一种基于电子舌与电镜多模态技术快速鉴别百合粉的方法技术

本发明专利技术属于食品检测技术领域，公开了一种基于电子舌与电镜多模态技术快速鉴别百合粉的方法。通过采集电子舌味觉传感器的阵列数据以及扫描电镜下的图像数据，并对数据进行一阶求导、矢量归一化、滤波平滑处理等预处理，降维并提取最大程度代表样品的特征信息，以聚类算法构建了快速鉴别龙牙百合、鳞茎百合、药百合的判别分析模型，构建了不同种类百合粉的数据模型，有利于在百合粉生产、加工、流通、消费全过程中，实现百合品质监测与评价。该检测方法无需使用大量试剂，绿色环保，操作简便，重现性好，结果稳定准确，能够实现快速在线检测与实时评价反馈。时评价反馈。时评价反馈。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电子舌与电镜多模态技术快速鉴别百合粉的方法


[0001]本专利技术涉及食品检测
，具体涉及一种基于电子舌与电镜多模态技术快速鉴别百合粉的方法。

技术介绍

[0002]百合作为多年生草本植物，属于药食同源的食物，具有极高经济价值与广阔开发前景。富含淀粉、蛋白质、多种维生素与矿物质等，同时含有生物活性成分比如皂苷，具有清心安神，清热润肺之功效。珠芽百合、鳞茎百合、药百合性状高度相似，特别是前两者，由于植物珠芽与鳞茎的发育周期时成分的动态变化，通过理化检测考察各种指标，极为困难。目前检测此类产品的标准方法尚属空白。
[0003]目前，关于百合粉种类鉴别方法，总结如下：采用XRD衍射法、红外光谱，考察内部晶体结构和表层有序性；采用理化检测法，考察直链与支链淀粉含量，糊化温度、淀粉糊冻融稳定性、膨胀势与溶解度等；采用差示扫描量热法，考察淀粉糊化的特性参数，比如糊化峰值温度与吸热峰差异、热力学焓值等热力学特征。这些已报道的方法存在如下缺陷：
[0004](1)误差较大
[0005]高度性状相似的品种，特别是制成粉末后，用显微鉴别和性状鉴别的方法，结构上几乎难以鉴别。
[0006](2)无法整体评价其品质
[0007]理化检验与仪器检验，针对其中某些特定成分的特征响应，鉴于成分与功效的复杂性，有时亦难以评价其质量标准的整体性。特别是来自我国不同地区、不同采收时间的样品，因其植物代谢与环境的不同，其功效性的化学成分会有差异，容易造成误差。
[0008](3)各种成分因植株发育过程会发生动态变化
[0009]随着百合植物的生长发育过程，各种成分会发生动态变化，单纯从上述理化检验的各种指标中鉴定百合种类较为困难。因为要考虑到百合植物特征以及自然周期的划分，比如鳞茎发育过程可作为“源”与“库”，前者时期为百合提供营养，供给整个植株生长，后者时期积累成分，为下一个周期做准备。珠芽形成与地上茎叶叶柄基部，也遵循其自然发育规律。因此，采用各种理化指标判别百合种类，受到植株发育周期的限制，理化检测有局限性。
[0010](4)操作繁琐，难以实现快速检测
[0011]理化检测需要使用大量试剂，前处理过程费时繁琐，配备大型分析仪器且要求操作人员具有扎实的分析经验。特别是面对大批量下的样品，无法对其品质进行快速检测与在线监测识别，不易于向广大中小企业推广。

技术实现思路

[0012]本专利技术的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种在百合粉生产、加工、流通、消费等过程中，能够实现百合品质监测与评价的，绿色环保、操作简便、重现性好、结果稳定准确的方法。
[0013]为实现本专利技术的上述目的，采用以下技术方案：
[0014]一种基于电子舌及电镜多模态技术快速鉴别百合粉的方法，包括如下步骤：
[0015]S1.电子舌样品准备：将不同品种的百合粉样本去除杂质后，粉碎成粉末，过三号筛，溶解并静置，过滤，取滤液放入电子舌专用检测杯中；
[0016]S2.电子舌操作：使用活化液活化电子舌，对味觉传感器进行校准和预平衡，配置参比液，活化后的传感器在参比液中平衡后，依次浸没在参比液和步骤S1待测样品溶液中，根据膜电势值，结合电子舌自带信号采集软件，将先味信号与回味信号转化为味觉信息采集数据；
[0017]S3.扫描电镜处理：采用扫描电子显微镜对百合粉样本分别放大1500倍、1800倍、2000倍进行电镜图像分析，得到样品表面形貌与结构的电镜图片；
[0018]S4.电镜图像数据集处理：采集百合粉在扫描电镜下的图片，按7:3的比例划分为训练集和测试集,对训练集图像进行旋转、翻转、滤波等处理，图片旋转在[0
°
，135
°
]之间随机选取,旋转后边缘空白处采用邻近背景充填；图像翻转采用水平翻转的方式；图像滤波采用高斯滤波方式；经三种方式增强处理后,训练集图像数据集得到扩大；
[0019]S5.电子舌数据预处理与主成分PCA提取：将电子舌测得样品的味觉值为分析变量，经过矢量归一、ND滤波平滑法等数学预处理方法，采用PCA法，根据特征值大小抽取主成分因子进行数据降维；应用SIMCA软件对样品进行PCA分析，标度化方式选为中心化处理，根据样品信息，结合PCA法得到的累计贡献率的大小，选择其代表主成分的信息，能够体现出不同种类的百合粉的基本特征和主要信息；以提取出的不同主成分为坐标轴，构建主成分平面图，将样本的多元变量通过降维的方式投影在二维平面上，便于观察样本的整体分布情况和各变量对样本分布的贡献大小；
[0020]S6.建立不同种类百合粉的快速识别模型：根据不同种类百合粉的图片特征信息与电子舌味觉特征信息，采用深度学习卷积神经网络，以ResNet算法建模，建立快速识别百合粉的预测模型。
[0021]进一步地，步骤S2所述活化液为3.33mol/L的KCl和0.07mmol/L的AgCl以1:1的比例配置而成，所述参比液为0.3mmol/L酒石酸和30mmol/L的KCl以1:1的比例配置而成。
[0022]进一步地，步骤S4所述的电镜图像数据集处理，还包括对电镜图像进行预处理：设置颜色空间，在饱和度通道上设置阈值，实现目标物与背景的分割，将电镜下的图像灰度化、融合为完整图像；采用灰度共生矩阵法，将图像定义为灰度图像，采用graycomatrix函数与graycoprops函数计算图像的灰度共生矩阵，以及相应的对比度、相关度、同质性等参数。
[0023]进一步地，步骤S4所述的电镜图像数据集处理，还包括：将图片以长宽的较大值为边截取出矩形出来，然后等比例放大或缩小到相同的分辨率(224
×
224)，之后将图片像素值从[0，255]映射到[0，1]或[－1，1]区间上完成归一化操作。
[0024]进一步地，步骤S2所述的将先味信号与回味信号转化为味觉信息采集数据，包括：活化后的传感器在参比溶液中平衡后依次浸没在参比溶液和待测样品溶液中，分别测得膜电势值Vr和Vs，经参比溶液短暂清洗后，再次浸入新的参比溶液中，测得Vr
’
，根据所测电势值，得到样品的先味信号值(R)和回味信号值(CPA)，计算公式如下：
[0025]R＝Vs
‑
Vr
[0026]CPA＝Vr
’‑
Vr
[0027]基于韦伯
‑
费希纳定律，电子舌自带的分析软件将测得的先味信号值和回味信号值转化为一定的味觉特征信息。
[0028]更进一步地，步骤S6所述的建立快速识别百合粉的预测模型，包括：
[0029](1)卷积神经网络结构：卷积神经网络需要通过卷积运算完成特征提取的功能，网络结构包括VGGNet、ResNet、DenseNet等；卷积神经网络建模时，为降低每个特征映射的维度，减少卷积运算次数和保留住重要的特征信息，引入池化层处理；在连接层利用得到的大量特征映射，使用归一化函数softmax，用分类器进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电子舌及电镜多模态技术快速鉴别百合粉的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.电子舌样品准备：将不同品种的百合粉样本去除杂质后，粉碎成粉末，过三号筛，溶解并静置，过滤，取滤液放入电子舌专用检测杯中；S2.电子舌操作：使用活化液活化电子舌，对味觉传感器进行校准和预平衡，配置参比液，活化后的传感器在参比液中平衡后，依次浸没在参比液和步骤S1待测样品溶液中，根据膜电势值，结合电子舌自带信号采集软件，将先味信号与回味信号转化为味觉信息采集数据；S3.扫描电镜处理：采用扫描电子显微镜对百合粉样本分别放大1500倍、1800倍、2000倍进行电镜图像分析，得到样品表面形貌与结构的电镜图片；S4.电镜图像数据集处理：采集百合粉在扫描电镜下的图片，按7:3的比例划分为训练集和测试集,对训练集图像进行旋转、翻转、滤波等处理，图片旋转在[0
°
，135
°
]之间随机选取,旋转后边缘空白处采用邻近背景充填；图像翻转采用水平翻转的方式；图像滤波采用高斯滤波方式；经三种方式增强处理后,训练集图像数据集得到扩大；S5.电子舌数据预处理与主成分PCA提取：将电子舌测得样品的味觉值为分析变量，经过矢量归一、ND滤波平滑法等数学预处理方法，采用PCA法，根据特征值大小抽取主成分因子进行数据降维；应用SIMCA软件对样品进行PCA分析，标度化方式选为中心化处理，根据样品信息，结合PCA法得到的累计贡献率的大小，选择其代表主成分的信息，能够体现出不同种类的百合粉的基本特征和主要信息；以提取出的不同主成分为坐标轴，构建主成分平面图，将样本的多元变量通过降维的方式投影在二维平面上，便于观察样本的整体分布情况和各变量对样本分布的贡献大小；S6.建立不同种类百合粉的快速识别模型：根据不同种类百合粉的图片特征信息与电子舌味觉特征信息，采用深度学习卷积神经网络，以ResNet算法建模，建立快速识别百合粉的预测模型。2.如权利要求1所述的一种基于电子舌及电镜多模态技术快速鉴别百合粉的方法，其特征在于，步骤S2所述活化液为3.33mol/L的KCl和0.07mmol/L的AgCl以1:1的比例配置而成，所述参比液为0.3mmol/L酒石酸和30mmol/L的KCl以1:1的比例配置而成。3.如权利要求1所述的一种基于电子舌及电镜多模态技术快速鉴别百合粉的方法，其特征在于，步骤S4所述的电镜图像数据集处理，还包括对电镜图像进行预处理：设置颜色空间，在饱和度通道上设置阈值，实现目标物与背景的分割，将电镜下的图像灰度化、融合为完整图像；采用灰度共生矩阵法，将图像定义为灰度图像，采用graycomatrix函数与graycoprops函数计算图像的灰度共生矩阵，以及相应的对比度、相关度、同质性等参数。4.如权利要求1或3所述的一种基于电子舌及电镜多模态技术快速鉴别百合粉的方法，其特征在于，步骤S4所述的电镜图像数据集处理，还包括：将图片沿中心点，以长宽的较大值为边截取出矩形出来，然后等比例放大或缩小到相同的分辨率(224
×
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【专利技术属性】
技术研发人员：荣菡，李亮，叶俊，甘露菁，何文猛，谢思芸，
申请(专利权)人：宜春市检验检测中心，
类型：发明
国别省市：