一種利用光譜法測定西瓜主要營養(yǎng)成分的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于物質(zhì)檢測領(lǐng)域，特別是涉及利用光譜檢測化學(xué)成分的方法，具體是涉 及一種利用光譜法測定西瓜主要營養(yǎng)成分的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著西瓜品種和產(chǎn)量的不斷增加，以及人們生活水平的不斷提高，消費(fèi)者在選擇 西瓜時對其內(nèi)部品質(zhì)指標(biāo)的要求也越來越高，如口感、糖度和其他營養(yǎng)成分。西瓜作為水果 市場上上最常見的水果，其營養(yǎng)成分品質(zhì)的高低通常作為選擇西瓜的主要參考指標(biāo)，而目 前對西瓜營養(yǎng)成分的測定常以破壞性化學(xué)分析或者在實驗室使用昂貴的實驗儀器分析為 主，如水果糖度用蒽酮比色法或糖量計，酸度用電位滴定法測定、維生素C含量用比色法或 者高相色譜測定。這些方法都需要將西瓜損壞，且均存在制樣繁瑣、分析時間長、檢測成本 高和檢測精度低等問題
[0003] 利用光譜技術(shù)分析成為農(nóng)作物成分檢測的發(fā)展方向，現(xiàn)代近紅外光譜分析技術(shù)分 析速度快，是因為光譜測量速度很快，計算機(jī)計算結(jié)果速度也很快的原因。近紅外光譜分析 技術(shù)是通過被分析物質(zhì)中的含氫基團(tuán)如011、〇1、顯、5!1、？!1等在近紅外區(qū)域內(nèi)表現(xiàn)有特征吸 收，利用計算機(jī)技術(shù)及現(xiàn)代數(shù)學(xué)，對掃描測試樣品的光學(xué)數(shù)據(jù)作一系列的分析處理，最后完 成該樣品有關(guān)成分的定量分析任務(wù)。
[0004] 201510037074.7公開了一種近紅外光譜法測量西瓜中糖含量的方法，將西瓜樣本 進(jìn)行預(yù)處理，取所述西瓜樣本的可食部分進(jìn)行干燥后得到干粉樣本，HPLC分析所述干粉樣 本，近紅外光譜分析所述干粉樣本并采集光譜，此方法需要將西瓜破損預(yù)處理。
[0005] 目前的方法中，因為模型的建立按照圖譜的模式進(jìn)行的，或者是按照局部數(shù)據(jù)進(jìn) 行的，或者是在化學(xué)計量的基礎(chǔ)上進(jìn)行匹配光譜數(shù)據(jù)，這些方法都存在建模后調(diào)整難度大， 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不齊全，導(dǎo)致數(shù)據(jù)模型的校正和公式的更新和更換難度大，如何建立光譜數(shù)據(jù)和 西瓜化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)模型成為該領(lǐng)域的研究重點(diǎn)和難點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了克服上述測定方法所存在的各種缺陷，本發(fā)明提供了一種利用光譜法測定西 瓜主要營養(yǎng)成分的方法，該方法包括如下步驟：
[0007] A.確定光譜法測定西瓜主要營養(yǎng)成分?jǐn)?shù)量為T，1 < T < 6，營養(yǎng)成分分別為：葡萄 糖、蘋果酸、番茄素、維生素A、維生素C、蛋白質(zhì)；
[0008] B.確定西瓜主要營養(yǎng)成分測量的光譜范圍為:700-2500nm;
[0009] C.進(jìn)行大于等于50個以上西瓜樣品的光譜數(shù)據(jù)收集和化學(xué)檢測數(shù)據(jù)收集；
[0010] D.利用光譜數(shù)據(jù)和化學(xué)檢測數(shù)據(jù)建立數(shù)據(jù)模型，數(shù)據(jù)模型嵌入數(shù)據(jù)運(yùn)算服務(wù)器；
[0011] E.針對待檢西瓜進(jìn)行光譜數(shù)據(jù)收集，將光譜數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)運(yùn)算服務(wù)器，同時選擇 需要檢測的西瓜和營養(yǎng)成分，所述營養(yǎng)成分為步驟A中確定的營養(yǎng)成分中的一種或多種；
[0012] F.運(yùn)算服務(wù)器根據(jù)所需要檢測的產(chǎn)品名稱和營養(yǎng)成分匹配數(shù)據(jù)模型中的K個公 式，進(jìn)行運(yùn)算，獲得所檢測西瓜的所選定的營養(yǎng)成分含量，K2T。
[0013] 所述步驟D是利用光譜數(shù)據(jù)和化學(xué)檢測數(shù)據(jù)建立數(shù)據(jù)模型，包括將物體的光譜數(shù) 據(jù)輸入光譜數(shù)據(jù)庫，將相同物體的化學(xué)檢測數(shù)據(jù)的輸入化學(xué)數(shù)據(jù)庫，然后將光譜數(shù)據(jù)庫中 的光譜數(shù)據(jù)和化學(xué)數(shù)據(jù)庫中的化學(xué)檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行映射，形成該物體的映射數(shù)據(jù)庫，包括如 下步驟：
[0014] 步驟I:用光源發(fā)射兼光譜收集的裝置發(fā)射光斑照射待檢測的西瓜樣品Μ，然后收 集西瓜樣品Aii射回來的光譜，采用光譜分析設(shè)備確定所收集光譜的波長及吸光度，形成 西瓜樣品^的光譜數(shù)據(jù)；
[0015] 步驟II:對西瓜樣品Ai進(jìn)行化學(xué)分析，分析其T種成分及含量，形成西瓜樣品的化 學(xué)檢測數(shù)據(jù)；
[0016] 步驟III:將西瓜六:的光譜數(shù)據(jù)和化學(xué)檢測數(shù)據(jù)錄入同一數(shù)據(jù)庫，形成數(shù)據(jù)映射 XI;
[0017] 步驟IV:重復(fù)上述步驟I、步驟II和步驟III，對西瓜樣品如至4"+1進(jìn)行η次重復(fù)，形 成η組光譜數(shù)據(jù)和對應(yīng)的η組化學(xué)檢測數(shù)據(jù)，將光譜數(shù)據(jù)和化學(xué)檢測數(shù)據(jù)錄入同一數(shù)據(jù)庫， 形成η組數(shù)據(jù)映射的數(shù)據(jù)映射集合；
[0018] 步驟V:將上述數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)映射集合中的光譜數(shù)據(jù)選取2-100個波長的吸光度數(shù) 值與化學(xué)檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行對應(yīng)，確定2-100個波長吸光度變化與化學(xué)檢測數(shù)據(jù)變化具有定性 和定量關(guān)系的Κ個公式。
[0019] 步驟VI:將上述步驟的Κ個公式嵌入運(yùn)算服務(wù)器，采集西瓜新樣品Αχ的光譜數(shù)據(jù)， 將其錄入數(shù)據(jù)庫的同時，選取步驟V確定的2-100個波長錄入運(yùn)算服務(wù)器，計算出未進(jìn)行實 際檢測的西瓜新樣品化學(xué)數(shù)據(jù)，同時將該化學(xué)數(shù)據(jù)輸出到顯示端和數(shù)據(jù)庫，并在數(shù)據(jù)庫中 與西瓜新樣品Αχ的光譜數(shù)據(jù)形成測量數(shù)據(jù)映射，該測量數(shù)據(jù)映射與已有的數(shù)據(jù)映射形成更 新的數(shù)據(jù)映射集合。
[0020] 步驟VII:根據(jù)步驟I至步驟VI所形成的數(shù)據(jù)庫和運(yùn)算服務(wù)器上的Κ個公式，將數(shù)據(jù) 庫和運(yùn)算服務(wù)器相連，同時設(shè)置數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)輸入端和數(shù)據(jù)輸出端、設(shè)置運(yùn)算服務(wù)器的數(shù) 據(jù)輸入端和數(shù)據(jù)輸出端，形成西瓜的光譜數(shù)據(jù)模型。
[0021 ]上述步驟IV中建立數(shù)據(jù)映射集合的方法具體是：
[0022] 1)光譜數(shù)據(jù)輸入光譜數(shù)據(jù)庫中，按照納米級建立數(shù)據(jù)條，每個納米級波長定義為 一個數(shù)據(jù)條，將每個納米級波長數(shù)據(jù)和波長強(qiáng)度數(shù)據(jù)錄入數(shù)據(jù)庫中，形成光譜數(shù)據(jù)庫中的 光譜數(shù)據(jù)條，光譜范圍中的納米波長數(shù)量k對應(yīng)形成相應(yīng)數(shù)量的光譜數(shù)據(jù)條k;例如波長范 圍為1000-1500納米，則有501條光譜數(shù)據(jù)條，k為501，每個光譜數(shù)據(jù)條包括波長和強(qiáng)度；
[0023] 2)化學(xué)檢測數(shù)據(jù)輸入化學(xué)數(shù)據(jù)庫中，將化學(xué)檢測數(shù)據(jù)按所檢測成分的數(shù)量建立數(shù) 據(jù)條，照成分建立數(shù)據(jù)條，每個成分定義為一條數(shù)據(jù)條，將每個成分名稱及成分含量錄入數(shù) 據(jù)庫中，形成化學(xué)數(shù)據(jù)庫中的成分?jǐn)?shù)據(jù)條，成分的數(shù)量對應(yīng)形成相應(yīng)數(shù)量的成分?jǐn)?shù)據(jù)條;例 如某物體的化學(xué)檢測數(shù)據(jù)中有5中成分，則有5條數(shù)據(jù)條，分別為Y1、Y2……Υ5,每個數(shù)據(jù)條 包括成分名稱和成分含量;或者將化學(xué)檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行排列組合，然后將所有排列組合作為 數(shù)據(jù)條數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫，排列組合；
[0024] 3)將光譜表中的一條光譜數(shù)據(jù)條對應(yīng)化學(xué)數(shù)據(jù)表中的所有成分?jǐn)?shù)據(jù)條，形成映射 數(shù)據(jù)組，對應(yīng)原則是一條光譜數(shù)據(jù)條分別對應(yīng)各成分?jǐn)?shù)據(jù)條，形成單光譜和多成分對應(yīng)的 映射數(shù)據(jù)組;例如光譜數(shù)據(jù)條為X1000,成分?jǐn)?shù)據(jù)條為￥1、￥2、￥3、￥4、￥5，則針對1000納米的 單光譜和多成分對應(yīng)的映射數(shù)據(jù)組為{X1000Y1，X1000Y2，X1000Y3，X1000Y4，X1000Y5};
[0025] 按照上述建立映射數(shù)據(jù)組的方法，將光譜表中的所有光譜數(shù)據(jù)條與化學(xué)數(shù)據(jù)表中 所有成分?jǐn)?shù)據(jù)條進(jìn)行分別對應(yīng)，形成所有映射數(shù)據(jù)組的集合，即為映射數(shù)據(jù)集合;例如光譜 數(shù)據(jù)條為501條，成分?jǐn)?shù)據(jù)條為5條，則一次檢測所形成的光譜數(shù)據(jù)和化學(xué)檢測數(shù)據(jù)的映射 數(shù)據(jù)集合中包含501 X5 = 2505條數(shù)據(jù)，該2505條數(shù)據(jù)即為物體該次檢測的映射數(shù)據(jù)集合。
[0026] 如果對該物體的不同樣品進(jìn)行η次檢測，則形成η個映射數(shù)據(jù)集合，將η個映射數(shù)據(jù) 集合統(tǒng)一輸入一個單獨(dú)的數(shù)據(jù)庫中，則形成該物體映射數(shù)據(jù)庫。
[0027] 上述η大于等于30，η大于等于50,更加優(yōu)選的，η大于等于100。
[0028]優(yōu)選的，所述光譜的波長范圍為700-1800nm，或光譜的波長范圍為1500-2500。
[0029] 優(yōu)選的，所述西瓜為營養(yǎng)組成成分基本相同但成分含量差異值在20%以內(nèi)的同類 西瓜，西瓜樣品無需預(yù)處理或者進(jìn)行切開收集斷面處理。
[0030] 優(yōu)選的，所述光譜數(shù)據(jù)為波長為700-1800nm的1101個波長的波長和強(qiáng)度的數(shù)據(jù)集 合，或者光譜數(shù)據(jù)為波長為1500-2500的1001個波長的波長和強(qiáng)度的數(shù)據(jù)集合。
[0031]優(yōu)選的，所述公式的個數(shù)為K個，K值滿足如下關(guān)系式：
[0032]
[0033] T表示西瓜的營養(yǎng)成分?jǐn)?shù)，其中C表示組合式的含義 [0034]優(yōu)選的，所述公式中的T = 6,所述公式的個數(shù)為63個。
[0035] 本發(fā)明的方法中，化學(xué)測量數(shù)據(jù)，也稱為化學(xué)計量數(shù)據(jù)，是指通過某些物質(zhì)的國家 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測量獲得的化學(xué)數(shù)據(jù)。例