基于牛乳加工工艺的NIRS研究

详细地分析了均质、巴氏杀菌等不同加工工艺对牛乳近红外光谱的影响,首次发现各种加工后的牛乳与原料乳间在1 890 nm附近有明显的区别,通过这一特征波长点可以很好地判断牛乳是否经过加工处理,该结果为近红外技术在牛乳质量控制方面的研究提供了理论基础。论述了均质后吸光度急剧下降的液体乳,经杀菌工艺后吸光度反而升高以及常温原料乳随着均质压力的不断增强,其吸光度在整个光谱区域均呈下降趋势,脂肪球的物理结构变化,最终导致了吸光度的下降的原因。以商品乳中是否含有复原乳的鉴别为例,探讨了复原乳检测的机理,并利用SIMCA方法创建了复原乳定性判别模型,在光谱1 800～2 200 nm间,采用2D和Norris5.5预处理方法,判别结果表明对于商品乳中复原乳的正确辨别率可以达到98.1%。     

基于近红外光谱特征的三文鱼品质多指标快速检测

三文鱼肉质鲜美、营养丰富，尽管价格昂贵，却深受广大消费者喜爱，2017年我国三文鱼进口额达3.5亿美元。近年来不法商贩为追求高额利润导致三文鱼消费市场“以假乱真”、“以次充好”的问题日益突出，主要表现为：(1)以价格低廉、外观相似的淡水虹鳟、大马哈鱼、太平洋鲑鱼等冒充价格高、消费者认可度高的挪威三文鱼；(2)将低成本、低品质的冰冻三文鱼(-18 ℃储运、保质期长、组织结构被冰晶破坏、口感风味破坏严重)化冻后冒充高成本、高品质的冰鲜三文鱼(0～4 ℃储运、保质期短、无冰晶产生、口感风味最大限度保持)；(3)将次新鲜的三文鱼冒充新鲜三文鱼。针对三文鱼品质感官检测误差大、理化检测耗时费力的不足，拟研究一种基于近红外光谱(NIRs)特征的真品/伪品三文鱼、冰鲜/冻融三文鱼、新鲜/次新鲜三文鱼快速鉴别方法。首先采集真品(挪威三文鱼)/伪品(淡水虹鳟、大马哈鱼和太平洋鲑鱼)三文鱼、冰鲜(冰鲜1，3和5 d)/冻融(冰冻15，30和45 d并化冻)三文鱼和新鲜/次新鲜(冰鲜保藏0，2，4，6和8 d)三文鱼样品的NIRs信息，并将不同储藏天数的冰鲜三文鱼以国标法测定其TVB-N含量。原始光谱经标准正态变量变换(SNV)等方法预处理后，分别使用主成分分析(PCA)和遗传算法(GA)进行光谱数据降维及特征波长筛选。最后，结合K-最近邻法(KNN)和最小二乘支持向量机(LS-SVM)对真品/伪品三文鱼和冰鲜/冻融三文鱼构建识别模型；结合联合区间偏最小二乘法(Si-PLS)对新鲜/次新鲜三文鱼构建TVB-N预测模型。建模结果表明：真品/伪品三文鱼LS-SVM定性识别模型对应的测试集识别率达97.50%，冰鲜/冻融三文鱼LS-SVM定性识别模型对应的测试集识别率达98.89%；TVB-N对应的Si-PLS定量检测模型的预测集相关系数为0.864 1，基于TVB-N预测值建立的三文鱼新鲜度定性鉴别模型对应的测试集准确率为90.00%。研究结果表明，利用近红外光谱特征结合化学计量学方法能够快速、无损检测真品/伪品三文鱼、冰鲜/冻融三文鱼和新鲜/次新鲜三文鱼，实现三文鱼品质多指标快速检测。     

近红外光谱桉树杂交种鉴别

桉树育种和遗传分析是开展桉树世代改良及其目标性状改良等研究的前提。而常用的遗传基础研究方法专业性要求高,且费时费力。该研究旨在利用近红外光谱（NIRs）分析NIRs信息与桉树遗传信息间的关系,并探索NIRs信息用于桉树杂交种判别分析的可行性和准确性。以现有的桉树杂交种测试试验及其亲本材料为对象,用手持式近红外仪Phazir Rx（1624）采集了7个桉树杂交种及其4个亲本树种叶片的NIRs信息。每个树种选择10个单株,每个单株选10片当年生健康叶片,扫描其正面叶脉中部两侧光谱各5次,以均值代表单个叶片的NIRs信息。每种基因型总共各获得100条NIRs信息,其中70条构成训练集样本,30条构成验证集样本。原始NIRs信息采用S.G二阶导数转换预处理,以消除基线及其他因素对光谱信息的影响,增强特征峰信息。经预处理后的NIRs信息用于后续分析,首先通过主成分分析（PCA）的因子得分对树种的分类判断NIRs信息与测试树种遗传信息间的关系。在此基础上,分别用簇类独立软模式（SIMCA）和偏最小二乘判别分析（PLS-DA）两种判别模式建立桉树杂交种的NIRs判别模型。经预处理后的NIRs信息的变异系数曲线显示,在波长2 000 nm后,各树种的NIRs信息存在丰富的特征峰,且特征峰的分布范围存在较大的差异。PCA结果显示,不同的亲本间、杂交种间及杂交种与亲本间样本的PC1和PC2得分可以清晰地将各树种进行分类,这在很大程度上表明NIRs信息可以正确反映桉树不同基因型的遗传信息。NIRs模型的判别效果显示,少数遗传关系比较接近的杂交组合的SIMCA模式相互判别准确率较低,而多数杂交组合间的SIMCA判别准确率则在73%～100%之间;桉树各杂交组合间的单独和综合模型的PLS-DA判别准确率均为100%,且基于PLS-DA判别的综合模型能将7个杂交组合一一与其他组合正确区分开,判别效果明显优于SIMCA模式。结果表明：NIRs信息可以正确反映桉树不同基因型的遗传信息,NIRs判别模型可以比较准确地将各树种进行区分,因此,NIRs信息可用于桉树杂交种和纯种的田间定性判别,从而辅助桉树育种材料遗传基础的研究。     

小球藻生长过程脂肪含量动态变化快速无损检测方法研究

微藻-生物柴油转化生产要求产油微藻细胞内大量积累脂肪,而藻类脂肪的积累受外界环境影响较大,因此,微藻生长过程中对藻体脂肪变化进行快速检测和分析有着非常重要的意义。以小球藻(Chlorella sp.)为研究对象,利用可见/近红外光谱技术和高光谱成像技术对不同光源培养条件下微藻生长过程脂肪动态变化和脂肪含量分布可视化分析进行了研究。研究结果表明,虽然利用两种技术获取的小球藻透射光谱和反射光谱有差异,利用连续投影算法进行特征波长也不完全相同,但基于两种技术获得的对于脂肪含量的特征波段光谱建立的小球藻脂肪含量多元线性回归模型的预测结果接近,分别为r_(pre)=0.940,RMSEP=0.003 56和r_(pre)=0.932,RMSEP=0.004 23。研究中小球藻接种初期至生长指数期初期藻体内脂肪含量相对平稳,积累增加发生在生长对数期的末期,而在生长平稳期时的小球藻藻液中,脂肪含量较高的藻体呈现出聚集生长的状态。小球藻生长过程中生命信息快速无损检测方法的实现为微藻实际生产培养和收获策略的制定提供了理论依据和技术手段。