基于高光譜成像技術(shù)的枸杞產(chǎn)地鑒別

近代藥理研究表明，枸杞子具有延緩衰老、降血糖、降血脂、降血壓、免疫調(diào)節(jié)、益精明目、滋陰補腎等多方面功效。而枸杞的各產(chǎn)地中，寧夏枸杞因其特有的感官品質(zhì)和藥用價值，但產(chǎn)量有限，導(dǎo)致市場上假冒寧夏枸杞產(chǎn)品現(xiàn)象頻發(fā)。因此，快速鑒別枸杞產(chǎn)地對生產(chǎn)者、消費者和市場經(jīng)濟(jì)至關(guān)重要。

1、基于高光譜成像系統(tǒng)檢測

傳統(tǒng)的枸杞產(chǎn)地溯源檢測方法，包括高效液相色譜法、碳同位素分析和電子鼻，而這些技術(shù)成本高昂、耗時且具有破壞性。因此，迫切需要一種經(jīng)濟(jì)高效、快速且無損的檢測方法。近紅外光譜作為一種快速、無損檢測食品化學(xué)質(zhì)量屬性的技術(shù)已被廣泛使用。

采用400~1000nm范圍內(nèi)的高光譜成像系統(tǒng)結(jié)合化學(xué)計量學(xué)方法對不同產(chǎn)地枸杞進(jìn)行檢測鑒別。

2、光譜信息提取

感興趣區(qū)域（ROI）的光譜信息提取的主要步驟如圖2所示。為了選擇單個枸杞樣品作為ROI，首先對原始高光譜圖像進(jìn)行分水嶺分割、腐蝕、膨脹處理（圖2a），二值化生成掩膜并分割得到單個枸杞的原始光譜圖像（圖2b）。然后選取圖像中反射率最高和最低的兩個波段（885.89nm和417.49nm）進(jìn)行波段運算，從而得到枸杞樣品與背景特征具有高對比度的灰度圖像（圖2c）。在生成的圖像中，通過將反射閾值設(shè)置為0.15得到二值化的掩膜圖像（圖2d），應(yīng)用掩膜圖像將背景去除得到僅有枸杞的高光譜圖像（圖2e）。提取感興趣區(qū)域的平均光譜作為對應(yīng)樣品的反射光譜(圖2f)。

3、可視化碰傷等級圖像

圖3顯示了從校準(zhǔn)高光譜圖像中提取的五種不同產(chǎn)地枸杞樣品的光譜曲線以及平均光譜曲線。五種不同產(chǎn)地枸杞樣品之間的光譜曲線表現(xiàn)出相似的輪廓，主要源于枸杞內(nèi)部組織共性所致，而反射率的強度差異主要受到其內(nèi)部化學(xué)成分含量影響。多糖、黃酮、總糖和多酚是枸杞主要的活性成分，這些成分在不同產(chǎn)地的枸杞樣品中含量不同。從圖3b中可以看出，在550~700nm的波段區(qū)域，各產(chǎn)地枸杞的平均光譜反射強度開始有所不同，且呈現(xiàn)出明顯的上升趨勢，表明紅色波段內(nèi)存在的顏色分量差異較為明顯。在450nm附近的反射峰主要與枸杞中的酚類物質(zhì)阿魏酸相關(guān)。550nm的波谷是總糖的有效波長，而在560nm附近的吸收峰與枸杞表面葉綠素和類胡蘿卜素的吸收帶相關(guān)。在近紅外區(qū)域，黃酮的有效波段為800~900nm，而在860nm附近的吸收峰為枸杞黃酮的有效波長。

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審核編輯 黃宇