了一种基于可见-近红外光谱和稀疏表示的无损的识别方法。通过向猪肉样本(包括猪皮、脂肪层和肌肉层)注水的方法建立注水肉模型,采集未注水的原料肉和6类不同注水量的注水肉的可见和近红外漫反射光谱数据。为了消除光谱数据中的冗余信息并提高分类效果,对光谱数据进行光调制和归一化等预处理并截取有效波段,根据是否注水以及注水量的多少对样本进行分类。用所有训练样本构成原子库(字典),通过ｌ1最小化将测试样本表示为这些原子的最稀疏的线性组合。计算测试样本与各类的投影误差,将最小投影误差对应的类作为测试样本的所属类别,并应用留一法进行交叉检验,比较了稀疏表示法与支持向量机的识别结果。实验结果表明,利用稀疏表示法对于原料肉与注水肉的识别准确率可达到90%以上,获得了较好的分类效果,优于支持向量机的识别结果。而对于不同注水量的注水肉识别准确率与注水量之差正相关。稀疏方法不需要进行传统模式识别模型的前期学习与特征提取,适用于高维、小样本量数据的处理,计算成本低,将其用于注水肉的光谱数据识别具有一定的创新性,并取得了较满意的结果,为原料肉和注水肉的无损识别提供了一种有效方法。     

汽车自动变速箱油的近红外光谱识别研究

利用自编码网络(autoencoder network, AN)流形学习和稀疏表示(sparse representation, SR)方法对汽车变速箱油进行近红外光谱品种识别研究。以壳牌、美孚、嘉实多、上海大众和上海通用五种变速箱油为对象,利用AN方法对600～1800 nm近红外光谱数据进行非线性降维,获取10个特征变量。每种变速箱油选取30个样本(共150个样本)作为训练样本,每种30个样本(共150个样本)作为测试样本。所有训练样本的特征变量组成了稀疏表示方法的整体训练样本矩阵,将变速箱油品种分类识别问题转化为一个求解待识别测试样本对于整体训练样本矩阵的稀疏表示问题,通过求解L-1范数意义下的最优化问题来实现。经过主成分分析(principal component analysis,PCA)和AN降维后,分别利用线性判断分析法(linear discriminant analysis,LDA)、偏最小二乘支持向量机法(least squares-support vector machine,LS-SVM)和本文提出的稀疏表示分类算法进行分类比较。结果表明,结合自编码网络和稀疏表示方法对五种汽车变速箱油品种的平均识别准确率达97.33%,为汽车变速箱油品种近红外光谱快速准确识别提供了有效的新途径。     

基于稀疏表示分类和近红外光谱的烟叶自动分级研究

以近红外光谱技术和深度学习算法为依托,提出了一种基于稀疏表示分类算法的烟叶分级方法。该方法首先将所有训练样本通过稀疏编码建立稀疏表示数据字典,并对所有测试样本在该字典下通过稀疏编码进行稀疏表示,然后计算每个测试样本在数据字典上的投影,将具有最小残差的等级作为测试样本的级别。本文算法与线性判别方法与粒子群支持向量机算法进行了比较和分析,实验结果表明本文所提出的稀疏表示分类算法不仅能够获得更高的分类正确率,同时具有更高的计算效率。本文所提出的方法能够对烟叶的不同等级进行准确识别,为烟叶收购中的质量等级评价提供了一种新技术。     

基于稀疏表示模型和自回归模型的高光谱分类

针对高光谱分类中对光谱信息和空间信息利用不足的问题,提出了一种基于稀疏表示模型和自回归模型相结合的分类算法。该算法利用稀疏表示模型和自回归模型,设计联合字典:在光谱维上,利用稀疏表示模型将高光谱的每个光谱向量表示为字典中训练样本的稀疏线性组合;在空间维上,利用自回归模型对每个光谱向量的8邻域进行约束。针对不同样本分别构造一个字典,在减少计算量的同时减小重构误差,最后在最小重构误差和邻域相关性的约束下求解稀疏表示问题,以最小重构误差为准则实现高光谱数据的分类。仿真结果表明,该方法能够有效地提高高光谱数据的分类精度。     

基于主成分分析和支持向量机的山羊绒原料品种鉴别分析

提出了一种用近红外光谱技术快速无损鉴别羊绒原料品种的新方法。山羊绒的外观形态和品质特征随着山羊绒原料的品种不同有很大的区别,快速、有效、正确地鉴别山羊绒纤维,对山羊绒及其制品的生产与交易具有重要的意义。应用可见/近红外光谱漫反射技术测定各种山羊绒原料的光谱曲线,用主成分分析法对不同品种山羊绒原料进行聚类分析并获取山羊绒原料的近红外指纹图谱,再结合支持向量机技术进行品种鉴别。用主成分1,2和3对所有建模样本的得分值做出的得分图,分析聚类效果,将主成分分析得到的10个主成分作为支持向量机的输入,应用数据挖掘新方法—支持向量机对山羊绒原料品种进行鉴别。通过对5个山羊绒原料品种共100个样本的训练,对未知的75个样本进行鉴别,建立了山羊绒原料品种鉴别的支持向量机的分类模型,并对比了四种核函数的支持向量机的分类性能,结果表明,具有高斯核函数的支持向量机对山羊绒原料的鉴别准确率达到100%。说明文章提出主成分分析结合支持向量机的数据挖掘方法具有很好的分类和鉴别作用,为山羊绒原料的品种快速鉴别提供了一种新方法。     

基于可见-近红外和热红外光谱联合分析的煤和矸石分类方法研究

煤与矸石是矿山采煤过程中主要固体堆放物,对其进行遥感动态监测是矿山环境保护的重要需求。由于煤与部分矸石存在“异物同谱”现象,在使用传统的可见-近红外遥感分类时,往往将部分矸石划分为煤,导致遥感分类精度降低。首先对铁法矿区的12个煤样本和115个矸石样本进行可见-近红外光谱测试,发现绝大部分矸石样品的光谱与煤差异很大,二者易于区分,但有部分矸石与煤样本存在“异物同谱”现象。为进一步对矸石与煤区分,测试了混分样本的热红外光谱,发现二者存在明显的光谱差异,利用热红外光谱特征可以将其区分开来。在此基础上,提出了基于可见-近红外和热红外光谱联合分析的煤与矸石区分方法。该方法首先对所有样本进行可见-近红外光谱测试,利用Mao模型进行第一步分类识别;其次对煤与矸石混分的样品进行热红外光谱测试,利用光谱吸收比率SAR作为判别指标进行第二步分类,两步的分类结果为最终分类结果。该方法在铁法、兖州、神东和木里矿区的验证结果表明,其具有很高的分类准确率,效果远好于单独基于可见-近红外光谱特征的分类方法。研究结果表明,利用多种光谱联合分析的方法可以解决单波段存在的“异物同谱”现象,对于地物遥感分类具有重要的借鉴意义。     

基于可见近红外光谱技术的车蜡品牌无损鉴别方法研究

探讨了可见-近红外光谱技术快速无损识别不同品牌车蜡的可行性。实验一共获得104 样本,其中40个样本(建模集)用于建立模型,剩余64个样本(预测集)被用于独立验证建立好的模型。基于五种不同品牌车蜡的可见-近红外光谱分别建立了线性判别分析(linear Discriminant Analysis,LDA)和最小二乘支持向量机(least square-support vector machine, LS-SVM)模型。基于两个算法的全波段光谱模型的预测集正确率分别达到了84%和97%。进一步采用连续投影算法(successive projections algorithm, SPA)算法从751波段中选取了7个特征波段(351, 365, 401, 441, 605, 926和980 nm)。基于SPA选择的变量建立LS-SVM模型,准确率依然保持在97%。说明SPA选择的特征波段包含了对于车蜡品牌鉴别最重要的光谱信息,而大多数无用信息则被有效剔除。将SPA与LS-SVM算法的车蜡识别模型在保证正确率的基础上,还可以大大降低模型计算复杂程度,说明该模型能快速准确的从车蜡可见-近红外光谱中提取有效信息,并实现车蜡品牌的无损鉴别。     

基于稀疏表示的核素能谱特征提取及核素识别

提出了一种基于稀疏表示的核素能谱特征提取方法,其实质是将核素能谱在区分性最好的稀疏原子上进行投影。利用稀疏分解方法对核素能谱进行稀疏分解,提取分解系数向量作为表征核素的特征向量,通过模式识别分类方法建立分类模型实现核素识别。与传统稀疏分解方法的区别在于:在能谱稀疏分解过程中按照稀疏字典中的原子排列顺序顺次进行分解;其次,分解目的在于特征提取,即最终提取到的特征对不同核素具有可区分性,并不要求核素能谱的重构精度。在241Am, 133Ba, 60Co, 137Cs, 131I和152Eu共6种核素1200个能谱数据上进行了核素识别实验,7种不同分类算法的平均识别率达到91.71%,实验结果的统计分析表明,本文提出的特征提取方法识别准确率显著地高于两种传统核素能谱特征提取方法准确率。     

基于近红外光谱和最小二乘支持向量机的聚丙烯酰胺类型鉴别

提出了一种基于近红外光谱分析技术和最小二乘支持向量机的鉴别方法,能够快速、无损鉴别聚丙烯酰胺的三种类型。获取非离子,阴离子和阳离子等三种类型的聚丙烯酰胺样本的近红外漫反射光谱,用主成分分析方法对样本光谱数据进行降维,并提取主成分。基于前三个主成分对三种类型的聚丙烯酰胺样本进行聚类分析,并将主成分作为最小二乘支持向量机的输入。通过基于网格搜索的交叉验证方式优化最小二乘支持向量机的参数和作为其输入的主成分个数。每种类型聚丙烯酰胺各采集60个样本,共采集180个样本,每种类型样本随机选取45个样本,共135样本作为训练样本集,剩余45个样本作为测试集。为了验证该方法能否鉴别掺假样本,制备了掺入不同比例非离子聚丙烯酰胺的5个阴离子和5个阳离子聚丙烯酰胺样本。采用基于训练样本集交叉验证预测误差的F统计显著性检验方法来确定样本的鉴别结果误差阈值。结果表明,预测测试集时,准确率为100%。预测10个混和样本时,所有混合样本都被准确识别出。说明该方法能快速无损鉴别不同类型的聚丙烯酰胺并且具有掺假鉴别能力,为聚丙烯酰胺类型的快速鉴别提供了一种新方法。     

稀疏降噪自编码结合高斯过程的近红外光谱药品鉴别方法

提出一种稀疏降噪自编码结合高斯过程的近红外光谱药品鉴别方法。首先对近红外光谱数据进行小波变换以消除基线漂移,然后用稀疏降噪自编码(SDAE)网络提取光谱特征并降维表示,最后采用高斯过程(GP)进行二分类,其中GP选用光谱混合(SM)核函数作为协方差函数,记此分类网络为wSDAG_SM。自编码网络具有很强的模型表示能力,高斯过程分类器在处理小样本数据时具有优势。wSDAG_SM网络通过稀疏降噪自编码学习得到维数更低但更有价值的特征来表示输入数据,同时将具有很好表达力的光谱混合核作为高斯过程的协方差函数,有利于更准确的光谱数据分类。以琥乙红霉素及其他药品的近红外光谱为实验数据,将该方法与经过墨西哥帽小波变换的BP神经网络(wBP)、支持向量机(wSVM), SDAE结合Logistic二分类(wSDAL)、SDAE结合采用平方指数(SE)协方差核的GP二分类(wSDAG_SE),以及未采用小波变换的SDAG_SM网络等方法进行对比。实验结果表明,对光谱数据进行墨西哥帽小波变换预处理能有效提升SDAG_SM网络的分类准确率和稳定性。wSDAG_SM方法无论从分类准确率还是分类结果稳定性方面,都优于其他分类器。     

Effect of high hydrostatic pressure and reducing sodium chloride and phosphate on physicochemical properties of beef gels

ABSTRACT

The effect of high hydrostatic pressure (HHP) treatment (100–200?MPa, 10?min, 20°C) combined with sodium chloride and sodium phosphate on the physicochemical properties of beef gels was investigated. The water content, cooking losses, color, protein composition by SDS-PAGE analysis and texture parameters of beef gels were determined. The beef gels treated with high pressure at 150?MPa showed a synergistic effect in the increased water content and the decreased cooking losses compared with the unpressurized gels. The L*, a* and b* color values of beef gels were slightly decreased under HHP treatment at 100–200?MPa. In the SDS-PAGE analysis, the staining intensity of the α-actinin protein band was decreased in pressurized samples. The cohesiveness, adhesiveness, gel strength and modulus of elasticity were improved after HHP treatment. Application of high pressure treatment (150–200?MPa) before heat treatment would be beneficial for the manufacturing of low salt and/or low phosphate meat products for a healthy diet.     

Quasi-adiabatic compression heating of selected foods

The quasi-adiabatic temperature increase due to compression heating, during high-pressure (HP) processing (HPP), was studied using specially designed equipment. The temperature increase was evaluated as the difference in temperature, during compression, between atmospheric pressure and nominal pressure. The temperature was measured using a thermocouple in the center of a polyoxymethylene cup, which contained the sample. Fresh meat balls, pork meat pate, and tomato purée temperature increases were measured at three initial temperature levels between 40 and 80 °C. Nominal pressure was either 400 or 500 MPa. Results showed that the fat content had a positive effect on temperature increases. Empirical equations were developed to calculate the temperature increase during HPP at different initial temperatures for pressures of 400 and 500 MPa. This thermal effect data can be used for numerical modeling of temperature histories of foods during HP-assisted pasteurization or sterilization processes.     

基于表面增强拉曼光谱的鸭肉中螺旋霉素残留检测

利用表面增强拉曼光谱(SERS)法结合自适应迭代重加权惩罚最小二乘法(air-PLS)快速检测鸭肉中的螺旋霉素残留。首先采用OTR202作为SERS活性基底,确定了螺旋霉素的1 622 cm^-1峰可以作为其在鸭肉提取液中残留检测的拉曼特征峰;然后,通过单因素分析法确定了实验的最佳条件,并在该条件下建立了螺旋霉素浓度范围介于4.0~50.0 mg/L之间的鸭肉提取液加标样本的标准曲线,并获得了良好的线性关系且线性回归方程为y=26.681x+1233.5,决定系数R²=0.980 2,最低检测限为4 mg/L,预测样本的平均回收率为73.38%~105.25%。研究表明,采用SERS技术可以实现鸭肉中螺旋霉素残留的快速检测。     

应用表面增强拉曼光谱法检测鸭肉中萘夫西林残留的研究

采用金胶颗粒作为活性基底,氯化钠溶液作为活性剂,并采用表面增强拉曼光谱(SERS)技术建立一种检测鸭肉中萘夫西林残留的检测方法。首先分析了奈夫西林水溶液的SERS特征峰及其归属。然后分析了奈夫西林在鸭肉提取液中的SERS特征峰,确定了鉴定鸭肉中奈夫西林残留的拉曼特征峰,并选取521与1 449 cm-1处的拉曼峰强度进行条件的优化。最后应用内标法对鸭肉提取液中萘夫西林的残留量进行定量分析。结果表明,鸭肉提取液中萘夫西林的质量浓度范围在0.2~10 mg·L-1 时,应用拉曼峰强度比值所建立的四种标定曲线均具有良好的线性关系,决定系数均大于0.95。其中三种标定曲线具有较高的准确度,其回收率介于88%~144%。由此可见,应用SERS检测鸭肉中萘夫西林的残留是可行的,该方法简便、快速,为检测禽肉类食品中萘夫西林的残留提供了技术支持。     

Ultrasound and basic electrolyzed water: A green approach to reduce the technological defects caused by NaCl reduction in meat emulsions

Meat emulsions were prepared by replacing water with basic electrolyzed water (BEW) and reducing NaCl content by 0, 10, 20, 30, 40, and 50%. The emulsions were sonicated in an ultrasound bath (25 kHz, 175 W, normal mode) for 0, 10, and 20 min. The physicochemical (pH, redox potential, water activity, and color parameters) and technological (cooking yield, emulsion stability, and texture) characteristics were evaluated. The US operation time of 20 min improved the emulsion stability, cooking yield, and texture of the emulsions with 10% and 20% NaCl reduction. The BEW-treated emulsions exhibited good fat retention and moderate water retention capacity. The combination of US and BEW for 20 min provided good emulsion stability and cooking yield for the formulations with up to 30% NaCl reduction, which exhibited texture profile similar to the control (0% NaCl reduction). Therefore, it is possible to produce reduced-salt meat emulsions using the combination of US and BEW.     

基于光谱技术的原料肉新鲜度指标在线检测系统开发及试验

为了实现原料肉新鲜度参数的无损在线实时评估,基于双波段可见/近红外反射光谱（350~1 100和1 000~2 500 nm）技术建立了原料肉新鲜度主要指标的在线检测系统。研究设计了装置的光源单元、光谱采集单元、控制单元和驱动单元,优化设计了光源固定支架和安放角度,编写了相应的控制程序,开发了实验室用和便于在不同生产线应用的两套在线检测系统。首先,对试验参数（传送带速度和样品到透镜入光口距离）进行了优化研究,通过光谱相似度比较和显著性分析,确定传送带速度是275 mm·s-1、距离是12 cm时能够获得更加稳定的光谱信号。然后,基于该试验参数,分别在静止和在线条件下采集了贮藏时间为1~13 d共50个猪肉样本的反射光谱,并利用抛物线拟合法对双波段光谱进行融合,以获取整条覆盖可见及近红外区域的完整光谱。为了使两个波段范围内的光谱数据点权重相同,在整个波段范围内均匀分布,借助三次样条插值法将所有光谱数据点以2 nm为间隔进行重新排布。采用窗口移动多项式最小二乘拟合法对光谱作平滑处理,采用标准正态变量变换对每条光谱进行标准化预处理,分别建立了静止和在线条件下新鲜度主要表征指标-颜色（L*,a*和b*）、pH和挥发性盐基氮的预测模型,以此验证所搭建系统的可靠性。经过对比分析,发现在线条件下的建模结果不如静止状态下的建模结果,这可能与在线采集时光谱存在漂移现象有关。进一步尝试利用一阶导数处理来消除基线漂移强化谱带特征,并对一阶导数和标准化处理顺序对建模结果的影响进行了探讨。结果发现先经过一阶导数再经过标准化处理,能更好地消除外部干扰造成的影响,建模结果更佳。在该处理方式下,基于第一波段光谱建立了颜色参数（L*,a*,b*）的预测模型,基于双波段光谱建立了pH和挥发性盐基氮的在线检测模型,预测相关系数分别为0.955 3,0.924 7,0.955 1,0.961 5和0.966 8。最后,为了验证模型的适用性,基于开发的便于在不同生产线应用的在线检测系统,利用独立的20个样本对在线模型进行外部验证,对颜色参数（L*,a*,b*）,pH和挥发性盐基氮的预测相关系数分别为0.918 9,0.914 1,0.947 7,0.950 4和0.960 6。研究结果表明,该系统通过双波段光谱的实时采集和融合,可以获取更多反应样本内部信息的光学信号,具有更强的检测能力。结合设计的光路等其他硬件单元,可以同时获取样本表面更大区域的反射光谱信息,从而实现对原料肉新鲜度主要表征参数的无损、在线、实时评估。该系统便于组装和拆卸,可以适应不同企业生产线的实际需要,具有较强的实用价值和较好的市场前景。     

基于同步荧光光谱法的鸭肉中西维因残留含量检测研究

为了快速测定鸭肉中西维因残留含量,提出应用同步荧光光谱法检测鸭肉中西维因残留含量,同时运用遗传算法-支持向量回归(GA-SVR)建立了鸭肉中西维因残留含量的回归预测模型。首先,通过荧光分光光度计分别采集了西维因水解物和含有西维因的鸭肉的三维同步荧光光谱图,经过分析确定了最佳波长差Δλ都为140 nm;其次,分析了鸭肉中西维因的浓度猝灭现象;最后采用GA进行同步荧光光谱的优化和选择,根据交互验证均方根误差(RMSECV)选择出了21个特征波长,并分别用全波长和21个特征波长作为SVR回归预测模型的输入特征变量,发现通过GA选择的特征波长可以得到更好的预测效果,并且其预测集的相关系数(R2)达到0.976 4,均方根误差(RMSECP)为12.232 2。试验结果表明利用同步荧光技术结合GA-SVR方法能有效、快速的检测鸭肉中西维因残留含量。     

Behaviour of E. coli 0157:H7 strains in model system and in raw meat by hpp: Microbial and technological aspects

Abstract

Verotoxigenic Escherichia coli (VTEC) is an important pathogen which can cause serious illnesses in humans. It is of particular importance to the meat industry to be able to completely destroy E. coli. A technique used to destroy E. coli could be the high pressure process. For this reason a mixture of 8 strains of E. coli 0157:H7 was inoculated in raw minced meat and in broth. These samples were treated at pressures up to 700 MPa at WC, causing up to 5 decimal reductions. HP treatment is also effective in decreasing microbial contamination and increasing the shelf-life of raw minced meat under refrigerated conditions. The texture of raw minced meat improved with HP level, while the colour was less characteristic in HP-treated samples; a combined HP-treatment caused less colour change than an individual HP-treatment. No difference in colour of cooked minced meat was observed in untreated and HP-treated samples. The texture of cooked minced meat improved in HP-treated samples.     

离子对反相液相色谱-原子荧光光谱法测定畜禽肉中5种硒形态含量

建立了一种测定畜禽肉类中硒代胱氨酸、甲基硒代半胱氨酸、硒代蛋氨酸、硒酸根和亚硒酸根含量的离子对反相液相色谱-原子荧光光谱分析方法。样品中有机硒通过胰蛋白酶和蛋白酶（XIV,链霉蛋白酶）酶解提取,无机硒通过碘乙酰胺溶液提取,于55 ℃水浴200 r·min-1振荡提取20 h,提取液高速离心后再经超滤管离心净化,C18反相色谱柱分离,30 mmol·L-1磷酸氢二铵、0.5 mmol·L-1四丁基溴化铵和5% （V/V）甲醇为流动相,用20%（V/V）甲酸调节流动相溶液pH至6.0,离子对反相液相色谱-原子荧光光谱法测定样品溶液中5种硒形态含量。采用与标准样品对照法定性,峰面积外标法定量。保留时间定性,外标法峰面积定量。硒代胱氨酸、甲基硒代半胱氨酸、硒代蛋氨酸、硒酸根和亚硒酸根在5~200 μg·L-1范围内线性良好,相关系数均大于0.999,其检出限分别为0.89,0.78,0.55,0.94和0.70μg·L-1,加标回收率为76.8%~109%,批内精密度和批间精密度分别为2.7%~7.8%和3.5%~12.3%。本方法具有快速简便、灵敏和准确等优点,适用于畜禽肉类样品中硒形态分析测定。