一种基于电子鼻的不同新鲜度山核桃的快速鉴别方法与流程

本发明涉及农产品品质检测领域，尤其涉及一种基于电子鼻的不同新鲜度山核桃的快速鉴别方法。

背景技术：
山核桃是我国特有的坚果类产品，由于含有丰富的油脂和蛋白质等营养物质，越来越受到消费者的喜爱。山核桃在储藏过程中，果仁会发生酸败变质现象，导致其营养价值大大降低，因此山核桃新鲜度检测成为本产业亟待解决的问题。传统上，常常采用理化指标检测和感官评定两种方法检测山核桃新鲜度。理化指标检测属于有损检测，需要复杂的样品处理过程和昂贵的仪器等，这些与食品检测领域的趋势相违背，另外，检测过程中所使用的药剂对操作人员的健康也产生威胁；而感官评定法虽然一定程度上属于无损检测，但是该方法具有主观性强、重复性差、消耗时间长等缺点。由于以上问题，理化指标检测和感官评定在实际生产中的推广困难重重。电子鼻是一种模拟动物嗅觉系统的仪器，包含传感器阵列和模式识别两部分，其工作原理为：样品挥发出的气味作用于传感器阵列，产生响应信号，这种信号称为样品气味的模式或“气味指纹图谱”，利用多元统计分析和神经网络等方法区分不同的模式，从而达到区分样品的目的。电子鼻技术提供了一种快速无损的检测方法，由于不需要复杂的样品处理过程，该方法在食品检测中的应用越来越广泛。目前，还没有利用电子鼻直接对完整山核桃进行检测来判断其新鲜度的研究。

技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明提供一种基于电子鼻的不同新鲜度山核桃的快速鉴别方法。为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：一种基于电子鼻的不同新鲜度山核桃的快速鉴别方法，它的步骤如下：(1)电子鼻检测过程：将新鲜度已知、外壳无损伤的山核桃作为检测样品，按照新鲜度的不同分为若干批次，相同新鲜度的山核桃至少有3组不同检测样品；按照1颗/25ml顶空气体的比例将各组山核桃分别放入无味的密闭容器中，所述密闭容器的容积不小于500ml；放入山核桃后，密封，并在室温中静置45-75分钟，使得山核桃散发的气味达到饱和；每次电子鼻检测开始前，使用干燥洁净空气对电子鼻系统进行清洗，设置清洗流速为500ml/min-700ml/min，清洗时间为60-80秒；清洗完成后，抽取密闭容器中的顶空气体，设置抽取顶空气体的流速为150ml/min-300ml/min，检测时间为70-90秒；检测得到传感器阵列对不同新鲜度检测样品的响应值，进而得到传感器阵列对不同新鲜度检测样品的响应曲线；(2)特征值提取：提取步骤(1)获得的传感器阵列响应曲线上的至少三种特征值，所述特征值为：最大值、最小值、第10秒响应值、第75秒响应值、最大值与最小值的差值、所有响应值的平均值、响应曲线与X轴之间的面积值；(3)量化过程：通过步骤(1)和步骤(2)获得新鲜度未知的检测样品响应曲线的特征值，同时对新鲜度已知和新鲜度未知的检测样品响应曲线的特征值进行主成分分析或线性判别分析，获得二维得分图，并根据得分图中已知新鲜度的样本点求出各个已知新鲜度检测样本的重心坐标以及新鲜度未知的检测样本点到各个已知新鲜度检测样本的重心的距离；(4)新鲜度鉴别过程：由步骤(3)得到新鲜度未知的检测样本点到各个已知新鲜度检测样本的重心的距离，根据距离最小原则来判定新鲜度未知的检测样本点在不同种类特征值下的新鲜度；统计在不同种类特征值下新鲜度未知的检测样本点的新鲜度数量，其中新鲜度未知的检测样本点被判定为某一新鲜度次数最多时，该新鲜度即为新鲜度未知的检测样本点的最终新鲜度。进一步的，所述的步骤(3)中根据得分图中已知新鲜度的样本点求出各个已知新鲜度检测样本的重心坐标以及新鲜度未知的检测样本点到各个已知新鲜度检测样本的重心的距离，具体通过下式得到：其中，Xmean为已知新鲜度检测样本重心的横坐标，Ymean为已知新鲜度检测样本重心的纵坐标，Xi为已知新鲜度检测样本点的横坐标，Yi为已知新鲜度检测样本点的纵坐标，M为未知新鲜度的检测样本点到各个已知新鲜度检测样本的重心的距离，X未知为未知新鲜度的检测样本点的横坐标，Y未知为未知新鲜度的检测样本点的纵坐标。进一步的，所述步骤(4)中的距离最小原则具体为：比较新鲜度未知的检测样本点到各个已知新鲜度检测样本的重心的距离，其中新鲜度未知的检测样本点到某一个已知新鲜度检测样本的重心距离最近时，则新鲜度未知的检测样本点被判定为该已知新鲜度检测样本的新鲜度。本发明的有益结果是：采用电子鼻直接对完整的山核桃进行电子鼻检测，操作简单、不需要复杂的样品处理和昂贵的仪器，实现了不同新鲜度山核桃的快速鉴别；该方法最大程度上避免了基于单一特征值所建立的新鲜度鉴别模型，可能出现偶然鉴别误差的现象，鉴别准确率高，值得广泛推广。附图说明图1是本发明实施例中的传感器响应信号；图2是本发明实施例中75秒法的分类效果图；图3是本发明实施例中10秒法的分类效果图；图4是本发明实施例中面积法的分类效果图；图5是本发明实施例中最大值法的分类效果图；图6是本发明实施例中平均值法的分类效果图；图7是本发明实施例中最小值法的分类效果图；图8是本发明实施例中差值法的分类效果图。具体实施方式本发明的目的是提供一种基于电子鼻的不同新鲜度山核桃的快速鉴别方法，按照以下技术方案实施。具体步骤如下：(1)电子鼻检测过程：将新鲜度已知、外壳无损伤的山核桃作为检测样品，按照新鲜度的不同分为若干批次，相同新鲜度的山核桃至少有3个不同检测样品，按照1颗/25ml顶空气体的比例将各组山核桃分别放入无味的密闭容器中，所述密闭容器的容积不小于500ml；放入山核桃后，使用无味保鲜膜进行密封，并在室温中静置45-75分钟，使得山核桃散发的气味达到饱和；每次电子鼻检测开始前，使用干燥洁净空气对电子鼻系统进行清洗，设置清洗流速为500ml/min-700ml/min，清洗时间为60-80秒；清洗完成后，电子鼻抽取密闭容器中的顶空气体，设置抽取顶空气体的流速为150ml/min-300ml/min，检测时间为70-90秒；检测过程中按照1次/秒的速率记录传感器响应值，响应值为传感器阵列检测样品气体时的电导率G与检测洁净空气时的电导率G0的比值，从而得到传感器阵列对不同新鲜度检测样品的响应曲线；(2)特征值提取：提取步骤(1)获得的传感器阵列响应曲线上的至少三种特征值，所述特征值为：最大值、最小值、第10秒响应值、第75秒响应值、最大值与最小值的差值、所有响应值的平均值、响应曲线与X轴之间的面积值；(3)量化过程：通过步骤(1)和步骤(2)获得新鲜度...