一种基于高光谱成像技术结合波长选择算法串联策略的调理牛排新鲜度快速检测的方法技术

本发明专利技术属于肉制品质量检测技术领域，涉及一种基于高光谱成像技术结合波长选择算法串联策略的调理牛排新鲜度快速检测的方法；首先准备n个调理牛排样本并编号，使用高光谱成像采集系统对的调理牛排样本进行光谱图像采集；再使用国标法测定已采集过高光谱数据的调理牛排样本代表肉品新鲜度指标；然后采用ENVI 4.5软件提取调理牛排样本中心感兴趣区域的光谱值，计算光谱平均反射率作为光谱数据，并进行预处理；提取预处理后光谱信息中的特征波长，建立调理牛排新鲜度预测模型；实现对生鲜调理牛排贮藏过程中TVB

【技术实现步骤摘要】
一种基于高光谱成像技术结合波长选择算法串联策略的调理牛排新鲜度快速检测的方法


[0001]本专利技术属于肉制品质量检测
，具体涉及一种基于高光谱成像技术结合波长选择算法串联策略的调理牛排新鲜度快速检测的方法。

技术介绍

[0002]调理牛排是以牛排为原料，加入适量调味料和食品添加剂，经过切分、滚揉腌制等过程加工而成的肉制品，因其滋味鲜美、食用方便等特点而深受消费者喜爱。为了使牛排能够较好的保留原有的滋味和营养通常选用冷藏的储运方式，但在该方式下保存的牛排货架期较短、价格也较高。并且由于调理牛排中加入了调味料进行腌制，当牛排超过货架期变质时，散发的腐败气味易被调料气味掩蔽，使得消费者难以分辨其新鲜度。目前市场上存在售卖超过货架期的调理牛排的现象，食用将损害人体健康损，这一问题在冷鲜调理牛排的销售中更为突出。
[0003]挥发性盐基氮(Total volatile basic nitrogen,TVB
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N)是由于微生物分解蛋白质产生的具有挥发性的氨和胺类等碱性含氮物质的总称，可以有效地表征肉品新鲜度。但测定TVB
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N含量的化学方法操作繁琐耗时，且对检测样本有破坏性，因此研究快速检测调理牛排新鲜度方法以确保食品安全具有重要意义。
[0004]近年来，高光谱成像技术因其获得信息全面，快速无损等优点，已广泛应用于肉品品质检测。由于肉品发生腐败时产生的TVB
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N将会引起一定波长下光谱吸收强度的变化，所以通过吸收强度的大小结合化学计量学方法可以定量分析TVB
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N含量。但是高光谱数据包含的信息量巨大且冗杂，因此可以将波长选择方法串联使用以筛选特征波长、去除无效信息从而提升模型效率和精度，获得更佳的建模效果。波长选择方法可以分为波长区间选择和波长点选择。波长区间选择方法以一组连续波长为基本单位进行波长筛选，最终选择的变量为几组连续的波长区间组合，所建立的模型有很好的解释性。波长点选择方法以单个波长为基本单位，最终选择的变量呈离散分布，具有选择变量少、建模预测效果好等优点。不同的波长选择方法各有其优缺点和适应性，将这些波长选择方法联用，可以结合它们的优势进行互补，达到更优的效果。因此本方法以调理牛排作为研究对象，采用高光谱成像技术结合波长选择算法串联策略对调理牛排新鲜度指标TVB
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N含量进行了快速预测研究。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在克服现有技术中存在的缺陷，如：传统检测肉制品中TVB
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N含量的方法会对样品造成不可逆的破坏，并且操作过程烦琐、分析时间长、耗费大量的试剂等，不适用于大规模的市场检测。本专利技术提供了基于高光谱成像技术结合波长选择算法串联策略快速检测调理牛排新鲜度的方法，利用高光谱成像技术对调理牛排冷藏过程中部分新鲜度指标含量进行预测，并分析不同贮藏时间的光谱吸收差异对应的生物学意义。采用波长点选择方法和波长区间选择方法并将它们联合进行特征波长筛选，比较不同波长选择方法下的模
型预测效果得出最佳处理方法。
[0006]具体的，本专利技术通过以下技术方案实现：
[0007](1)准备n个调理牛排样本并编号，n为正整数；
[0008](2)使用高光谱成像采集系统对步骤(1)中的调理牛排样本进行光谱图像采集；
[0009](3)使用国标法测定步骤(2)中已采集过高光谱数据的调理牛排样本，代表肉品新鲜度指标；
[0010](4)采用ENVI 4.5软件提取调理牛排样本中心感兴趣区域的光谱值，计算光谱平均反射率作为光谱数据；
[0011](5)采用不同的预处理方法对步骤(4)中的光谱数据进行预处理；
[0012](6)采用不同的变量筛选方法提取步骤(5)中预处理后光谱数据中的特征波长；
[0013](7)采用步骤(6)中提取的特征波长建立调理牛排新鲜度预测模型；
[0014](8)利用步骤(7)中建立的预测模型，实现对生鲜调理牛排贮藏过程中TVB
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N含量进行快速预测。
[0015]其中上述步骤(1)中，所述调理牛排样本的制作工艺流程为：原料肉修整
→
切片
→
配制腌制液
→
滚揉腌制
→
托盘密封包装；原料牛肉为西冷部位，全程冷链运输，并置于4℃的冰箱内冷藏。
[0016]其中上述步骤(2)中使用高光谱成像系统采集的具体方法为:取牛排样本分别为冷藏后第0、2、4、6和8天的样本进行光谱图像数据信息采集，每次取出n/5个牛排样本，n为正整数；在光谱图像信息采集过程中，CCD摄像机曝光时间为45ms，光谱范围为431～962nm，光谱波长间隔为0.858nm，图像分辨率为618
×
1628pixel，电控平移台移动速度为0.9mm/s，快进位移量为180mm。
[0017]其中上述步骤(3)中所述的国标法测定肉品新鲜度指标具体为：使用半微量定氮法，将牛排样品除去脂肪，切碎搅匀后，加水制备成吸收液，使吸收液中碱性含氮物质在碱性溶液蒸出后，用标准酸滴定至蓝紫色，计算得到TVB
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N含量。
[0018]其中上述步骤(4)中采用ENVI 4.5软件提取样本中心感兴趣区域的光谱值具体为：使用ENVI 4.5打开调理牛排样本高光谱图像，然后利用矩形工具选取样品中心附近200pixel
×
200pixel的范围作为感兴趣区域(ROI)，提取ROI内所有像素点的光谱反射率作为此样本的光谱数据；n个样本共得到n条平均光谱，最终得到n
×
618的光谱数据集。
[0019]其中上述步骤(5)中所述预处理方法为一阶导数(First derivative,1st Der)、二阶导数(Second derivative,2ndDer)、均值中心化(Mean centering,MC)、多元散射校正(Multiplicative scatter correction,MSC)、卷积平滑(Savitzky
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Golay,SG)、标准正态变量变换(Standard normal variate transformation,SNVT)。
[0020]其中上述步骤(6)中所述变量筛选方法为波长区间选择方法和波长点选择方法联用，波长区间选择方法采用间隔随机蛙跳(iRF)，波长点选择方法采用竞争性自适应重加权算法(CARS)和变量组合集群分析法(VCPA)两种。
[0021]其中上述步骤(7)建立调理牛排新鲜度预测模型具体方法为：采用高光谱成像系统采集待测调理牛排样本的光谱图像信息，然后以经过预处理和变量筛选过的光谱信息作为自变量，以半微量定氮法测得的TVB
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N值作为因变量，建立偏最小二乘(PLS)预测模型。
[0022]其中上述步骤(8)对未知待测调理牛肉样本的新鲜度进行快速预测，使用高光谱
成像系统对未知待测生本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于高光谱成像技术结合波长选择算法串联策略的调理牛排新鲜度快速检测的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)准备n个调理牛排样本并编号，n为正整数；(2)使用高光谱成像采集系统对步骤(1)中的调理牛排样本进行光谱图像采集；(3)使用国标法测定步骤(2)中已采集过高光谱数据的调理牛排样本，代表肉品新鲜度指标；(4)采用ENVI 4.5软件提取调理牛排样本中心感兴趣区域的光谱值，计算光谱平均反射率作为光谱数据；(5)采用不同的预处理方法对步骤(4)中的光谱数据进行预处理；(6)采用不同的变量筛选方法提取步骤(5)中预处理后光谱数据中的特征波长；(7)采用步骤(6)中提取的特征波长建立调理牛排新鲜度预测模型；(8)利用步骤(7)中建立的预测模型，实现对生鲜调理牛排贮藏过程中TVB
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N含量进行快速预测。2.根据权利要求1所述的基于高光谱成像技术结合波长选择算法串联策略的调理牛排新鲜度快速检测的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述调理牛排样本的制作工艺流程为：原料肉修整
→
切片
→
配制腌制液
→
滚揉腌制
→
托盘密封包装；其中原料牛肉为西冷部位，全程冷链运输，并置于4℃的冰箱内冷藏。3.根据权利要求1所述的基于高光谱成像技术结合波长选择算法串联策略的调理牛排新鲜度快速检测的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述使用高光谱成像系统采集的调理牛排样本分别为冷藏后第0、2、4、6和8天取出的样本；总样本数为n，每次取出n/5个牛排样本，n为正整数；所述光谱图像数据采集的具体方法为：通过高光谱成像系统对步骤(1)中的调理牛排进行光谱图像数据的采集。4.根据权利要求1所述的基于高光谱成像技术结合波长选择算法串联策略的调理牛排新鲜度快速检测的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述高光谱成像系统的参数设置为：CCD摄像机曝光时间为45ms，光谱范围为431～962nm，光谱波长间隔为0.858nm，图像分辨率618
×
1628pixel，设置步进电机运动参数：电控平移台移动速度为0.9mm/s，位移量为180mm。5.根据权利要求1所述的基于高光谱成像技术结合波长选择算法串联策略的调理牛排新鲜度快速检测的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述代表肉品新鲜度的指标为TVB
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N；使用国标法测定肉品新鲜度指标具体步骤为：使用半微量定...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙宗保，刘小裕，刘源，邹小波，王天真，郭志明，
申请(专利权)人：镇江市食品药品监督检验中心，
类型：发明
国别省市：