基于太赫茲時(shí)域光譜檢測(cè)小麥粉中害蟲(chóng)碎片的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于太赫茲時(shí)域光譜檢測(cè)小麥粉中害蟲(chóng)碎片的方法。先制作含有害蟲(chóng)碎片小麥粉樣本，并分為校正樣本集和驗(yàn)證樣本集，采集所有樣本的太赫茲時(shí)域光譜,將獲得的時(shí)域光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行傅立葉變換，得到太赫茲頻域光譜數(shù)據(jù)組，計(jì)算太赫茲吸收系數(shù)光譜數(shù)據(jù)組。本發(fā)明采用基于太赫茲吸收光譜結(jié)合偏PLSR進(jìn)行小麥粉中害蟲(chóng)碎片的估測(cè)，利用交叉驗(yàn)證確定PLSR中最優(yōu)因子數(shù)，實(shí)現(xiàn)了小麥粉中害蟲(chóng)碎片的快速檢測(cè)。將PLSR引入太赫茲吸收光譜中進(jìn)行建模，解決了太赫茲光譜自變量較多，自變量之間多重相關(guān)的問(wèn)題，解決了太赫茲光譜數(shù)據(jù)定量分析的問(wèn)題。本發(fā)明的檢測(cè)方法對(duì)于保證面粉及其后續(xù)食品的品質(zhì)具有重要實(shí)踐意義。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于太赫茲時(shí)域光譜檢測(cè)小麥粉中害蟲(chóng)碎片的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及小麥粉中害蟲(chóng)碎片的檢測(cè)方法，具體地指一種基于太赫茲時(shí)域光譜檢測(cè)小麥粉中害蟲(chóng)碎片的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]糧食儲(chǔ)藏期間，儲(chǔ)糧害蟲(chóng)的危害十分嚴(yán)重。儲(chǔ)糧害蟲(chóng)是危害儲(chǔ)糧及相關(guān)谷類(lèi)食品包括大米、面粉、玉米、小米、蕎麥和高梁等產(chǎn)品質(zhì)量最嚴(yán)重的因素之一。初期性害蟲(chóng)玉米象、米象、谷象、谷蠹、豆象類(lèi)、麥蛾等在糧粒內(nèi)蛀食，這些糧粒內(nèi)部的隱蔽性害蟲(chóng)的卵、幼蟲(chóng)和蛹均在糧粒內(nèi)生長(zhǎng)發(fā)育，以蛀空式危害谷物，這類(lèi)隱蔽性害蟲(chóng)既不容易檢測(cè)，也不容易除掉，是小麥粉害蟲(chóng)碎片最主要的來(lái)源。第二食性害蟲(chóng)鋸谷盜、赤擬谷盜、長(zhǎng)角扁谷盜等僅能危害谷物的碎屑和粉末，也是小麥粉中害蟲(chóng)碎片的來(lái)源。因此，檢測(cè)小麥粉中害蟲(chóng)碎片對(duì)于保證面粉及其后續(xù)食品的品質(zhì)具有重要實(shí)踐意義。
[0003]1988年美國(guó)食品和藥物管理局規(guī)定面粉被污染程度的標(biāo)準(zhǔn)為50g面粉中含有5個(gè)或更多的害蟲(chóng)碎片，加拿大規(guī)定三個(gè)50g面粉中不得超過(guò)20個(gè)害蟲(chóng)碎片。國(guó)內(nèi)外一直不斷發(fā)展小麥粉中害蟲(chóng)碎片的檢測(cè)方法，其中包括浮選法、碘液法、近紅外光譜法、軟X射線法、DNA指紋圖譜法、蛋白指紋圖譜法以及酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定法。
[0004]但是這些方法都各自存在缺陷:浮選法需要用到危險(xiǎn)的有機(jī)溶劑；碘液法會(huì)受不同碘液濃度的影響嚴(yán)重，需要預(yù)先控制碘液濃度；DNA指紋圖譜法、蛋白指紋圖譜法和酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定法都依賴于復(fù)雜的制樣過(guò)程和降解過(guò)程；軟X射線方法數(shù)據(jù)計(jì)算量大，檢測(cè)方法費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，很難自動(dòng)化或者要求昂貴的特殊設(shè)備；近紅外光譜檢測(cè)法是一種簡(jiǎn)便、快速、無(wú)損檢測(cè)檢測(cè)方法，但是檢測(cè)精度比其他方法要低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的就是要克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，提供一種基于太赫茲時(shí)域光譜檢測(cè)小麥粉中害蟲(chóng)碎片的方法，該方法具有檢測(cè)快速簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確度高的特點(diǎn)。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明基于太赫茲時(shí)域光譜檢測(cè)小麥粉中害蟲(chóng)碎片的方法，包括如下步驟:
[0007]I)制作多個(gè)含有不同數(shù)量的害蟲(chóng)碎片小麥粉樣本，并將制作的含有害蟲(chóng)碎片小麥粉樣本分為校正樣本集Xn和驗(yàn)證樣本集Pm ；
[0008]2)在氮?dú)猸h(huán)境中，用太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)采集所有制作的小麥粉樣本的太赫茲時(shí)域光譜，獲得時(shí)域光譜數(shù)據(jù)；
[0009]3)對(duì)所獲得時(shí)域光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行傅立葉變換獲得校正樣本集Xn和驗(yàn)證樣本集Pm各自獨(dú)立的太赫茲頻域光譜數(shù)據(jù)組，計(jì)算各樣本的太赫茲吸收系數(shù)光譜數(shù)據(jù)組；
[0010]4)以校正樣本集Xn中含害蟲(chóng)碎片小麥粉樣本的太赫茲吸收系數(shù)光譜數(shù)據(jù)為輸入，以小麥粉樣本中害蟲(chóng)碎片含量為輸出，用交叉驗(yàn)證法確定最優(yōu)因子數(shù)后，用確定的最優(yōu)因子數(shù)對(duì)校正樣本集Xn建立偏最小二乘回歸模型，用所建立的模型對(duì)驗(yàn)證樣本集Pm進(jìn)行預(yù)測(cè)，將預(yù)測(cè)值與驗(yàn)證樣本中害蟲(chóng)碎片的含量值比較，檢驗(yàn)所建模型的預(yù)測(cè)精度，將預(yù)測(cè)精度高的模型為本發(fā)明所需模型；
[0011]5)在氮?dú)猸h(huán)境中采集待測(cè)害蟲(chóng)碎片小麥粉樣本的太赫茲時(shí)域光譜，對(duì)太赫茲時(shí)域光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行傅立葉變換，獲得對(duì)應(yīng)的太赫茲頻域光譜數(shù)據(jù)，然后計(jì)算吸收系數(shù)光譜數(shù)據(jù)，將吸收系數(shù)光譜數(shù)據(jù)代入所得的偏最小二乘回歸模型，計(jì)算待測(cè)小麥粉中的害蟲(chóng)碎片含量。
[0012]本發(fā)明步驟I)中，含有害蟲(chóng)碎片小麥粉樣本的制作，將儲(chǔ)糧害蟲(chóng)成蟲(chóng)烘干、粉碎、過(guò)篩，獲得的害蟲(chóng)碎片；篩選顆粒飽滿的沒(méi)有被蟲(chóng)侵蝕的谷粒，然后用谷物脫殼機(jī)通過(guò)兩次脫殼得到糙米和谷殼，用粉碎機(jī)粉碎糙米后獲得小麥粉粉末；用顯微鏡數(shù)出不同數(shù)量的害蟲(chóng)碎片分別加入到小麥粉粉末中，然后混合均勻，即可。
[0013]步驟I)中，制作的含有害蟲(chóng)碎片小麥粉樣本分類(lèi)，每取若干個(gè)樣本為校正樣本集Xn后，取I個(gè)樣本選入驗(yàn)證樣本集Pm。優(yōu)選的，所述校正樣本集Xn與驗(yàn)證樣本集Pm的比例為 3:1。
[0014]本發(fā)明中，所述太赫茲時(shí)域光譜的太赫茲波的頻率為0.1~3THz。
[0015]本發(fā)明步驟4)中所建模型的預(yù)測(cè)精度采用決定系數(shù)R2、均方根誤差MSE作為評(píng)價(jià)參數(shù)，
【權(quán)利要求】
1.一種基于太赫茲時(shí)域光譜檢測(cè)小麥粉中害蟲(chóng)碎片的方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)制作多個(gè)含有不同數(shù)量的害蟲(chóng)碎片小麥粉樣本，并將制作的含有害蟲(chóng)碎片小麥粉樣本分為校正樣本集Xn和驗(yàn)證樣本集Pni ； 2)在氮?dú)猸h(huán)境中，用太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)采集所有制作的小麥粉樣本的太赫茲時(shí)域光譜，獲得時(shí)域光譜數(shù)據(jù)； 3)對(duì)所獲得時(shí)域光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行傅立葉變換獲得校正樣本集Xn和驗(yàn)證樣本集Pm各自獨(dú)立的太赫茲頻域光譜數(shù)據(jù)組，計(jì)算各樣本的太赫茲吸收系數(shù)光譜數(shù)據(jù)組； 4)以校正樣本集Xn中含害蟲(chóng)碎片小麥粉樣本的太赫茲吸收系數(shù)光譜數(shù)據(jù)為輸入，以小麥粉樣本中害蟲(chóng)碎片含量為輸出，用交叉驗(yàn)證法確定最優(yōu)因子數(shù)后，用確定的最優(yōu)因子數(shù)對(duì)校正樣本集Xn建立偏最小二乘回歸模型，用所建立的模型對(duì)驗(yàn)證樣本集Pm進(jìn)行預(yù)測(cè)，將預(yù)測(cè)值與驗(yàn)證樣本中害蟲(chóng)碎片的含量值比較，檢驗(yàn)所建模型的預(yù)測(cè)精度，將預(yù)測(cè)精度高的模型作為檢測(cè)所需偏最小二乘回歸模型； 5)在氮?dú)猸h(huán)境中采集待測(cè)害蟲(chóng)碎片小麥粉樣本的太赫茲時(shí)域光譜，對(duì)太赫茲時(shí)域光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行傅立葉變換，獲得對(duì)應(yīng)的太赫茲頻域光譜數(shù)據(jù)，然后計(jì)算吸收系數(shù)光譜數(shù)據(jù)，將吸收系數(shù)光譜數(shù)據(jù)代入所得的偏最小二乘回歸模型，計(jì)算待測(cè)小麥粉中的害蟲(chóng)碎片含量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于太赫茲時(shí)域光譜檢測(cè)小麥粉中害蟲(chóng)碎片的方法，其特征在于:步驟I)中，含有 害蟲(chóng)碎片小麥粉樣本的制作，將儲(chǔ)糧害蟲(chóng)成蟲(chóng)烘干、粉碎、過(guò)篩，獲得的害蟲(chóng)碎片；篩選顆粒飽滿的沒(méi)有被蟲(chóng)侵蝕的谷粒，然后用谷物脫殼機(jī)通過(guò)兩次脫殼得到糙米和谷殼，用粉碎機(jī)粉碎糙米后獲得小麥粉粉末；用顯微鏡數(shù)出不同數(shù)量的害蟲(chóng)碎片分別加入到小麥粉粉末中，然后混合均勻，即可。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于太赫茲時(shí)域光譜檢測(cè)小麥粉中害蟲(chóng)碎片的方法，其特征在于:步驟I)中，制作的含有害蟲(chóng)碎片小麥粉樣本分類(lèi)，每取若干個(gè)樣本為校正樣本集Xn后，取I個(gè)樣本選入驗(yàn)證樣本集Ρπ。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的基于太赫茲時(shí)域光譜檢測(cè)小麥粉中害蟲(chóng)碎片的方法，其特征在于:步驟I)中，所述校正樣本集Xn與驗(yàn)證樣本集Pm的比例為3:1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于太赫茲時(shí)域光譜檢測(cè)小麥粉中害蟲(chóng)碎片的方法，其特征在于:所述太赫茲時(shí)域光譜的太赫茲波的頻率為0.1~3THZ。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于太赫茲時(shí)域光譜檢測(cè)小麥粉中害蟲(chóng)碎片的方法，其特征在于:步驟4)中所建模型的預(yù)測(cè)精度采用決定系數(shù)R2、均方根誤差MSE作為評(píng)價(jià)參數(shù)，
LU- -1 )

K ZmSE=-Xiy1-^i)(2)
Vη ?=ι 其中，Yi是驗(yàn)證樣本中害蟲(chóng)碎片的含量值，免是Yi的預(yù)測(cè)值，7是Yi的平均值，η為樣本數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于太赫茲時(shí)域光譜檢測(cè)小麥粉中害蟲(chóng)碎片的方法，其特征在于:步驟4)中，所述交叉·驗(yàn)證法為留一交互驗(yàn)證法。
【文檔編號(hào)】G01N21/3563GK103822899SQ201410041130
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年1月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月28日
【發(fā)明者】譚佐軍, 謝靜, 陳陽(yáng), 石舒寧, 陳璐 申請(qǐng)人:華中農(nóng)業(yè)大學(xué)