近红外光谱法对土豆的现场检测应用

近红外光谱法对土豆的现场检测应用

一、现状:

马铃薯是ZG五大主食之一，其营养价值高、适应力强、产量大。马铃薯Z易感染病害，滋生菌丝等，收购时肉眼无法识别是否感染病害，但储存一段时间后即会发生腐烂，直接造成经济损失，在薯收购现场，传统方法检测为抽样检测，预测结果滞后而且无法真实评价收购产品的质量。

由于地域，气温，年限等不同，所生长成的农产品其内部成分是会发生变化的。对于土豆收购商来说，马铃薯某些成分的变化直接关系着收购质量。不仅关系到成分的变化，还有掺杂劣质土豆的量都会关系到收购质量，这些因素都会直接影响到收购商的经济利益，目前传统的检测方法已无法满足马铃薯收购商在现场收购的需求。近红外技术是在国内新兴的一种光谱技术，具有检测速度快、不需要样品预处理、可以直接样品进行透射或漫反射检测，多指标分析，不仅有效的定性还可以做准确的定量等优点。这些常规检测方法无法具有的优点使得它在用于现场和生产流水线上发挥巨大的作用。

图1.德国卡尔蔡司AURA手持式近红外光谱仪

二、实验地点：模拟马铃薯收购现场或马铃薯存储仓库

三、仪器条件：仪器为德国卡尔蔡司AURA手持式近红外光谱仪，扫描速度快，便携式操作，直接应用于收购现场。

四、仪器介绍：

仪器型号：AURA        仪器产地：德国       生产厂家：卡尔蔡司（ZEISS）

1.应用领域：

*粮食/谷物   *食用油        *巧克力/可可制品    *烘培食品

*面制品      *奶粉/乳制品  *宠物食品   *种子   *饮料/糖       

*休闲食品    *土壤植物     *香料/调味品   *肉食品/海产品     

*乙醇        *生物柴油     *个人护理用品  *饮用水/废水/海水   

2.检测内容： 水分、蛋白、脂肪、纤维、PH、酸度等检测指标。

3.产品描述：

1.正常工作温度范围：+5 -- +40 ℃

2.重量：<2.5 kg （包括锂电池）

3.传感器阵列：多通道的 InGaAs 传感器（无移动部件）

4.光源寿命：卤素灯，20,000小时（可24小时不间断使用约2年）

5.基于大口径平面光栅光谱仪（PGS），光照强度高，光通量大。仪器全固化设计，内部无任何移动部件，内置黑、白校准标准品，仪器自动校准，极大的提高了仪器的抗干扰能力，长时间工作保持稳定。配置锂电池供电，方便携带，可用于野外或现场分析工作。

6.一体化设计，自带7寸触摸显示屏，windows10操作系统，自带InProcess日常操作软件，软件兼容性强，可进行定量分析和仪器校准工作，操作简便，具有导入、修正定标曲线和开机自检、结果显示等功能，可升级。

五、实验方法：

送马铃薯的货车上，在上层、中层和下层，前部、中部和尾部随机的取出80个马铃薯样品，使得这些样品能够尽可能的代表全车马铃薯质量。仪器使用德国卡尔蔡司AURA手持式近红外光谱仪进行光谱采集。采用置顶静态测样方式。

1) 在马铃薯样品表面切出一小片平面，要求表面平滑，质密均匀。

2) 将整个马铃薯样品放置于探头上，进行漫反射检测，要求所有样品操作的一致性好。

实验共备置80个马铃薯样品，其中70个（此70个为合格马铃薯样品）作矫正集样品，用于建模，其余10个作验证集样品，用于评价模型。对矫正集每个样品扫描2 次，得到140 张光谱。这些光谱都对应该样品的淀粉、蛋白质含量数据。光谱采用数学处理，有效消除基线漂移和部分噪音信息，含量数据和光谱数据一一对应，使用偏Z小二乘法计算，创建模型。

    在这里本实验不仅建立了马铃薯中淀粉、蛋白质的定量模型，而且还建立了马铃薯的定性模型。所以，该检测不仅可以快速检测马铃薯中淀粉、蛋白质的含量，还同时判定出马铃薯是否合格。

图2.马铃薯中淀粉的PLS定量模型 

图3.马铃薯中蛋白质的PLS定量模型

如图1、2中可以看出，马铃薯中淀粉、蛋白质含量与近红外光谱有很好的相关性，相关系数分别达到达到0.9424  ，0.9508。使用模型对验证集样品进行预测，其Zda相对偏差分别为3.2%，4.6%；并且，在定性判别准确率为1**% 。

六、结论：

   采用德国卡尔蔡司AURA手持式近红外光谱仪快速、GX检测马铃薯中淀粉、蛋白质的含量是可行的。在收购或仓储现场，不仅快速准确的分析出其成分的含量，而且准确的判别产品是否合格。分析速度快，结果准确，具有常规化学方法所不具有的优点。该实验对收购现场检测有重要的意义。