鸡蛋新鲜度多指标融合光谱无损检测方法研究

发布时间：2020-10-27 16:53

　　 鸡蛋在贮藏过程中容易腐败变质,危害消费者健康,损害生产者利益。分析鸡蛋新鲜度多指标融合算法,研究模型维护实现鸡蛋品种间模型预测,对鸡蛋新鲜度快速和无损检测有重要意义。本研究以白来航鸡蛋和矮脚鸡蛋为研究对象,利用可见/近红外光谱技术预测鸡蛋新鲜度,从光谱检测方向、新鲜度单指标、新鲜度综合指标和模型维护等方面开展研究,论文主要研究成果如下:1.对比了横向和纵向采集的光谱预测鸡蛋新鲜度模型结果。采集白来航鸡蛋横向(赤道部位)和纵向(钝头位置)光谱,利用SG平滑、多元散射校正(MSC)、标准正态变量变换(SNV)、一阶导数(1st Der)和二阶导数(2nd Der)方法预处理光谱,建立以哈夫单位、蛋黄指数和蛋白pH为鸡蛋新鲜度指标的偏最小二乘(PLSR)模型。对于横向和纵向光谱模型,哈夫单位预测相关系数分别为0.881和0.813,蛋黄指数预测相关系数分别为0.855和0.848,蛋白pH预测相关系数分别为0.888和0.857。比较模型结果可知,横向为鸡蛋光谱采集最佳方向,更适合鸡蛋新鲜度光谱预测建模。鸡蛋光谱最佳检测方向的确定,为后续鸡蛋新鲜度多指标分析奠定了基础。2.建立了鸡蛋新鲜度蛋形指数、蛋黄指数、哈夫单位、蛋白PH、气室直径和蛋壳厚度单指标定量预测模型。白来航鸡蛋和矮脚鸡蛋的哈夫单位模型预测相关系数分别为0.836和0.694;蛋黄指数模型预测相关系数分别为0.841和0.811;气室直径模型预测相关系数分别分别为0.845和0.890;蛋白pH模型预测相关系数分别为0.852和0.947。鸡蛋新鲜度单指标光谱预测模型的建立与分析,为后续鸡蛋综合新鲜度指标计算和模型维护提供了数据支持。3.提出了鸡蛋新鲜度综合指标概念,并建立了基于可见/近红外光谱的鸡蛋新鲜度综合指标预测模型。分析了白来航鸡蛋和矮脚鸡蛋新鲜度单指标相关性,蛋黄指数、哈夫单位、蛋白pH和气室直径4个指标彼此相关,且相关性显著。由主成分分析法去除指标间相关性,得到鸡蛋新鲜度综合指标,并建立光谱模型。SNV预处理得到白来航鸡蛋新鲜度综合指标最佳建模结果预测相关系数为0.891,优于单指标建模结果。矮脚鸡蛋新鲜度综合指标最佳建模结果由MSC预处理得到,校正集和预测集相关系数分别为0.810和0.744。鸡蛋新鲜度综合指标概念的提出和光谱模型的建立为全面分析鸡蛋新鲜度提供了新的思路。4.研究了白来航鸡蛋和矮脚鸡蛋的新鲜度综合指标和蛋白pH指标的模型维护。光谱模型是基于特定样品建立的,白来航鸡蛋和矮脚鸡蛋在蛋形、蛋壳颜色和内在品质都有差异,样本变化影响模型的稳定性和预测效果。对白来航鸡蛋和矮脚鸡蛋进行模型适配性检验,采用全局更新、直接校正和斜率截距校正方法进行新鲜度综合指标和蛋白pH指标的模型维护。对于蛋白pH指标,斜率截距校正结果较好,白来航鸡蛋为主品种时模型预测相关系数为0.89,矮脚鸡蛋为主品种时模型预测相关系数为0.91。模型维护的研究为今后预测其他鸡蛋品种提供了技术支持,推动了光谱模型数据库的实际应用。5.研制了鸡蛋新鲜度无损检测装置。基于透射光谱完成了光源、电源、光谱仪和光纤选型;聚四氟乙烯选定为白参考材料,其厚度通过白参考光谱峰高度和鸡蛋光谱透过率确定;设计光源和光纤探头等关键部件位置,完成鸡蛋无损检测装置的研制,并进行实验验证。该装置为鸡蛋新鲜度无损快速检测提供了硬件支持。
【学位单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TS253.7
【部分图文】：

图１－１技术路线图??Ｆｉｇｕｒｅ?１－１?Ｒｅｓｅａｒｃｈ?ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ?ｒｏａｄｍａｐ??

第二章鸡蛋光谱检测方向的研究??２．１引言??鸡蛋光谱采集部位有纵向（钝头位置）和横向（赤道位置）两种。在集方式下，鸡蛋内部形态的差异影响光谱数据和建模结果。目前没有文献方向建模结果进行对比研宄，所以本章检测鸡蛋哈夫单位、蛋黄指数和蛋度指标，建立不同检测方向的光谱预测模型，以期确定鸡蛋光谱最佳检测２．２实验材料与方法??２．２．１材料??白来航鸡体型小，产蛋多，耗料少，蛋壳白色，是世界上著名的白壳产后２４ｈ内新鲜白来航鸡蛋９１枚（母鸡龄４１周，由中国农业大学实验牧放置环境相同（温度３０°Ｃ，相对湿度６０％），分成１３组，在第０、１、３、５１０、?１２、?１３、１６、１８、?１９和２１天进行光谱检测和新鲜度理化检测。??

卡尺（分辨率〇．〇ｌｍｍ，上海九量五金工具有限公司）、ｌ〇〇ｍｌ烧杯和玻璃平２．２．３鸡蛋光谱采集??采用可见／近红外透射方式采集样品光谱，光谱采集前预热３０?ｍｉｎ，光谱鸡蛋赤道横向部位和钝头朝上两种方式：赤道横向聚四氟乙烯白参考厚度８ｍ分时间２３ｍｓ，平均次数３，平滑度５；钝头朝上纵向聚四氟乙烯白参考厚度１积分时间４６ｍｓ，平均次数３，平滑度５。在光谱采集软件中保存光谱，最后取谱信息的平均值作为该样品的光谱信息值。??２．２．４哈夫单位检测??光谱采集后用电子天平秤取鸡蛋质量，将鸡蛋打破倒在玻璃平板上，用游测量蛋黄边缘与浓蛋白边缘的中点高度，注意要避开系带，测量三个点取平均蛋白高度［１２６’１２７］。根据蛋白高度与质量，按公式（２－１）所示计算鸡蛋的哈夫单位ＨＵ＝１００ｘｌｇ［Ｈ＋７．５７－１．７ｘ（ＧＡ０．３７）］?（其中，ＨＵ为哈夫单位；Ｈ为蛋白高度，单位ｍｍ，Ｇ为质量，单位ｇ。??
【参考文献】

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本文编号：2858789