基于味覺嗅覺指紋圖譜檢測不同成熟度柑橘品質(zhì)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于味覺嗅覺指紋圖譜快速檢測不同成熟度柑橘品質(zhì)的方法，直 接對不同成熟度的柑橘進(jìn)行品質(zhì)評定，是一種便捷、客觀、快速的檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 中國是柑橘的重要原產(chǎn)地之一，柑橘資源豐富，品種繁多，有悠久的栽培歷史。在 最完全成熟時，柑橘果皮鮮艷，果實飽滿，風(fēng)味濃甜，達(dá)到了完熟指標(biāo)。但是未成熟的果實中 總酸含量高，長鏈淀粉未完全轉(zhuǎn)化，果實的適口性欠佳，且在后期貯藏期間易失水、風(fēng)味欠 佳。但是過成熟的果實過分成熟，不耐貯運，影響樹體營養(yǎng)積累，影響下年的產(chǎn)量。
[0003]對柑橘成熟度的評定的主要方法有：（1)果實生長日數(shù)；（2)果實顏色、果肉硬度；
[3] 果實脫落難易以及種子成熟度。在生產(chǎn)實踐中，確定果實的成熟度不能僅僅靠某一項 指標(biāo)，必須是綜合考慮。但是這些方法比較偏面，同時不能檢測出果實的內(nèi)部品質(zhì)。近些年 來，對成熟果實的品質(zhì)嘗試用客觀的儀器檢測例如氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（GC-MS)、核磁 共振成像、高效液相色譜（HPLC)等。但是這些方法存在費用昂貴、檢測周期長、對檢測環(huán)境 和實驗人員的素質(zhì)要求高等問題。
[0004] 電子鼻又稱氣味掃描儀，以特定的傳感器和模式識別系統(tǒng)快速提供被測樣品的整 體信息，對一些成分含量進(jìn)行快速定性定量。電子舌是用類脂膜作為味覺傳感器，以類似人 的味覺感受方式檢測味覺物質(zhì)，具有高靈敏度、可靠性、重復(fù)性，可以對樣品進(jìn)行量化分析。 電子鼻和電子舌采用了人工智能技術(shù)，實現(xiàn)了由儀器"嗅覺"和"味覺"對產(chǎn)品進(jìn)行客觀分 析。電子鼻和電子舌作為一種便捷、客觀的品質(zhì)檢測方法，在食品領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前 景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對上述問題，本發(fā)明提供一種基于味覺嗅覺指紋圖譜快速檢測不同成熟度柑橘 品質(zhì)的方法，目的在于建立一個便捷、客觀、快速的對不同成熟度的柑橘品質(zhì)檢測的預(yù)測模 型，具有較高的推廣及應(yīng)用價值。
[0006] 本發(fā)明解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是：一種基于味覺嗅覺指紋圖譜檢測不同 成熟度柑橘品質(zhì)的方法，包括以下步驟：
[0007] (1)將不同成熟度的柑橘表面處理干凈，去皮、榨汁、過濾，取純柑橘汁分別作為電 子鼻實驗和電子舌實驗的樣品果汁；
[0008] (2)電子鼻實驗：將柑橘汁放于密封容器中，在室溫下密封，靜置一段時間使密封 容器中的頂空氣體達(dá)到飽和，抽取頂空氣體到電子鼻系統(tǒng)中，電子鼻的檢測時間為80s、清 洗時間為40s、氣體流速為200ml/min;當(dāng)電子鼻內(nèi)置泵將氣體吸入傳感器陣列通道內(nèi)，傳 感器與抽取的頂空氣體發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生傳感器信號；所述傳感器信號是傳感器接觸頂空氣體 的電導(dǎo)率G與傳感器在經(jīng)過校準(zhǔn)氣體時的電導(dǎo)率&的比值，即G/G。；
[0009] (3)電子舌實驗：將柑橘汁放于電子舌專用燒杯中，電子舌傳感器陣列與樣品果 汁接觸，設(shè)置檢測時間不少于30s，每次檢查后進(jìn)行一次清洗，果汁中不同風(fēng)味物質(zhì)在傳感 器表面轉(zhuǎn)化為可測量的電信號；產(chǎn)生的信號被送到信號調(diào)理單元進(jìn)行放大、濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換 處理后，得到傳感器陣列響應(yīng)值；將電子鼻、電子舌得到的原始數(shù)據(jù)分別進(jìn)行Min-max標(biāo)準(zhǔn) 化或Z-score標(biāo)準(zhǔn)化或Decimal scaling預(yù)處理，在數(shù)據(jù)預(yù)處理后直接進(jìn)行矩陣融合；
[0010] (4)將分別經(jīng)過Min-max標(biāo)準(zhǔn)化或Z-score標(biāo)準(zhǔn)化或Decimalscaling預(yù)處理后 的電子鼻數(shù)據(jù)、電子舌數(shù)據(jù)、以及融合后的數(shù)據(jù)，導(dǎo)入到SPSS軟件中，進(jìn)行逐步判別分析。
[0011] (5)在Mat lab中，根據(jù)步驟3得到的電子鼻數(shù)據(jù)、電子舌數(shù)據(jù)、以及融合后的數(shù)據(jù)， 分別建立基于電子鼻數(shù)據(jù)、電子舌數(shù)據(jù)、以及融合數(shù)據(jù)的隨機森林模型；這個隨機森林模型 通過自助法（boot-strap)重采樣技術(shù)，不斷生成訓(xùn)練樣本和測試樣本，由訓(xùn)練樣本生成若 干決策樹，從而建立隨機森林模型；
[0012] (6)在隨機森林模型中，對決策樹的樹節(jié)點的變量個數(shù)以及隨機森林中決策樹的 個數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，測試結(jié)果由決策樹投票結(jié)果的平均值而定；
[0013] (7)將成熟度未知的柑橘通過步驟1-4得到電子鼻數(shù)據(jù)、電子舌數(shù)據(jù)、聯(lián)合數(shù)據(jù)， 將這些數(shù)據(jù)分別導(dǎo)入步驟6得到的隨機森林模型，最終預(yù)測得到柑橘成熟度。
[0014] 所述步驟2中：將10g柑橘汁放于500ml的燒杯中，用雙層保鮮膜進(jìn)行密封，在室 溫下靜置30min，使燒杯中的頂空氣體達(dá)到飽和，進(jìn)行電子鼻檢測。
[0015] 所述步驟3中：將80ml柑橘汁放于電子舌專用100ml燒杯中，電子舌傳感器陣列 與樣品果汁接觸，設(shè)置檢測時間為120s，每次檢查后進(jìn)行一次清洗，清洗時間為10s，果汁 中不同風(fēng)味物質(zhì)在傳感器表面轉(zhuǎn)化為可測量的電信號；產(chǎn)生的信號被送到信號調(diào)理單元進(jìn) 行放大、濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換處理后，得到傳感器陣列響應(yīng)值。
[0016] 所述步驟4中，所述Min-max標(biāo)準(zhǔn)化處理如下：
[0017] y=(x-xmin)/(xmin_x max)
[0018] 其中，y表示Min-max標(biāo)準(zhǔn)化后的變量值；
[0019] x為實際變量值；
[0020] xmin、xmax分別為樣本的最大值和最小值；
[0021] 所述Z-score標(biāo)準(zhǔn)化處理如下：
【主權(quán)項】
1. 一種基于味覺嗅覺指紋圖譜檢測不同成熟度巧橘品質(zhì)的方法，其特征在于，該方法 包括如下步驟： (1) 將不同成熟度的巧橘表面處理干凈，去皮、棒汁、過濾，取純巧橘汁分別作為電子鼻 實驗和電子舌實驗的樣品果汁； (2) 電子鼻實驗；將巧橘汁放于密封容器中，在室溫下密封，靜置一段時間使密封容器 中的頂空氣體達(dá)到飽和，抽取頂空氣體到電子鼻系統(tǒng)中，電子鼻的檢測時間為80s、清洗時 間為40s、氣體流速為200ml/min;當(dāng)電子鼻內(nèi)置累將氣體吸入傳感器陣列通道內(nèi)，傳感器 與抽取的頂空氣體發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生傳感器信號；所述傳感器信號是傳感器接觸頂空氣體的電 導(dǎo)率G與傳感器在經(jīng)過校準(zhǔn)氣體時的電導(dǎo)率G。的比值，即G/G。； (3) 電子舌實驗；將巧橘汁放于電子舌專用燒杯中，電子舌傳感器陣列與樣品果汁接 觸，設(shè)置檢測時間不少于30s，每次檢查后進(jìn)行一次清洗，果汁中不同風(fēng)味物質(zhì)在傳感器表 面轉(zhuǎn)化為可測量的電信號；產(chǎn)生的信號被送到信號調(diào)理單元進(jìn)行放大、濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換處理 后，得到傳感器陣列響應(yīng)值；將電子鼻、電子舌得到的原始數(shù)據(jù)分別進(jìn)行Min-max標(biāo)準(zhǔn)化或 Z-score標(biāo)準(zhǔn)化或Decimalscaling預(yù)處理，在數(shù)據(jù)預(yù)處理后直接進(jìn)行矩陣融合； (4)將分別經(jīng)過Min-max標(biāo)準(zhǔn)化或Z-score標(biāo)準(zhǔn)化或Decimal scaling標(biāo)準(zhǔn)化后的電 子鼻數(shù)據(jù)、電子舌數(shù)據(jù)W及融合后的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到SPSS軟件中，進(jìn)行逐步判別分析； 妨在Matlab中，根據(jù)步驟3得到的電子鼻數(shù)據(jù)、電子舌數(shù)據(jù)化及融合后的數(shù)據(jù)，分別 建立基于電子鼻數(shù)據(jù)、電子舌數(shù)據(jù)W及融合數(shù)據(jù)的隨機森林模型；該個隨機森林模型通過 自助法化oot-strap)重采樣技術(shù)，不斷生成訓(xùn)練樣本和測試樣本，由訓(xùn)練樣本生成若干決 策樹，從而建立隨機森林模型； (6) 在隨機森林模型中，對決策樹的樹節(jié)點的變量個數(shù)W及隨機森林中決策樹的個數(shù) 進(jìn)行優(yōu)化，測試結(jié)果由決策樹投票結(jié)果的平均值而定； (7) 將成熟度未知的巧橘通過步驟1-4得到電子鼻數(shù)據(jù)、電子舌數(shù)據(jù)、聯(lián)合數(shù)據(jù)，將該 些數(shù)據(jù)分別導(dǎo)入步驟6得到的隨機森林模型，最終預(yù)測得到巧橘成熟度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于味覺嗅覺指紋圖譜檢測不同成熟度巧橘品質(zhì)的方 法，其特征在于，所述步驟2中：將lOg巧橘汁放于500ml的燒杯中，用雙層保鮮膜進(jìn)行密 封，在室溫下靜置30min，使燒杯中的頂空氣體達(dá)到飽和，進(jìn)行電子鼻檢測。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于味覺嗅覺指紋圖譜檢測不同成熟度巧橘品質(zhì)的方 法，其特征在于，所述步驟3中：將80ml巧橘汁放于電子舌專用100ml燒杯中，電子舌傳 感器陣列與樣品果汁接觸，設(shè)置檢測時間為120s，每次檢查后進(jìn)行一次清洗，清洗時間為 10s，果汁中不同風(fēng)味物質(zhì)在傳感器表面轉(zhuǎn)化為可測量的電信號；產(chǎn)生的信號被送到信號調(diào) 理單元進(jìn)行放大、濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換處理后，得到傳感器陣列響應(yīng)值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于味覺嗅覺指紋圖譜檢測不同成熟度巧橘品質(zhì)的方 法，其特征在于，所述步驟4中，所述Min-max標(biāo)準(zhǔn)化處理如下： y= (X-Xm化)/(Xm化-Xmax) 其中，y表示Min-max標(biāo)準(zhǔn)化后的變量值； X為實際變量值； 分別為樣本的最大值和最小值； 所述z-score標(biāo)準(zhǔn)化處理如下； z=(.V - .v)/SD 其中，z表示z-score標(biāo)準(zhǔn)化后的變量值； X為實際變量值； SD為標(biāo)準(zhǔn)差； 所述Decimalscaling標(biāo)準(zhǔn)化如下； X，=x/ (10*j) 其中，X'表示Decimalscaling標(biāo)準(zhǔn)化后的變量值；X為實際變量值； j為滿足條件的最小整數(shù)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于味覺嗅覺指紋圖譜檢測不同成熟度柑橘品質(zhì)的方法。將柑橘洗凈，去皮、榨汁、取果汁。電子鼻實驗：將過濾后的柑橘汁放于密封容器中，靜置，電子鼻對頂空氣體進(jìn)檢測，從嗅覺指紋圖譜中提取特征數(shù)據(jù)作為電子鼻部分的原始數(shù)據(jù)。電子舌實驗：將過濾后的柑橘汁放于電子舌專用燒杯中，將電子舌傳感器陣列與樣品液接觸，產(chǎn)生傳感器響應(yīng)信號，從味覺指紋圖譜中提取特征數(shù)據(jù)作為電子舌部分的原始數(shù)據(jù)。對來自不同系統(tǒng)的響應(yīng)值進(jìn)行三種不同預(yù)處理方法進(jìn)行處理，從而提高模型的泛化能力。本發(fā)明實現(xiàn)了味覺、嗅覺指紋圖譜的高效數(shù)據(jù)融合，直接對不同成熟度的柑橘進(jìn)行品質(zhì)評定和預(yù)測，便捷、客觀、快速，具有較高的推廣及應(yīng)用價值。
【IPC分類】G01N27-12, G01N27-00
【公開號】CN104849318
【申請?zhí)枴緾N201510227723
【發(fā)明人】王俊, 裘姍姍
【申請人】浙江大學(xué)
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年5月6日