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鸡蛋新鲜度的光学检测仪器设计和开发

2021-06-03 20:57编辑: www.51jrft.com51今日论文网
为了开发基于近红外光谱的鸡蛋新鲜度检测装置,在这项研究中,使用自建的近红外透射光谱检测平台,通过多种方式来收集不同新鲜程度的鸡蛋样品的透射光谱,并测量了其哈夫单位,建立了近红外光谱预测鸡蛋哈夫单位的偏最小二乘回归模型(PLS),最后设计开发了便携式的鸡蛋新鲜度检测装置的硬件和软件。结果表明PLS模型对建模集鸡蛋样品新鲜度预测相关系数(Rc)为0.94,对验证集鸡蛋样品新鲜度预测相关系数(Rp)为0.66,开发出的便携式鸡蛋新鲜度检测装置运行稳定,单个鸡蛋检测时间小于500 ms。实验结果表明近红外光谱技术在便携式鸡蛋新鲜度检测装置中的应用是可行的。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言................1
1 材料与设备 ........2
1.1实验材料........2
1.2实验设备............2
1.2.1光谱仪........2
1.2.2光纤........3
1.2.3光源........3
2 试验方法........3
2.1鸡蛋近红外光谱采集...........3
2.2鸡蛋哈夫单位测量...4
2.3光谱数据预处理5
2.4模型建立及验证5
3 结果..........5
3.1鸡蛋在不同贮藏过程中哈夫单位的变化..............5
3.2鸡蛋哈夫单位预测模型..............5
3.3近红外鸡蛋新鲜度检测设备开发..............6
3.3.1硬件系统..............6
3.3.2软件系统开发..............7
4 讨论 7
致谢 ......8
参考文献8
鸡蛋新鲜度的光学检测仪器设计和开发
引言
鸡蛋中的营养物质含量丰富,人们食用后还容易消化与吸收,所以被大众评价为“理想的营养库”,深受消费者喜爱[1]。蛋新鲜度是蛋品质量的重要 *51今日免费论文网|www.51jrft.com +Q: ^351916072
经济指标,也是影响蛋品销售的主要因素之一[2],直接关系到蛋的商品分级、销售竞争、经济利润及食用者的饮食健康[3]。随着鸡蛋贮藏时间的增加,细菌通过蛋壳上的小孔不断进入蛋的内部,生长繁殖并分解蛋内的蛋白质,使鸡蛋的营养价值和食用安全性不断下降。在中国,鸡蛋品质分为四个等级:AA、A、B和B以下,新鲜度为A级以下的鸡蛋不宜食用或进一步加工处理[4]。因此,对鸡蛋新鲜度探寻科学适用的检测技术并设计开发出便捷的无损检测仪器很有意义。
在鸡蛋新鲜度不断下降的过程中,蛋的蛋清蛋黄状态、气室大小、透光性和挥发的气体成分不断变化,因此采用这些指标为鸡蛋新鲜度的检测指标[5]。蛋清蛋黄的状态一般需要将鸡蛋打开后才能检测,通常用于破坏性检测,由于蛋清蛋白质发生变化,在无损检测中可以用近红外检测法对鸡蛋内的化学信息进行检测并分析,判别鸡蛋的新鲜度;气室大小和鸡蛋透光性是计算机视觉检测法中常用的检测指标,可以单指标判别也可以两个指标结合判别;鸡蛋品质的变化会导致其产生的挥发性气体成分发生变化,可以通过电子鼻进行检测;此外,鸡蛋气室和内容物信息也综合反映在鸡蛋的固有频率特征上,可以通过声学无损检测法进行检测。
近红外技术由近红外波段的光谱性质决定,和传统的光谱分析技术相比较,体现出明显的优势[6]:分析对象广泛;吸收强度低,穿透深度大,对分析样品的外观要求很小,在分析样品前,不需要对它提前进行复杂处理;分析快速简便;不破坏样品,不用溶剂,无环境污染;常用的样品池容器材料多为玻璃或石英,物美价廉且便于使用;可用于定性定量分析;除了能反映出样品的化学成分和结构特点,还能反映出样品的物理性质。近红外检测法在农产品无损检测领域应用广泛,近几年来逐渐拓展到鸡蛋新鲜度的检测中[7]。
侯卓成等(2009)利用近红外光谱法,预测鸡蛋蛋白高度等指标的模型,建模集决定系数分别为0.867、0.821和0.865,验证集决定系数分别为0.873、0.861和0.895[8]。汤丹明(2012)利用近红外光谱研究蛋新鲜度和蛋白质pH的模型,并建立了支持向量机模型来预测鸡蛋储藏时长,准确率达97.96%[9]。赵杰文等(2013)建立了近红外透射光谱检测平台,通过测量鸡蛋的哈夫单位等指标来判断鸡蛋的品质变化,还建立了SIPLS和BPANN两种模型,并都具有不错的预测效果[10]。毕夏坤等(2013)研究了便携式近红外光谱仪对鸡蛋贮藏时间的预判,研究结果表明:使用Maya2000光谱仪,建立线性判别模型,对蛋品质的判别精准率达到95.7%[11]。刘燕德等(2013)探讨了利用傅立叶变换近红外漫反射光谱快速检测蛋品质和储存时长的可行性,运用偏最小二乘法构建模型,对鸡蛋哈夫单位、蛋白质pH值和储存时间的判别准确率分别为0.86、0.84和0.92[12]。
迄今为止,利用光谱技术对鸡蛋品质参数的无损同步检测技术有待深入研究,而传统鸡蛋新鲜度检测手段的精确性和效率不足以满足需求[13]。因此,开发出一种科学适用的便携式蛋新鲜度检测设备非常有实际价值。在这项研究中,通过储藏梯度时间获得不同程度新鲜度的鸡蛋,利用自行搭建的近红外透射光谱检测平台对样本的不同部位(大头端、小头端、赤道等)进行光谱采集,同时测量鸡蛋样本的哈夫单位。应用Matlab软件,使用SIPLS法分别对五个部位的数据进行讨论,获得鸡蛋的新鲜度发生变化后,近红外透射光谱区域的哈夫单位值表征及相关性,得到最佳校正模型,并开发出相应的近红外检测设备。
1 材料与设备
1.1 实验材料
实验材料为江苏省养鸡场提供的同批蛋鸡所产新鲜草鸡蛋,经观测和照蛋器检测后,剔除表壳破损的蛋、表面有污斑的蛋、外壳有裂纹的蛋和气室偏离蛋,共选取173枚样品蛋。鸡蛋收集完成后,清除蛋壳表面污杂物,确保样品表面干净,将样品每10枚分成一组并做好编号,按照小头朝下大头朝上的规则放置于蛋托中。
1.2 实验设备
1.2.1光谱仪
光谱仪又称分光仪,它通过色散元件来分离辐射源的电磁辐射,并分离操作需要的波长或波长区域,利用光电倍增管等光探测器对所选定的谱线波长(或波段)进行强度检测。近红外光谱仪由于波长范围、分辨率、检测器灵敏度等仪器参数的不同,采集到的光谱数据也有很大差别,因此,价格有较大差距,精度越高,光谱仪的价格也相对昂贵[15]。为了便于推广和使用,不仅要求精度能够满足要求,而且要求价格保持在较低水平。在实际应用中,为了降低成本,应根据具体情况选用精度适合的光谱仪。由于光纤光谱仪的便利性,使用者可以方便自然的建立光谱采集系统[16]。

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