基于高光譜成像技術(shù)的蔬菜新鮮度快速檢測方法研究.pdf

1、新鮮度是葉菜類蔬菜品質(zhì)問題的核心，同時蔬菜品質(zhì)已逐漸成為其能否進(jìn)入國際、國內(nèi)市場的基本因素，精細(xì)化的蔬菜生產(chǎn)和管理亟需先進(jìn)的蔬菜生產(chǎn)、貯藏、評價與新鮮度分級技術(shù)。因此迫切需要開展蔬菜的新鮮度檢測指標(biāo)選擇和方法評價方面的研究，保障人們食用蔬菜的營養(yǎng)、安全、衛(wèi)生，從而為蔬菜品質(zhì)的大幅度提高和蔬菜資源的科學(xué)合理開發(fā)利用提供理論依據(jù)。菠菜富含維生素、蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)和膳食纖維，是一種營養(yǎng)豐富、味道鮮美的佳蔬。但是菠菜采后代謝旺盛，呼吸速率很高，容

2、易萎蔫和衰老。本研究以市場上常見的全能菠菜為研究對象，獲取葉片的高光譜數(shù)據(jù)，使用實(shí)驗(yàn)室化學(xué)測量法測定了葉片的葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素、類胡蘿卜素和可溶性糖含量，利用化學(xué)計量學(xué)方法分別建立了基于光譜信息的新鮮度判別模型和各個化學(xué)指標(biāo)含量的預(yù)測模型，取得了良好的效果。主要研究結(jié)論如下:
　　(1)基于可見/近紅外波段高光譜信息進(jìn)行菠菜新鮮度快速判別，對4℃和20℃溫度環(huán)境下貯藏的菠菜樣本分別建立了全譜PLS-DA模型和SR-PLS

3、-DA、SR-SVM、SR-ELM模型。其中， SR-ELM判別模型預(yù)測效果最佳，識別率均達(dá)到了100％。SR-PLS-DA模型的效果次之，4℃樣本預(yù)測集的識別率為97.50％，高于基于全譜PLS-DA模型95.00％的識別率，20℃樣本預(yù)測集的識別率達(dá)到了100％，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于全譜PLS-DA模型86.70％的識別率。SR-SVM模型的效果最差，識別率在70％左右。
　　(2)基于近紅外波段高光譜信息進(jìn)行菠菜新鮮度快速判別，對4℃和

4、20℃溫度環(huán)境下貯藏的菠菜樣本分別建立了全譜PLS-DA模型和VIP-PLS-DA、VIP-SVM、VIP-ELM模型。其中，VIP-ELM模型預(yù)測效果最佳，識別率均達(dá)到了100％。VIP-PLS-DA模型的效果次之，4℃樣本預(yù)測集的識別率為92.50％，低于基于全譜PLS-DA模型的100.00％識別率，20℃樣本預(yù)測集的識別率達(dá)到了100％，效果和全譜PLS-DA模型一樣。VIP-SVM模型的效果最差，識別率≤70％。
　　(

5、3)在4℃下貯藏的菠菜樣本新鮮度化學(xué)指標(biāo)的快速檢測中，葉綠素a含量檢測的最優(yōu)模型為SPA-ELM模型，預(yù)測集樣本的預(yù)測結(jié)果為rp=0.8062，RMSEP=0.2697;葉綠素b含量檢測的最優(yōu)模型為SPA-ELM模型，預(yù)測集樣本的預(yù)測結(jié)果為rp=0.6844，RMSEP=0.0819;總?cè)~綠素含量檢測的最優(yōu)模型為SPA-MLR模型，預(yù)測集樣本的預(yù)測結(jié)果為rp=0.8500，RMSEP=0.2719;類胡蘿卜素含量檢測的最優(yōu)模型為SPA-

6、BPNN，預(yù)測集樣本的預(yù)測結(jié)果為rp=0.7656，RMSEP=0.0587;可溶性糖含量檢測的最優(yōu)模型為SPA-MLR，預(yù)測集樣本的預(yù)測結(jié)果為rp=0.8499，RMSEP=0.9104。說明應(yīng)用可見/近紅外高光譜技術(shù)對冷藏(4℃)菠菜進(jìn)行葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素、類胡蘿卜素和可溶性糖含量的檢測時可行的，并能獲得較為滿意的預(yù)測精度。對4℃下貯藏的菠菜來說，總?cè)~綠素含量的檢測效果最好，可溶性糖含量的檢測效果次之，葉綠素b含量的檢測效

7、果最差。
　　(4)在20℃下貯藏的菠菜樣本新鮮度化學(xué)指標(biāo)的快速檢測中，葉綠素a含量檢測的最優(yōu)模型為SPA-MLR模型，預(yù)測集樣本的預(yù)測結(jié)果為rp=0.9255，RMSEP=0.1991;葉綠素b含量檢測的最優(yōu)模型為SPA-MLR模型，預(yù)測集樣本的預(yù)測結(jié)果為rp=0.8560，RMSEP=0.0557;總?cè)~綠素含量檢測的最優(yōu)模型為SPA-ELM模型，預(yù)測集樣本的預(yù)測結(jié)果為rp=0.8792，RMSEP=0.1739;類胡蘿卜素含量

8、檢測的最優(yōu)模型為SPA-MLR，預(yù)測集樣本的預(yù)測結(jié)果為rp=0.8929，RMSEP=0.0274;可溶性糖含量檢測的最優(yōu)模型為SPA-ELM，預(yù)測集樣本的預(yù)測結(jié)果為rp=0.8719，RMSEP=0.7575。說明應(yīng)用可見/近紅外高光譜技術(shù)對常溫(20℃)菠菜進(jìn)行葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素、類胡蘿卜素和可溶性糖含量的檢測時可行的，并能獲得較為滿意的預(yù)測精度，對20℃貯藏的菠菜來說，葉綠素a含量的檢測效果最好，類胡蘿卜素含量的檢測效果