近红外光谱结合人工神经网络分析蔗汁的锤度和旋光度.pdfVIP

第30卷，第7期 光谱学与光谱分析 201 and 0年7月 Spectroscopy Analysis July，2010 Spectral 近红外光谱结合人工神经网络分析蔗汁的锤度和旋光度 王 欣1，叶华俊1，黎庆涛2，谢锦春1，卢家炯2，夏阿林3，王健3’ 1．聚光科技 杭州 股份有限公司，浙江杭州310052 2．广西大学轻工与食品工程学院，广西南宁530004 3．杭州电子科技大学电子信息学院，浙江杭州 310018 摘要应用中波近红夕HNIR 光谱结合误差反传人工神经网络 BP-ANN 方法，建立蔗汁锤度、旋光度的 000～1800 定鼍分析模型。光谱范围为1 nm，采用2mm光程透射方式获得蔗汁吸光度光谱。对蔗汁的吸光 度光谱进行Savitzky-Golay求导和均值中心化处理，然后通过相关系数法结合样品特征吸收优化建模波长范 围，再采用PLS降维获取主成分并输入BP—ANN建立校正模氆，用验证样品对校正模型进行验证。结果显 0．159和0．137，均优于偏最小二乘 PLS 建模方法结果，可较好地用于蔗汁锤度、旋光度的快速测定。 关键词人工神经网络；近红外光谱；蔗汁；锤度；旋光度 中图分类号：0657．3文献标识码：A 因此可用近红外光谱法进行蔗汁及其制品的成分及性质分 引 言 析。国内外已开展了相关研究[5一]，并成功应用于甘蔗收购 526 的按质论价等方面。这些研究主要基于780～2am的全 我国是糖业大国，较大规模的蔗糖厂达数百家。蔗汁的 波段近红外仪器进行透射或漫反射测量，在数据建模上采用 品质分析对甘蔗收购的品质评价、制糖的生产管理具有十分 偏最小二乘 PLS 方法。 重要的意义。锤度、旋光度是衡量甘蔗品质的重要指标，测 与昂贵的全波段近红外仪器相比较，中波近红外分析仪 定锤度的常规方法有折光锤度法、比重锤度法，测定旋光度 具有优秀的性价比。在蔗汁分析中，还未见基于中波近红外 的常规方法是一次旋光法。常规方法虽准确度较高，但操作 的研究报道。同时，由于温度、背景变化等因素影响，样品 繁琐费时，每个指标都需用各自特定的分析方法，无法实现 性质与光谱之间的关系也存在一定的非线性，采用非线性校 生产过程中大量样品的多指标快速分析。 正方法在理论上有望建立更好的预测模型。人工神经网络 近红外光谱分析技术利用物质含氢基团振动的合频和倍 ANN 是被广泛使用的回归分析方法，可有效映射非线性 频吸收信息，进行物质的定性和定量分析[1]。该技术具有分 数据依赖关系。 析速度快、不破坏样品、无化学污染、多组分同时测定等优 基于以上分析，本文探讨将中波近红外光谱结合误差反 点，被誉为“多快好省的绿色分析技术”【2]，在石化、农业、 传人工神经网络方法 BpANN 应用于蔗汁分析的可行性， 食品、制药等领域得到了广泛的应用[3“]。根据ASTM的规并与PLS建模方法进行比较。 定，近红外光的波长范围为780～2526nnl。根据近红外吸 收倍频区间的不同，以及对应的近红外探测器的不同，习惯 1材料与方法 100 100～I 800～2526 上将780～1nm，1 800，l nln分别称 为短波、中波和长波近红外区间。不同区问具有不同的透射 1．1仪器设备与材料 和漫反射性质，适合不同的样品分析。 蔗汁及其制品的主要成分如水分、蔗糖、还原糖、氨基 000～1800 酸、果胶等都含有在近红外区域具有特征吸收的含氢基团， 围1 nm，分辨率6nm，波长间隔lnm，全谱扫描 收稿日期：2009—05-10．修订日期：2009-08—20 e-mail：xin 作者简介：王欣，1968年生，聚光科技 杭州 股份有限公司高级工程师 wang 萤fpi—inc．coin *通讯联系人 e-mail：jian_wang@fpi—ine．tom 万方数据 1760 光谱学与光谱分析 第30卷 时间小于0．2s。石英比色皿的光程为2mm。软件采用 所示，经一阶导数和均值中心化预处理后的光谱如图1 b 000～1800 CM2000化学计量学软件 聚光科技 杭州 股份有限公司 。所示。可见，在1 nm波长范围内存在明显的特 1．2样品来源及参考值的测定 征吸收峰。 甘蔗清汁样品由广西某糖厂提供，共72个样品。蔗汁锤 Table1 Statisticsof and of cane 度、旋光度的测定参照GB／T10499—89，锤度采用比重锤度 brix pol sugarjuice 测定法测定，旋光度采用一次旋光法测定。样品的锤度和旋 光度的统计结果如表1所示。 1．3近红外光谱采集 光谱采集平均次数设为10，样品吸光度光谱如图l a 如O 筋5 加O ¨5 D3I_Bql宝