近红外光谱技术在土豆收购现场的应用方案

1 前言

马铃薯是中国五大主食之一，其营养价值高、适应力强、产量大。马铃薯最易感染病害，滋生菌丝等，收购时肉眼无法识别是否感染病害，但储存一段时间后即会发生腐烂，直接造成经济损失，在薯收购现场，传统方法检测为抽样检测，预测结果滞后而且无法真实评价收购产品的质量。

由于地域、气温、年限等不同，所生长成的农产品其内部成分是会发生变化的。对于土豆收购商来说，马铃薯某些成分的变化直接关系着收购质量。不仅关系到成分的变化，还有掺杂劣质土豆的量都会关系到收购质量，这些因素都会直接影响到收购商的经济利益，目前传统的检测方法已无法满足马铃薯收购商在现场收购的需求。近红外技术是在国内新兴的一种光谱技术，具有检测速度快、不需要样品预处理、可以直接样品进行透射或漫反射检测，多指标分析，不仅有效的定性还可以做准确的定量等优点。这些常规检测方法无法具有的优点使得它在用于现场和生产流水线上发挥巨大的作用。

应用户需求，海能实验室特意做了海能公司SpectraStar近红外光谱仪对马铃薯收购现场快速检测的应用实验。

2 实验部分

2.1 实验地点：模拟马铃薯收购现场或马铃薯存储仓库

2.2 仪器条件：

仪器为海能SpectraStar 近红外光谱仪，主要部件包括：单色仪、集成电脑、电源适配器，置顶旋转测样系统。UCal采集处理软件，内置建模软件。

2.3 测样方式：

漫反射方式;检测方法：置顶旋转测样系统;实验所用的参数设置为： 波长范围：1400nm -2500nm，波长步长：1.0nm，平均次数：60次。

2.4 实验方法：

送马铃薯的货车上，在上层、中层和下层，前部、中部和尾部随机的取出80个马铃薯样品，使得这些样品能够尽可能的代表全车马铃薯质量。仪器使用海能SpectraStar 近红外光谱仪扫描软件进行光谱采集。采用置顶静态测样方式。

1) 在马铃薯样品表面切出一小片平面，要求表面平滑，质密均匀。

2) 将整个马铃薯样品放置于探头上，进行漫反射检测，要求所有样品操作的一致性好。

实验共备置80个马铃薯样品，其中70个(此70个为合格马铃薯样品)作矫正集样品，用于建模，其余10个作验证集样品，用于评价模型。对矫正集每个样品扫描2 次，得到140 张光谱。这些光谱都对应该样品的淀粉、蛋白质含量数据。光谱采用数学处理，有效消除基线漂移和部分噪音信息，含量数据和光谱数据一一对应，使用偏最小二乘法计算，创建模型。

在这里本实验不仅建立了马铃薯中淀粉、蛋白质的定量模型，而且还建立了马铃薯的定性模型。所以，该检测不仅可以快速检测马铃薯中淀粉、蛋白质的含量，还同时判定出马铃薯是否合格。

如图1、2中可以看出，马铃薯中淀粉、蛋白质含量与近红外光谱有很好的相关性，相关系数分别达到达到0.9424 ，0.9508。使用模型对验证集样品进行预测，其最大相对偏差分别为3.2%，4.6%;并且，在定性判别准确率为100% 。

3 结果与讨论

采用海能SpectraStar 近红外光谱仪快速、高效检测马铃薯中淀粉、蛋白质的含量是可行的。在收购或仓储现场，不仅快速准确的分析出其成分的含量，而且准确的判别产品是否合格。分析速度快，结果准确，具有常规化学方法所不具有的优点。该实验对收购现场检测有重要的意义。