[发明专利]一种基于高光谱成像的小麦面粉微量元素快速检测方法

说明书

本发明公开了一种基于高光谱成像的小麦面粉微量元素快速无损检测的方法及系统，具体涉及小麦面粉品质无损检测技术领域。所述方法包括以下步骤：采集试验样本、数据获取、数据处理和构建模型。高光谱成像技术克服了传统测定方法费时、费力的缺点，实现了小麦面粉微量元素含量的快速检测。本发明提供的方法可用于小麦面粉营养品质的快速分级筛选，为小麦面粉生产在线检测提供了新的选择。

技术领域

本发明涉及小麦面粉品质检测技术领域，尤其涉及一种基于高光谱成像的小麦面粉微量元素快速检测方法。

背景技术

人体维持正常新陈代谢需要营养物质的参与，这些营养物质包括水分、碳水化合物、9种必需氨基酸、2种脂肪酸、7种大量元素、16种微量元素和13种维生素等，缺乏其中任何一种营养物质，都会导致新陈代谢紊乱，从而影响人体的健康。我国居民膳食中主要缺乏的营养物质是微量元素，其中，钙是缺乏最明显的营养素。微量营养素的缺乏，会导致肥胖、高血压、糖尿病、心血管疾病、骨质疏松等各种慢性疾病高发。同时，随着生活水平的提高，我国消费者对更营养健康食品的需求正在增加。因此，进一步提高主食的营养品质、为消费者提供更高营养品质的食物非常重要。我国北方人以小麦面粉为主食，南方人则以大米为主食。小麦面粉是由小麦籽粒经过加工粉碎制成的粉状物，提高小麦面粉的微量元素含量这一目标存在很多限制因素，其中一项就是微量元素含量的测定。长期以来，传统的微量元素含量测定都是通过化学方法高温消煮、电感耦合等离子体质谱法或火焰原子吸收法检测而实现的，需要投入大量时间、精力，同时操作过程复杂，分析成本高，还会产生化学废气污染环境。因此，非常有必要寻找一种能够快速检测小麦面粉微量元素的方法。

近几年，近红外光谱法被广泛应用到小麦面粉品质检测领域，该技术已被成功应用于检测小麦面粉不溶性谷蛋白大聚体含量(张平平等，2017)、石灰类物质(王纪华等，2011)、增白剂和滑石粉含量(李光煌等，2017)、水分含量(张斌等，2019)。随着科学技术的发展，一种利用可见光-近红外光谱在实验室条件下进行研究的新技术：高光谱成像技术被开发，该技术融合了光谱技术和成像技术的优点，可以快速获得图像中每个像素的光谱(化学或物理)信息；同时，该技术具有分辨率高、速度快、经济、环保等特点。该技术已应用于检测小麦面粉呕吐毒素污染水平(沈飞等，2019)。然而目前还没有将高光谱成像技术用于小麦面粉微量元素预测的先例。

发明内容

本发明的目的是基于高光谱成像技术，提供一种简单、快速检测小麦面粉微量元素含量的方法与系统。

本发明所提供的检测小麦面粉微量元素含量的方法，包括如下步骤：

1)收集小麦面粉样本；

2)构建高光谱成像系统，利用高光谱成像系统采集小麦面粉的高光谱图像；

3)获取小麦面粉光谱反射率

对步骤2)获得的样本原始高光谱图像进行校正，将原始光谱辐射率图像转换为光谱反射率图像，然后从光谱反射率图像中提取样本的平均光谱反射率数据；

4)测定小麦面粉各微量元素的含量；

5)使用偏最小二乘回归PLSR方法建立反映平均光谱反射率数据与小麦面粉各微量元素的含量之间关系的模型；

(1)筛选和删除微量元素含量数据集和高光谱数据的异常值；

(2)建立模型；

6)利用高光谱成像系统采集待测小麦面粉的高光谱图像，提取小麦面粉光谱反射率，将小麦面粉光谱反射率输入建立好的模型，预测出待测小麦面粉中各微量元素的含量。

上述方法步骤1)中，所述小麦面粉样本可为来自不同年份、不同品种的小麦面粉样本；

所述小麦面粉样本为多份，具体可为＞600份；