枸杞是我國(guó)一味傳統(tǒng)的藥食同源的食療佳品。枸杞富含多種生物活性成分，具有補(bǔ)肝益腎、明目、抗衰老、抗氧化等功效。在中國(guó)，枸杞以寧夏中寧枸杞品質(zhì)最好，有著“中寧枸杞甲天下”的美譽(yù)。本文介紹了高光譜成像儀在寧夏枸寧夏杞產(chǎn)地溯源鑒別中的應(yīng)用。
寧夏枸杞產(chǎn)地溯源鑒別的重要性：
寧夏枸杞是茄科枸杞屬的多年生灌木，營(yíng)養(yǎng)豐富且具有藥用價(jià)值，被稱為“藥食同源”水果"。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(bǔ)腎等多方面功效。我國(guó)枸杞種植面積廣泛，主要分布在寧夏、內(nèi)蒙古、新疆、甘肅等地，其中寧夏枸杞是唯一被收錄于《中華人民共和國(guó)藥典》的枸杞品種。隨著人們生活水平的不斷改善以及保健意識(shí)的增強(qiáng)，寧夏枸杞因具有肉質(zhì)飽滿、甘甜、色艷、含糖量低等優(yōu)點(diǎn)受到消費(fèi)者的喜愛。但品質(zhì)優(yōu)良的寧夏枸杞產(chǎn)量有限，導(dǎo)致一部分不良商販濫用其他產(chǎn)區(qū)的枸杞冒充寧夏優(yōu)質(zhì)枸杞以假亂真，嚴(yán)重?cái)_亂寧夏枸杞交易市場(chǎng)。
傳統(tǒng)的枸杞產(chǎn)地溯源檢測(cè)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(shí)且具有破壞性。因此，迫切需要一種經(jīng)濟(jì)、高效、快速且無(wú)損的檢測(cè)方法。近紅外光譜作為一種快速、無(wú)損檢測(cè)食品化學(xué)質(zhì)量屬性的技術(shù)已被廣泛使用。然而，近紅外光譜是一種點(diǎn)測(cè)量技術(shù)，在某些情況下由于樣品的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，獲得的光譜信息可能不足或不能代表整個(gè)樣品。高光譜成像技術(shù)將光譜和成像技術(shù)相融合，同時(shí)獲取光譜和空間信息的特殊優(yōu)勢(shì)備受食品行業(yè)研究人員的青睞。
高光譜成像儀在寧夏枸杞產(chǎn)地溯源鑒別中的應(yīng)用：
近年來(lái)，采用高光譜成像技術(shù)對(duì)枸杞產(chǎn)地溯源鑒的實(shí)時(shí)和無(wú)損檢測(cè)的大量研究，相比較于物理化學(xué)法，高光譜成像技術(shù)具有快速、無(wú)損、成本低和預(yù)測(cè)準(zhǔn)確特點(diǎn)，在很多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。采用高光譜成像技術(shù)獲得的數(shù)據(jù)，圖像上的每一個(gè)像素點(diǎn)包含全波長(zhǎng)范圍的光譜信息，可以具體到單個(gè)像素級(jí)別的分析，大大提高了分析精細(xì)度，可以根據(jù)需要，在整個(gè)對(duì)象的面上尋找提取感興趣區(qū)域，獲得對(duì)象的光譜數(shù)據(jù)，而采用近紅外光譜分析技術(shù)嚴(yán)格意義上說(shuō)，只能提取對(duì)象單個(gè)小區(qū)域的平均光譜數(shù)據(jù)，不能同時(shí)提取對(duì)象整個(gè)面上區(qū)域的光譜數(shù)據(jù)。高光譜成像技術(shù)具有圖像分析技術(shù)和光譜分析技術(shù)的雙重優(yōu)點(diǎn)，在枸杞產(chǎn)地溯源鑒別領(lǐng)域具有非常大的潛力，其可以獲取樣品的高光譜圖像數(shù)據(jù)，高光譜數(shù)據(jù)塊是一種三維數(shù)據(jù)，在每個(gè)波長(zhǎng)上都有一幅灰度圖像與之對(duì)應(yīng)，在圖像上每個(gè)像素點(diǎn)都包括全譜波長(zhǎng)信息。通過(guò)高光譜技術(shù)采集的光譜信息，提起特征波長(zhǎng)，然后建立預(yù)測(cè)模型，就可以對(duì)枸杞的產(chǎn)地進(jìn)行鑒別。具體步驟如下：
1.樣品準(zhǔn)備
挑選大小、顏色均勻的枸杞，并剔除表面有明顯缺陷、有蟲眼、干枯的劣質(zhì)枸杞。對(duì)樣品根據(jù)產(chǎn)地進(jìn)行分組，并進(jìn)行編號(hào)。
2.高光譜數(shù)據(jù)采集
將儀器按照規(guī)定進(jìn)行校正后，進(jìn)行光譜數(shù)據(jù)的采集，采集時(shí)測(cè)試鏡頭的距離要與樣品表面保持適當(dāng)?shù)木嚯x。另外，為了捕捉到清晰的枸杞性狀，需要對(duì)圖像的分辨率進(jìn)行設(shè)置，讓后進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，得到三維光譜圖像數(shù)據(jù)。
3.光譜數(shù)據(jù)的提取
利用ROI工具對(duì)每個(gè)樣品進(jìn)行感興趣區(qū)域的提取，計(jì)算每個(gè)波段的區(qū)域內(nèi)平均反射率，導(dǎo)出保存，作為樣品的原始光譜數(shù)據(jù)，用作后續(xù)數(shù)據(jù)處理。
4.光譜數(shù)據(jù)預(yù)處理
光譜數(shù)據(jù)中除了包含樣品的組分信息外，還夾雜著環(huán)境噪聲、雜散光、樣品背景等不相關(guān)信息。因此為了減小或消除這些無(wú)用信息的影響，提高檢測(cè)模型的精度和穩(wěn)定性，建模前需要對(duì)原始光譜進(jìn)行預(yù)處理。
5.特征波長(zhǎng)選取
高光譜數(shù)據(jù)中包含大量的冗余信息，需要提取出最小冗余新變量消除數(shù)據(jù)間的共線性和重疊問題，提高模型的運(yùn)行效率和模型的可解釋性。
6.模型的建立與評(píng)價(jià)
根據(jù)特征波長(zhǎng)選取方法的不同，可以建立多元化枸杞產(chǎn)地溯源判斷的預(yù)測(cè)模型，通過(guò)預(yù)測(cè)模型就可以對(duì)枸杞的產(chǎn)地進(jìn)行判斷，進(jìn)而對(duì)其產(chǎn)地進(jìn)行溯源鑒定。
