专利名称：食醋近红外透射光谱的采集装置及食醋原产地鉴别方法
技术领域：
本发明涉及一种食醋原产地鉴别的方法和装置，具体说是一种食醋近红外透射光谱的采集装置及食醋原产地鉴别方法。
背景技术：
随着人民生活水平的提高和食品工业的迅速发展，调味品的生产和市场出现了空前的繁荣和兴旺，食醋是其中的重要一员。食醋中除了含有醋酸以外，还含有对身体有益的其它一些营养成分，如乳酸、葡萄糖酸、琥珀酸、氨基酸、糖、钙、磷、铁、维生素B2等。食醋因其营养成分独特已从单纯的调味品逐渐转为食疗的著名食品之一。食醋有一定消除疲劳的 作用，醋中所含的丰富有机酸，可以促进人体内糖的代谢并使肌肉中的疲劳物质乳酸和丙酮等被分解，从而消除疲劳。而且食醋有一定抗衰老作用，醋可以抑制和降低人体衰老过程中氧化物的形成。所以食醋是食用品质好，营养价值高的一种优良食品。目前国内市场上的食醋品牌众多，但食醋因品种不同、产地不同、原料不同以及发酵工艺等不同，使得各品牌的食醋质量、营养、价格等差异比较大，且各品牌食醋在外观上几乎没有差别，消费者难以从颜色、味道上加以鉴别区分。近红外光谱分析技术具有分析速度快、分析成本低、操作简单、非破坏性、无污染等特点，近红外光谱结合化学计量学方法(包括系统聚类分析和K-means聚类分析、主成分分析、Fisher线性分类、K最邻近法和偏最小二乘判别分析法-PLSDA)在食品品质的定性分析中得到广泛应用。传统的商用近红外仪器价格较昂贵，对于食醋样品，由于样品物理性质
比较单一。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的第一目的在于提供一种结构简单、成本较低以及便于携带的食醋近红外透射光谱的采集装置。本发明的第二目的在于提供一种利用上述采集装置对食醋原产地进行鉴别的方法，该方法识别率高、分析速度快以及绿色化分析。为了解决上述第一目的，本发明所采用的技术方案为一种食醋近红外透射光谱的采集装置，包括外壳，在外壳内设有样品室、光源、检测器、微处理器及外围电路，其中，外围电路主要包括系统电路、光源和温度控制调节模块驱动电路以及前置放大和反馈稳控电路等常规电路。在外壳上设有控制面板和USB接口，在控制面板上设有控制按钮和显示装置；在样品室内设有样品池；其中，样品池，用于放置样品；光源，发射光谱至样品池中样品；检测器，用于接收透过样品池后的光谱信号；微处理器，微处理器通过外围电路为光源提供驱动电流，控制多个单色光谱的轮流点亮顺序和时间，同时将接收到的经过外部电路调理的光谱信号存储在存储区，同时调用已存储的定量模型，并进行预测计算，得出被测食醋样品的原产地信息，通过USB接口完成与上位机之间的数据通讯；控制按钮，用于光谱采集、模型管理等操作；显示装置用于将微处理器计算出的食醋原产地信息进行显示。为了解决上述第二目的，本发明所采用的技术方案为一种利用上述食醋近红外透射光谱的采集装置对食醋原产地进行鉴别的方法，该方法包括如下步骤I)收集不同产地的食醋样品若干份，一部分作为校正集，用于建模，另一部分作为预测样品，用于模型的验证；2)在建模阶段，将检测器接收到的光谱信号传入微处理器中，微处理器通过USB接口与上位机相连，导出测量得到的光谱数据到上位机的建模系统中，采用恰当的模式识别方法建立食醋光谱信号和产地信息间的定性分析模型，上位机建模之后，将获得的模型 及其参数下载到微处理器的相应存储区，为实现后续的检测做准备；3)快速检测阶段，检测器将接收到的光谱信号传入微处理器中，微处理器调用相应的产地信息定性分析模型和参数进行计算，得到被检测食醋样品的地理信息，同时通过显示装置进行显示。与现有技术相比，本发明的有益效果是本发明采集装置结构简单、成本较低以及便于携带，能实现食醋近红外光谱的采集；本发明鉴别方法采用近红外光谱技术结合模式识别方法对食醋原产地进行鉴别研究，具有识别率高、分析速度快以及绿色化分析等优点。
图I为本发明中采集装置的结构示意图；图2为本发明中鉴别方法的流程图；图3为本发明中采集的食醋近红外透射光谱图；图4为本发明中不同产地的食醋样品近红外光谱的主成分分布图；图5为本发明中基于PLSDA模式识别方法的食醋原产地鉴别结果。
具体实施例方式下面通过具体的实施例对本发明进一步说明，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干变型和改进，这些也应视为属于本发明的保护范围。如图I所示，一种食醋近红外透射光谱的采集装置，包括外壳1，在外壳I内设有样品室2、光源3、检测器4、微处理器5及外围电路，其中，外围电路主要包括系统电路、光源和温度控制调节模块驱动电路以及前置放大和反馈稳控电路等常规电路。在外壳I的上表面上设有控制面板6，在外壳I的一侧面上设有USB接口 7，在控制面板6上设有控制按钮和显示装置；在样品室2内设有样品池；其中，样品池，用于放置样品；光源3，为卤钨灯光源，光谱范围为360_2000nm ;在一个紧凑经济的设计内，灯泡
提供高色温，高效率输出和长寿命。光源发射光谱至样品池中样品。检测器4，用于接收透过样品池后的光谱信号；
微处理器5，微处理器通过外围电路为光源提供驱动电流，控制多个单色光谱的轮流点亮顺序和时间，同时将接收到的经过外部电路调理的光谱信号存储在存储区，同时调用已存储的定量模型，并进行预测计算，得出被测食醋样品的原产地信息，通过USB接口 7完成与上位机之间的数据通讯；控制按钮，用于光谱采集、模型管理等操作；显示装置用于将微处理器计算出的食醋原产地信息进行显示，通常采用显示屏。利用上述采集装置进行食 醋原产地的鉴别方法，该方法的流程如2所示，具体如下1)收集不同产地的食醋样品若干份，一部分作为校正集，用于建模，另一部分作为预测样品，用于模型的验证；对所有食醋样品确定原产地，并进行编码。2)在建模阶段，将采集装置中的检测器4接收到的光谱信号传入微处理器5中，微处理器5通过USB接口 7与上位机相连，导出测量得到的光谱数据到上位机的建模系统中进行数据处理，采用恰当的模式识别方法建立食醋光谱信号和产地信息间的定性分析模型，上位机建模之后，将获得的模型及其参数下载到微处理器5的相应存储区，为实现后续的检测做准备；3)快速检测阶段，首先收集待测食醋样品，然后通过检测器4采集待测食醋样品光谱信号，并将接收到的待测食醋样品光谱信号传入微处理器5中，微处理器5调用相应的产地信息定性分析模型和参数进行计算，得到被检测食醋样品的地理信息，同时通过显示装置进行显示。实施例I :食醋产地的鉴别方法，该方法为首先收集了 279个食醋样品，其中江苏“恒顺”品牌240个，其余为山西“东湖”和天津“独流”两个品牌。采用Kennard-Stone方法将样品划分为校正集和验证集两个样品集，其中校正集样品用于建立判别模型，验证集样品用于对所建立的判别模型进行误差分析，从而判定模型是否符合检测要求，否则重新构建模型，校正集有186份样品，测试集有93份样品。将“恒顺”品牌食醋设为第一类，用字母a表示，而其他品牌食醋设为第二类，用字母b表示，。保持试验环境的稳定，恒温(25 ± O. 3 ) °C,环境湿度(22 ± 5 ) °C。将279个样品编号，以空气为参比，每份样品倒入比色皿中到容积的2/3处。扫描次数为32次。在吸光度(absorbance)的模式下进行试验。不同产地的食醋样品近红外光谱的主成分分布图如图4所示。其次，在建模阶段，将采集装置中的检测器接收到的光谱信号传入微处理器中，微处理器通过USB接口与上位机相连，导出测量得到的光谱数据到上位机的建模系统中进行数据处理，采用恰当的模式识别方法建立食醋光谱信号和产地信息间的定性分析模型，上位机建模之后，将获得的模型及其参数下载到微处理器的相应存储区，为实现后续的检测做准备；最后，快速检测阶段，首先收集待测食醋样品，然后通过检测器采集待测食醋样品光谱信号，并将接收到的待测食醋样品光谱信号传入微处理器中，微处理器调用相应的产地信息定性分析模型和参数进行计算，得到被检测食醋样品的地理信息，同时通过显示装置进行显示。基于PLSDA模式识别方法的食醋原产地鉴别结果如图5所示。图3本发明装置采集的“恒顺”、“东湖”和“独流”三个品牌食醋的近红外透射光谱图。
分别用字母a和字母b表示“恒顺”牌食醋和非“恒顺”牌食醋(非“恒顺”牌食醋包括“东湖”和“独流”)，从图4中可以看出，字母a和字母b分别包含在了不同的椭圆内，字母a所表示的“恒顺”品牌食醋包含在较大的椭圆中，字母b所表示的非“恒顺”品牌食醋包含在较小的椭圆中；很好的实现了 “恒顺”品牌食醋的判别；图5中横坐标a和b分别对应的是“恒顺”牌食醋和非“恒顺”牌食醋，并且a对应的数值为l，b对应的数值为2 ;通过统计分析同样得到了较准确的判定结果。本发明中，近红外定性分析是用已知类别的样品建立近红外定性模型，然后用该模型考察未知样品性质是否与已知样品相似。具体实验过程为(1)采集已知类别食醋样品的光谱；(2)用一定的数学方法处理上述光谱，生成定性判据；(3)用该定性判据判断未知样品属于哪类物质。从上述过程可以看出，近红外定性分析依赖于光谱的重复性，包括吸 光度和波长的重复性。在近红外定性分析中要注意未知样品的测定和处理过程必须与校正集样品完全相同，光谱采集参数和实验条件必须一致等。
权利要求
1.一种食醋近红外透射光谱的采集装置，其特征在于，包括外壳，在外壳内设有样品室、光源、检测器、微处理器及外围电路，在外壳上设有控制面板和USB接口，在控制面板上设有控制按钮和显示装置；在样品室内设有样品池；其中， 样品池，用于放置样品； 光源，发射光谱至样品池中样品； 检测器，用于接收透过样品池后的光谱信号； 微处理器，微处理器通过外围电路为光源提供驱动电流，控制多个单色光谱的轮流点亮顺序和时间，同时将接收到的经过外部电路调理的光谱信号存储在存储区，同时调用已存储的定量模型，并进行预测计算，得出被测食醋样品的原产地信息，通过USB接口完成与上位机之间的数据通讯； 控制按钮，用于光谱采集、模型管理等操作； 显示装置，用于将微处理器计算出的食醋原产地信息进行显示。
2.根据权利要求I所述的食醋近红外透射光谱的采集装置，其特征在于，所述光源为卤钨灯光源，光谱范围为360-2000nm。
3.根据权利要求I所述的食醋近红外透射光谱的采集装置，其特征在于，所述控制面板设在外壳的上表面。
4.根据权利要求I所述的食醋近红外透射光谱的采集装置，其特征在于，所述USB接口设在外壳的侧面上。
5.利用权利要求I至4中任一项所述的食醋近红外透射光谱的采集装置对食醋原产地进行鉴别的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤 .1)收集不同产地的食醋样品若干份，一部分作为校正集，用于建模，另一部分作为预测样品，用于模型的验证； .2)在建模阶段，将检测器接收到的光谱信号传入微处理器中，微处理器通过USB接口与上位机相连，导出测量得到的光谱数据到上位机的建模系统中，采用恰当的模式识别方法建立食醋光谱信号和产地信息间的定性分析模型，上位机建模之后，将获得的模型及其参数下载到微处理器的相应存储区，为实现后续的检测做准备； .3)快速检测阶段，检测器将接收到的光谱信号传入微处理器中，微处理器调用相应的产地信息定性分析模型和参数进行计算，得到被检测食醋样品的地理信息，同时通过显示装置进行显示。
6.根据权利要求5所述的鉴别方法，其特征在于，步骤I)中，对所有食醋样品确定原产地，并进行编码。
7.根据权利要求5所述的鉴别方法，其特征在于，步骤2)中，所述模式识别方法主要是采用不同的光谱信息提取方法结合主成分分析和偏最小二乘判别分析法实现判别模型的构建，其中采用不同的光谱信息提取方法包括采用不同的预处理方法和对光谱进行特征变脸的优选。
全文摘要
本发明公开了一种食醋近红外透射光谱的采集装置及食醋原产地的鉴别方法，通过该采集装置中的检测器对食醋样品近红外透射光谱进行采集，并将采集到的光谱信号传输到微处理器中；在建模过程中，采用模式识别方法建立定性判定模型，选取预测精度达到要求的校正模型，并将其导入微处理器中，同时将预测样品的近红外光谱信息调入选取的校正模型中进行计算，得出食醋样品的原产地信息。本发明采集装置结构简单、成本较低以及便于携带，能实现食醋近红外光谱的采集；本发明鉴别方法采用近红外光谱技术结合模式识别方法对食醋原产地进行鉴别研究，具有识别率高、分析速度快以及绿色化分析等优点。
文档编号G01N21/35GK102879352SQ20121033974
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月13日 优先权日2012年9月13日
发明者郝勇, 尹名年, 李国权, 夏蓉, 朱胜虎 申请人:江苏恒顺醋业股份有限公司