近紅外光譜技術在土豆收購現場的應用方案

1 前言

馬鈴薯是中國五大主食之一，其營養價值高、適應力強、產量大。馬鈴薯最易感染病害，滋生菌絲等，收購時肉眼無法識別是否感染病害，但儲存一段時間后即會發生腐爛，直接造成經濟損失，在薯收購現場，傳統方法檢測為抽樣檢測，預測結果滯后而且無法真實評價收購產品的質量。

由于地域、氣溫、年限等不同，所生長成的農產品其內部成分是會發生變化的。對于土豆收購商來說，馬鈴薯某些成分的變化直接關系著收購質量。不僅關系到成分的變化，還有摻雜劣質土豆的量都會關系到收購質量，這些因素都會直接影響到收購商的經濟利益，目前傳統的檢測方法已無法滿足馬鈴薯收購商在現場收購的需求。近紅外技術是在國內新興的一種光譜技術，具有檢測速度快、不需要樣品預處理、可以直接樣品進行透射或漫反射檢測，多指標分析，不僅有效的定性還可以做準確的定量等優點。這些常規檢測方法無法具有的優點使得它在用于現場和生產流水線上發揮巨大的作用。

應用戶需求，海能實驗室特意做了海能公司SpectraStar近紅外光譜儀對馬鈴薯收購現場快速檢測的應用實驗。

2 實驗部分

2.1 實驗地點：模擬馬鈴薯收購現場或馬鈴薯存儲倉庫

2.2 儀器條件：

儀器為海能SpectraStar 近紅外光譜儀，主要部件包括：單色儀、集成電腦、電源適配器，置頂旋轉測樣系統。UCal采集處理軟件，內置建模軟件。

2.3 測樣方式：

漫反射方式;檢測方法：置頂旋轉測樣系統;實驗所用的參數設置為： 波長范圍：1400nm -2500nm，波長步長：1.0nm，平均次數：60次。

2.4 實驗方法：

送馬鈴薯的貨車上，在上層、中層和下層，前部、中部和尾部隨機的取出80個馬鈴薯樣品，使得這些樣品能夠盡可能的代表全車馬鈴薯質量。儀器使用海能SpectraStar 近紅外光譜儀掃描軟件進行光譜采集。采用置頂靜態測樣方式。

1) 在馬鈴薯樣品表面切出一小片平面，要求表面平滑，質密均勻。

2) 將整個馬鈴薯樣品放置于探頭上，進行漫反射檢測，要求所有樣品操作的一致性好。

實驗共備置80個馬鈴薯樣品，其中70個(此70個為合格馬鈴薯樣品)作矯正集樣品，用于建模，其余10個作驗證集樣品，用于評價模型。對矯正集每個樣品掃描2 次，得到140 張光譜。這些光譜都對應該樣品的淀粉、蛋白質含量數據。光譜采用數學處理，有效消除基線漂移和部分噪音信息，含量數據和光譜數據一一對應，使用偏最小二乘法計算，創建模型。

在這里本實驗不僅建立了馬鈴薯中淀粉、蛋白質的定量模型，而且還建立了馬鈴薯的定性模型。所以，該檢測不僅可以快速檢測馬鈴薯中淀粉、蛋白質的含量，還同時判定出馬鈴薯是否合格。

如圖1、2中可以看出，馬鈴薯中淀粉、蛋白質含量與近紅外光譜有很好的相關性，相關系數分別達到達到0.9424 ，0.9508。使用模型對驗證集樣品進行預測，其最大相對偏差分別為3.2%，4.6%;并且，在定性判別準確率為100% 。

3 結果與討論

采用海能SpectraStar 近紅外光譜儀快速、高效檢測馬鈴薯中淀粉、蛋白質的含量是可行的。在收購或倉儲現場，不僅快速準確的分析出其成分的含量，而且準確的判別產品是否合格。分析速度快，結果準確，具有常規化學方法所不具有的優點。該實驗對收購現場檢測有重要的意義。