粉碎粒度对大米拉曼光谱影响的研究方法技术

粉碎粒度对大米拉曼光谱影响的研究方法，本发明专利技术涉及大米检测技术领域。它的研究步骤如下：材料准备；样品制备；谱图测试；数据分析；结果与分析；粉碎后大米均匀度分析；拉曼光谱谱图解析；推广性分析。对大米进行粉碎及筛分处理，制成不同粉碎粒度的米粉，探究粉碎粒度对拉曼光谱的影响，间接考察每种粉碎粒度下米粉的均匀性，旨在为后续建立大米产地鉴别模型提供稳定、可靠的数据源。

【技术实现步骤摘要】
粉碎粒度对大米拉曼光谱影响的研究方法
本专利技术涉及大米检测
，具体涉及粉碎粒度对大米拉曼光谱影响的研究方法。
技术介绍
大米富含蛋白质、脂肪、淀粉等多种营养成分，是稻谷经清理、砻谷、碾米、成品整理等工序制成的成品，也是我国居民的主食之一。随着人们生活水平的提高以及人们对膳食结构和大米营养价值关注度的提升，国内市场对大米的质量要求也逐步提高，品质和口感俱佳的大米尤为受到消费者的青睐。大米的质量除了受自身遗传特性的影响，不同的地理环境和生产条件也会对其产生不小的影响。目前市场上的大米种类数目繁多，品质好坏不一，人们对于优质大米的需求量远大于其真实产量，造成了优质大米供不应求的局面，导致市场上出现了以次充好的行为。因此，建立一种快速鉴别优质大米真假和检测大米品质的方法极为重要，不仅能够维护市场秩序、完善市场管理机制，而且能确保消费者的生命安全和消费权益。现有的大米质量鉴别技术主要包括感官鉴定、生物学鉴别、化学鉴别等。感官鉴定是指检验人员以自身感官为基础，再辅以科学实验和统计方法来评价产品质量的检验方法。检验人员通过观察感受大米的形状、香气或颜色辨别大米的好坏，但鉴别结果具有主观性且准确度不高。此外，消费者可通过观察优质大米的外包装是否符合国家标准来鉴别真假。2015年12月28日五常臻米网开通，消费者可以使用手机扫描外包装上的条码，获取大米的相关信息，如是否为五常大米、来自哪块稻田、品种信息、质检结果等，但外包装鉴定法不能确保结果的真实性，包装过程仍存在造假的可能性。也有研究人员通过测量、计算大米外观特征的方法鉴别大米的品质，但外观的不完整会严重影响鉴别结果。生物学鉴别是检测不同地域、不同品种大米中含有的不同遗传物质，文献报道较多的方法是使用分子标记和片段分离方法。生物学鉴别不受大米生长季节、加工方法、外观特征的影响，具有特异性好的优点。但提取地理标志大米的特异性片段是产地鉴别的关键点，鉴别灵敏度低。化学鉴别是测定大米中特异性的化学指标(主要包括蛋白质、直链淀粉、脂肪，微量元素，同位素和挥发性成分等)，需进行大量的数据分析和样品收集，可能存在原产地信息重叠无法区分的现象。且这些方法具有检测项目繁多、检测过程繁琐耗时、检测设备昂贵的特点。此外，人为伪造特异性的化学指标会给化学鉴别方法造成严重的干扰，例如，2010年，央视曝光利用香精调制出“五常大米”的制假事件，不法商贩对贮藏时间较长甚至霉变的大米进行抛光、加增香剂处理后“以旧充新”。综上所述，目前的大米鉴别方法都存在一定的不足，因此，急需一种准确度高、快速高效、成本低、绿色环保的地理标志大米鉴别方法。拉曼光谱法因具有灵敏度高、操作简便、测试时间短、无损分析等优点，近年来逐步被用于大米的鉴别分析。赵迎等人针对60份新陈大米利用拉曼光谱技术结合化学计量学方法建立了新陈大米判别模型，该模型的预测精度较高，对新陈大米具有很好的判别预测能力。朱文超使用拉曼光谱和近红外光谱等技术以转基因水稻华恢1号及其亲本明恢63为研究对象完成了转基因水稻的无损、快速鉴别。孙娟等人通过采集稻花香大米的拉曼光谱信息建立了稻花香大米的SIMCA模型和PLSDA模型，实现了对掺假大米的分类鉴别，实验表明所建立的模型对于稻花香样品的掺假检测效果良好。经上述文献资料调研发现，目前科研人员采用拉曼光谱技术采集大米谱图时，大多是对大米直接进行测试，而大米的内外成分不均一，且大米的加工工艺如抛光等会导致大米表面的差异，因此，仅采集大米表面的拉曼光谱不足以反映大米的整体成分信息。仅有极少数文献先对大米进行粉碎然后采集粉碎后米粉的拉曼光谱，如赵迎等人在建立新陈大米拉曼光谱判别模型时将大米研磨成颗粒度均匀的米粉，但粉碎后米粉的粒度等信息不详，仍旧不能确定粉碎后米粉的均匀性，无法确保所采集拉曼光谱的可靠性和代表性，研究不够深入。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种结构简单，设计合理、使用方便的粉碎粒度对大米拉曼光谱影响的研究方法，对大米进行粉碎及筛分处理，制成不同粉碎粒度的米粉，探究粉碎粒度对拉曼光谱的影响，间接考察每种粉碎粒度下米粉的均匀性，旨在为后续建立大米产地鉴别模型提供稳定、可靠的数据源。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：它的研究步骤如下：1、材料准备：1.1、大米：精确称取三种大米，并将每种大米分为三个批次样品，且编号为一号样品、二号样品、三号样品、四号样品、五号样品、六号样品、七号样品、八号样品、九号样品；1.2、仪器设备：Prott-ezRaman-d3便携式激光拉曼光谱仪；15B型立式粉碎机，自带筛网网孔直径为0.6mm；石英样品池；电子天平，秒表，筛子；2、方法：2.1、样品制备：将步骤1.1中准备的每批次的大米进行粉碎操作，得粒度＜0.6mm的米粉；选取3/4粉碎后的米粉依次经过100目和140目的筛子进行筛分分级，分别得到100目-0.6mm、100目-140目和＜140目的三种不同粒度的米粉，将粉碎后的米粉进行编号；2.2、谱图测试：2.2.1、设定拉曼光谱采集参数如下：功率450mW，CCD检测器-85℃，扫描范围250-2339cm-1，分辨率1cm-1，曝光时间4s，扫描次数3次，激光与样品表面的距离5mm；2.2.2、将每种粒度大米分别在五个位置采集拉曼光谱，考察该粒度下米粉的均匀性；考虑到仪器波动或环境微小变化可能会导致谱图发生变化，另取五个测量点外的一个测量点，重复采集五次谱图，并编号，考察拉曼光谱仪测试的稳定性；采用拉曼光谱仪自带的软件对光谱进行基线校正预处理，采集所得谱图并编号；2.3、数据分析：基于MATLAB2016a平台利用wden小波函数对拉曼光谱数据进行小波去噪，随后进行数据归一化处理，最后采用相对标准偏差和层次聚类分析两种方法进行数据分析；3、结果与分析：3.1、拉曼光谱数据分析：根据经去噪、归一化预处理后三种大米的典型的拉曼光谱谱图得到，峰的信号主要出现在250-1500cm-1范围内，峰强度较高的位置在476、856、941、1004、1032、1082、1155、1204、1253、1342、1391和1458cm-1处；总体上，三种大米的拉曼光谱高度相似；由于1500-2350cm-1波段范围内峰较少且多为背景峰，250-800cm-1波段范围内峰强较弱，476cm-1处对应的强度值均为1，因此数据处理时人为选择820-960cm-1、1020-1170cm-1和1240-1470cm-1波段内的拉曼光谱数据作为三种大米拉曼光谱的特征数据；3.2、粉碎后大米均匀度分析：3.2.1、相对标准偏差分析：拉曼光谱数据经去噪、归一化处理后，分别计算820-960cm-1、1020-1170cm-1和1240-1470cm-1三个波段内的拉曼光谱数据的相对标准偏差以及综合这三个波段后的相对标准偏差，由相对标准偏差计算结果分析可得，拉曼光谱仪自身在测试过程中也会带来实验误差，但误差仅为3.716％，在仪器允许的波动范围内；四种不同粒度米粉的相对标准偏差的平均值在4.446-5.689％之间，略高于拉曼光谱仪器本身的误差，粉碎粒度为100-140目样品的五个测量点的成分信息最为相似，该粒度下的米粉均匀性最好，100本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.粉碎粒度对大米拉曼光谱影响的研究方法，其特征在于：它的研究步骤如下：(1)、材料准备：(1.1)、大米：精确称取三种大米，并将每种大米分为三个批次样品，且编号为一号样品、二号样品、三号样品、四号样品、五号样品、六号样品、七号样品、八号样品、九号样品；(1.2)、仪器设备：Prott‑ezRaman‑d3便携式激光拉曼光谱仪；15B型立式粉碎机，自带筛网网孔直径为0.6mm；石英样品池；电子天平，秒表，筛子；(2)、方法：(2.1)、样品制备：将步骤(1.1)中准备的每批次的大米进行粉碎操作，得粒度＜0.6mm的米粉；选取3/4粉碎后的米粉依次经过100目和140目的筛子进行筛分分级，分别得到100目‑0.6mm、100目‑140目和＜140目的三种不同粒度的米粉，将粉碎后的米粉进行编号；(2.2)、谱图测试：(2.2.1)、设定拉曼光谱采集参数如下：功率450mW，CCD检测器‑85℃，扫描范围250‑2339cm‑1，分辨率1cm‑1，曝光时间4s，扫描次数3次，激光与样品表面的距离5mm；(2.2.2)、将每种粒度大米分别在五个位置采集拉曼光谱，考察该粒度下米粉的均匀性；考虑到仪器波动或环境微小变化可能会导致谱图发生变化，另取五个测量点外的一个测量点，重复采集五次谱图，并编号，考察拉曼光谱仪测试的稳定性；采用拉曼光谱仪自带的软件对光谱进行基线校正预处理，采集所得谱图并编号；(2.3)、数据分析：基于MATLAB 2016a平台利用wden小波函数对拉曼光谱数据进行小波去噪，随后进行数据归一化处理，最后采用相对标准偏差和层次聚类分析两种方法进行数据分析；(3)、结果与分析：(3.1)、拉曼光谱数据分析：根据经去噪、归一化预处理后三种大米的典型的拉曼光谱谱图得到，峰的信号主要出现在250‑1500cm‑1范围内，峰强度较高的位置在476、856、941、1004、1032、1082、1155、1204、1253、1342、1391和1458cm‑1处；总体上，三种大米的拉曼光谱高度相似；由于1500‑2350cm‑1波段范围内峰较少且多为背景峰，250‑800cm‑1波段范围内峰强较弱，476cm‑1处对应的强度值均为1，因此数据处理时人为选择820‑960cm‑1、1020‑1170cm‑1和1240‑1470cm‑1波段内的拉曼光谱数据作为三种大米拉曼光谱的特征数据；(3.2)、粉碎后大米均匀度分析：(3.2.1)、相对标准偏差分析：拉曼光谱数据经去噪、归一化处理后，分别计算820‑960cm‑1、1020‑1170cm‑1和1240‑1470cm‑1三个波段内的拉曼光谱数据的相对标准偏差以及综合这三个波段后的相对标准偏差，由相对标准偏差计算结果分析可得，拉曼光谱仪自身在测试过程中也会带来实验误差，但误差仅为3.716％，在仪器允许的波动范围内；四种不同粒度米粉的相对标准偏差的平均值在4.446‑5.689％之间，略高于拉曼光谱仪器本身的误差，粉碎粒度为100‑140目样品的五个测量点的成分信息最为相似，该粒度下的米粉均匀性最好，100‑140目为大米最佳的粉碎粒度；对820‑960cm‑1、1020‑1170cm‑1和1240‑1470cm‑1三个波段的数据进行分析，总体上，1240‑1470cm‑1波段的相对标准偏差值最大，其次是820‑960cm‑1波段，1020‑1170cm‑1波段对应的相对标准偏差最小，始终保持在3.227％以下；实验过程中，对每批次样品重复开展了两次实验以检验粉碎机的稳定性，通过分析表格中的数据，发现两次粉碎得到的数据之间差异性较小，间接说明粉碎机的性能较稳定，粉碎操作具有可重复性；(3.2.2)、层次聚类分析：拉曼光谱数据经去噪、归一化处理后，对820‑960cm‑1、1020‑1170cm‑1和1240‑1470cm‑1组合后的波段进行层次聚类分析，以余弦距离作为距离的度量方法，以平均距离法作为创建系统聚类树的方法，记录余弦距离，经数据对比发现，粒度为100‑140目米粉的平均距离最小，谱图间相似度最高，说明该粒度米粉的均匀性最好；粒度＜140目米粉的均匀性次之；粒度为100目‑0.6mm米粉的平均距离最大，谱图间差异最大，米粉均匀性最差；(3.3)、拉曼光谱谱图解析：经步骤(3.2)中相对标准偏差和层次聚类分析，粉碎后米粉均匀性最佳的粒度为100‑140目，根据100‑140目的拉曼光谱图可知，在1070‑1170cm‑1、1240‑1280cm‑1和1370‑1420cm‑1处，100‑140目米粉的拉曼光谱的峰形和强度有肉眼可见差异，这些差异构成了100‑140目米粉拉曼光谱间相对标准偏差的主要来源；由不同粉碎粒度米粉的拉曼光谱图可知，不同粉碎粒度的米粉在1113‑1132cm‑...

【技术特征摘要】
1.粉碎粒度对大米拉曼光谱影响的研究方法，其特征在于：它的研究步骤如下：(1)、材料准备：(1.1)、大米：精确称取三种大米，并将每种大米分为三个批次样品，且编号为一号样品、二号样品、三号样品、四号样品、五号样品、六号样品、七号样品、八号样品、九号样品；(1.2)、仪器设备：Prott-ezRaman-d3便携式激光拉曼光谱仪；15B型立式粉碎机，自带筛网网孔直径为0.6mm；石英样品池；电子天平，秒表，筛子；(2)、方法：(2.1)、样品制备：将步骤(1.1)中准备的每批次的大米进行粉碎操作，得粒度＜0.6mm的米粉；选取3/4粉碎后的米粉依次经过100目和140目的筛子进行筛分分级，分别得到100目-0.6mm、100目-140目和＜140目的三种不同粒度的米粉，将粉碎后的米粉进行编号；(2.2)、谱图测试：(2.2.1)、设定拉曼光谱采集参数如下：功率450mW，CCD检测器-85℃，扫描范围250-2339cm-1，分辨率1cm-1，曝光时间4s，扫描次数3次，激光与样品表面的距离5mm；(2.2.2)、将每种粒度大米分别在五个位置采集拉曼光谱，考察该粒度下米粉的均匀性；考虑到仪器波动或环境微小变化可能会导致谱图发生变化，另取五个测量点外的一个测量点，重复采集五次谱图，并编号，考察拉曼光谱仪测试的稳定性；采用拉曼光谱仪自带的软件对光谱进行基线校正预处理，采集所得谱图并编号；(2.3)、数据分析：基于MATLAB2016a平台利用wden小波函数对拉曼光谱数据进行小波去噪，随后进行数据归一化处理，最后采用相对标准偏差和层次聚类分析两种方法进行数据分析；(3)、结果与分析：(3.1)、拉曼光谱数据分析：根据经去噪、归一化预处理后三种大米的典型的拉曼光谱谱图得到，峰的信号主要出现在250-1500cm-1范围内，峰强度较高的位置在476、856、941、1004、1032、1082、1155、1204、1253、1342、1391和1458cm-1处；总体上，三种大米的拉曼光谱高度相似；由于1500-2350cm-1波段范围内峰较少且多为背景峰，250-800cm-1波段范围内峰强较弱，476cm-1处对应的强度值均为1，因此数据处理时人为选择820-960cm-1、1020-1170cm-1和1240-1470cm-1波段内的拉曼光谱数据作为三种大米拉曼光谱的特征数据；(3.2)、粉碎后大米均匀度分析：(3.2.1)、相对标准偏差分析：拉曼光谱数据经去噪、归一化处理后，分别计算820-960cm-1、1020-1170cm-1和1240-1470cm-1三个波段内的拉曼光谱数据的相对标准偏差以及综合这三个波段后的相对标准偏差，由相对标准偏差计算结果分析可得，拉曼光谱仪自身在测试过程中也会带来实验误差，但误差仅为3.716％，在仪器允许的波动范围内；四种不同粒度米粉的相对标准偏差的平均值在4.446-5.689％之间，略高于拉曼光谱仪器本身的误差，粉碎粒度为100-140目样品的五个测量点的成分信息最为相似，该粒度下的米粉均匀性最好，100-140目为大米最佳的粉碎粒度；对820-960cm-1、1020-1170cm-1和1240-1470cm-1三个波段的数据进行分析，总体上，1240-1470cm-1波段的相对标准偏差值最大，其次是820-960cm-1波段，1020-1170cm-1波段对应的相对标准偏差最小，...

【专利技术属性】
技术研发人员：沙敏，刘军，张正勇，谢茹冰，何香，吉昕妍，裴丹，
申请(专利权)人：南京财经大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32