基于可見_近紅外光譜技術(shù)的葡萄酒真?zhèn)舞b別的研究

1、第第卷，期光譜學(xué)與光譜分析年月，基于可見近紅外光譜技術(shù)的葡萄酒真?zhèn)舞b別的研究郭海霞，王濤，劉洋，吳海云，左月明，宋海燕，賀晉瑜山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，山西太谷山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹研究所，山西太谷摘要研究收集了不同品牌的個葡萄酒樣品，為了消除各光譜基線不同帶來的影響，對所有光譜曲線都進(jìn)行了一階求導(dǎo)，以一階導(dǎo)數(shù)譜線作為有效數(shù)據(jù)，通過獨立主成分（分析可知，前兩個主成分的貢獻(xiàn)）率達(dá)到以上，主成分聚類使得真?zhèn)纹咸丫茦悠访黠@分為兩類；以前四個主成分作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入建立了一個三層人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的識別模型，該模型對葡萄酒樣品的預(yù)測識別率達(dá)到。研究表明，可見近紅外透射光譜結(jié)合主成分分析建立的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型能為快速、無

2、損鑒別葡萄酒真?zhèn)翁峁┮环N準(zhǔn)確可靠的新方法。關(guān)鍵詞葡萄酒；可見近紅外光譜；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；真?zhèn)?；鑒別：（）中圖分類號：，文獻(xiàn)標(biāo)識碼：藥、化工、探礦、紡織等領(lǐng)域。目前可見近紅外光譜技引言近年來，隨著人們經(jīng)濟(jì)條件改善、生活水平提高和消費觀念的改變，葡萄酒以其營養(yǎng)、保健、尊貴、享受的特點越來越受關(guān)注。葡萄酒是以鮮葡萄或葡萄汁為原料，經(jīng)全部或部分發(fā)酵釀制而成的酒精度不低于、含多種營養(yǎng)成分。隨著中國葡萄酒市場和國際市場的接的滋補性高檔酒種術(shù)應(yīng)用于葡萄酒的檢測主要集中在對其酒精含量、含糖量、品種等的分析中，而對葡萄酒的真?zhèn)舞b別尚未見報道。本文基于可見近紅外透射光譜技術(shù)對葡萄酒的真?zhèn)芜M(jìn)行了鑒別，為葡萄酒真?zhèn)蔚目焖贌o

3、損鑒別提供了新方法。實驗部分儀器與樣品）試驗采用美國公司生產(chǎn)（。的便攜式近紅外光譜儀，視場角范圍°樣品為山西太谷怡園酒莊的怡園精選葡萄酒和當(dāng)?shù)爻兴凵綎|煙臺的張裕、長城、威龍等三種品牌葡萄酒及小商假酒）樣品共戶所售的吉林通化聖地葡萄酒（個。隨機(jī)選擇其中各個樣品分別用于訓(xùn)練及測試。光譜采集在測定葡萄酒時采用近紅外透射光譜圖，儀器采集到的是樣品的近紅外透射光譜反射率，在樣品光譜采集時先將每瓶酒搖勻，為了保證樣品數(shù)據(jù)具有代表性，每個樣品掃描三次，取其平均值作為樣品的最終光譜。光譜采集軟件為光，掃描區(qū)域為譜儀自帶軟件，數(shù)據(jù)點的間隔為，采集的光譜數(shù)據(jù)點數(shù)為軌，葡萄酒消費呈快速增長趨勢，據(jù)統(tǒng)計

4、，年中國葡萄酒產(chǎn)量為萬千升，同比增長，長城、張裕、。王朝、威龍等一批強(qiáng)勢品牌已引領(lǐng)國內(nèi)市場焦點訪談曝光河北省昌黎縣年月日，央視葡萄酒制假售假事件，這是繼年月日和年月日之后再次報道的用水和酒精、糖精、香精、色素等添加劑勾兌的所謂原汁葡萄酒。諸如此類的劣質(zhì)葡萄酒冒充品牌葡萄酒銷售，使得近年來國內(nèi)葡萄酒市場局面比較混亂，而中國的葡萄酒業(yè)常用的評判標(biāo)準(zhǔn)只是理化指標(biāo)、衛(wèi)生指標(biāo)以及憑專家經(jīng)驗判斷的感官指標(biāo)，在添加劑方面還沒有明確的規(guī)定，這些都是導(dǎo)致葡萄酒出現(xiàn)質(zhì)量問題的因。素可見近紅外光譜技術(shù)以其快速、高效、無損、低成本的特點，已被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)、食品、飲料、司法、醫(yī)，修訂日期：收稿日期：），山西省高

5、等學(xué)校高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化項目（）和山西省科技攻關(guān)項目（資）基金項目：國家自然科學(xué)基金項目（助：年生，山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院講師作者簡介：郭海霞，女，：通訊聯(lián)系人光譜學(xué)與光譜分析第卷顯分為兩類 。個。在實際測量中，有用信號通常表現(xiàn)為低頻信號或是一些比較平穩(wěn)的信號，而噪音信號則表現(xiàn)為高頻信號。光譜的一階和二階導(dǎo)是光譜分析中常用的基線校正和光譜分辨率預(yù)處，為理方法，導(dǎo)數(shù)光譜可有效消除基線和其他背景的干擾了突出光譜曲線的變化部分、消除各光譜基線不同帶來的影響，對所有光譜曲線都進(jìn)行了一階求導(dǎo)，以一階導(dǎo)數(shù)譜線作為有效的研究曲線。結(jié)果與討論近紅外光譜圖在實驗得到的葡萄酒可見近紅外光譜圖中，由于信息量大，把區(qū)域的光譜

6、作為分析對象，每種葡萄酒任選條譜線，所得光譜圖如圖所示。不同葡萄酒的光譜曲線有明顯的區(qū)別，具有一定的特征性和指紋性，特別是真?zhèn)纹咸丫频淖V線在可見光區(qū)域內(nèi)差異較大，這些差異為葡萄酒的真?zhèn)舞b別奠定了數(shù)學(xué)基礎(chǔ) 。雖然主成分分析能較好的區(qū)分真?zhèn)纹咸丫?，但這只是進(jìn)行了定性分析，下面采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立定量分析的鑒別模型?；谏窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)的模型建立若把全部光譜波段作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，不僅加大神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的計算量，而且某些區(qū)域的光譜信息與樣品的組成或性質(zhì)缺乏一定的相關(guān)性。通過獨立主成分分析可知前四個主成分的貢獻(xiàn)率達(dá)到以上，取前四個主成分作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，建立了一個三層人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入層節(jié)點數(shù)為，網(wǎng)絡(luò)的

7、輸出層節(jié)點數(shù)為，通過多次試驗調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的葡萄酒主成分分析主成分分析是應(yīng)用較為廣泛的數(shù)據(jù)降維方法之一，它在不丟失信息的前提下達(dá)到降維目的，并將多波長下的光譜數(shù)據(jù)壓縮到有限因子空間內(nèi)，盡可能多的消除信息重疊部分，用較少數(shù)目的新變量最大限度的表征原變量的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特。征參數(shù)，當(dāng)調(diào)整隱含層的節(jié)點數(shù)為（即模型結(jié)構(gòu)為時，）得到最優(yōu)化的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及最優(yōu)的預(yù)測模型。它的相關(guān)參數(shù)分別是：最大訓(xùn)練次數(shù)為，訓(xùn)練精度為，傳遞函數(shù)”，訓(xùn)練函數(shù)為“。為“”預(yù)測模型結(jié)果分析討論對個樣品進(jìn)行預(yù)測，經(jīng)過七次訓(xùn)練后結(jié)束，其訓(xùn)練誤差、驗證誤差和測試誤差曲線見圖，可看出測試結(jié)果合理，測試誤差和驗證誤差性質(zhì)相似 。采用主成分分析法對預(yù)處

8、理后的個葡萄酒樣品光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析，前五種主成分的貢獻(xiàn)率見表。獨立主成分貢獻(xiàn)率以上，因此主成分和前兩個主成分的貢獻(xiàn)率達(dá)到主成分可表示原始近紅外光譜的主要信息，根據(jù)主成分和所作的二維散點圖如圖。由圖可直觀地看出真?zhèn)纹咸丫频木酆隙榷己芎?，其中四種品牌葡萄酒聚合分布在坐標(biāo)系第一、三象限上半部分及第二象限，假葡萄酒聚合分布在坐標(biāo)系的第一象限右下方及第四象限，圖說明主成分和的聚類使得葡萄酒樣品明，第期光譜學(xué)與光譜分析樣本（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）真實值預(yù)測值到。結(jié)論為了減小光譜基線漂移的影響，對可見近紅外光譜曲線進(jìn)行了一階求導(dǎo)處理，利用近紅外光譜技術(shù)建立了基于獨立主成分分析和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相

9、結(jié)合的葡萄酒真?zhèn)舞b別模型。用可見近紅外光譜技術(shù)可快速鑒別葡萄酒真?zhèn)?，且采用所建立的模型對樣品的預(yù)測識別率達(dá)到。因此可見近紅外光譜結(jié)合主成分分析建立的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對葡萄酒的真?zhèn)芜M(jìn)行鑒別是可行的，并為葡萄酒真?zhèn)蔚目焖贌o損判別提供了一種新的方法。由于采用透射方法時葡萄酒酒瓶對光譜采集具有一定的影響，對如何消除此影響正在進(jìn)行深入研究。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析所得預(yù)測結(jié)果如表所示。其中設(shè)經(jīng)（，（，（，（定（和）（）（）依次代表怡園精選葡萄酒、長城葡萄酒、張裕葡，萄酒、威龍葡萄酒、假葡萄酒，它們的真實值依次為“”“”，“”，“”。表的預(yù)測結(jié)果顯示，采用獨立主成分和“分析，取前個主成分作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入建立的模型既能

10、鑒別葡萄酒的真?zhèn)?，也能鑒別葡萄酒的品牌，且預(yù)測正確率達(dá)，（，（）：朱濟(jì)義，王振海）中國標(biāo)準(zhǔn)化），（，王華，趙現(xiàn)化，劉晶，等）中國農(nóng)業(yè)科學(xué)），（）：（，（）：武玉濤）邯鄲職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報），（，）：杜學(xué)春，朱孝凱）科技風(fēng)），（，（，（）：鄒小波，趙杰文）光學(xué)學(xué)報），（，（）：劉燕德，陳興苗，歐陽愛國）光學(xué)學(xué)報），（林新，牛智有，劉梅英，等）華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，（）：學(xué)報），（，阿力塔，徐秀廷，宋娟娟，等）分析測試學(xué)報），（）：，（鄒萍，王紹艷，張志強(qiáng)，等）分析測試學(xué)，（）：報），（，修連存，鄭志忠，俞正奎，等）地質(zhì)學(xué)報），（）：，（，（）：褚小立，袁洪福，陸婉珍）化學(xué)進(jìn)展），（，）：周子立，張怡芳，何

11、勇，等）軟件工程師），（，光譜學(xué)與光譜分析第卷；（），；，第十七屆全國分子光譜學(xué)學(xué)術(shù)會議（第一輪通知）第屆全國分子光譜學(xué)術(shù)報告由中國化學(xué)會和中國光學(xué)學(xué)會聯(lián)合主辦，韶關(guān)學(xué)院和韶關(guān)市化學(xué)化工學(xué)會聯(lián)合承辦的“，將于會”年月日在廣東韶關(guān)召開。本次會議是我國分子光譜界的又一次聚會和高水平、高信息容量的學(xué)術(shù)交流。本著繼往開來、與時俱進(jìn)的精神，本次會議將全力展示我國在分子光譜及相關(guān)領(lǐng)域所取得的最新研究進(jìn)展及成果，增進(jìn)廣大分子光譜科學(xué)工作者和支持分子光譜事業(yè)的人們之間的交流與合作，促進(jìn)我國分子光譜事業(yè)的發(fā)展。屆時會議將邀請國內(nèi)外知名專家學(xué)者就分子光譜有關(guān)學(xué)術(shù)領(lǐng)域的前沿?zé)狳c問題作大會報告，同時會議還將組織各類專

12、題討論和學(xué)術(shù)交流。竭誠歡迎全國高等院校、科研機(jī)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)部門從事分子光譜研究和應(yīng)用開發(fā)的同事和朋友們來廣東韶關(guān)參加會議，交流最新研究成果，推進(jìn)分子光譜基礎(chǔ)研究和應(yīng)用技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)和高新技術(shù)開發(fā)中的廣泛應(yīng)用和技術(shù)轉(zhuǎn)化。我們真誠期待著國內(nèi)外同行在年月相聚在美麗的韶關(guān)。征文范圍分子光譜理論研究，紅外光譜、拉曼光譜、熒光光譜、磷光光譜、紫外可見吸收光譜、激光光譜、光譜成像等各類光譜技術(shù)在在物理、化學(xué)、生物、材料科學(xué)、表面界面科學(xué)、醫(yī)藥、環(huán)境、工業(yè)過程、催化學(xué)、地學(xué)、農(nóng)林及其他領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論與應(yīng)用研究的最新科研成果。同時也歡迎相關(guān)的光譜技術(shù)（如質(zhì)譜、核磁共振等）的最新研究成果。論文要求論文內(nèi)容必須是未在期

13、刊雜志上發(fā)表過或其他全國或國際會議宣讀過。用提交論文擴(kuò)展摘要一份，紙張大小用紙版式（軟件排版，頁邊距為，單倍行距）；作者（；單位（三號黑體居中）四號仿宋居中）小四號宋體居中，含所在省市、郵政編擴(kuò)展摘要按以下順序排版：文題（；論文的創(chuàng)新性，研究意義與結(jié)果（；關(guān)鍵詞和主要參考文獻(xiàn)（。文稿中碼、電子郵址（如有）五號宋體）自版芯左起，五號宋體）可穿插主要論據(jù)的圖、表和照片，圖題、圖注和表題、表注一律用英文表述。摘要的字?jǐn)?shù)，包括圖，表，參考文獻(xiàn)，總共不能超過字。光譜學(xué)與光譜分析征稿簡則。稿件一經(jīng)錄用，將由光譜學(xué)與光譜分析以增刊形式發(fā)表具體投稿要求可參看模板及會議論文摘要集。論文截稿日期：年月日，盡量通過

14、電子版，一般不接受手寫稿。論文提交方式：歡迎大家通過網(wǎng)站提交論文，請您注冊登陸中國光譜網(wǎng)（點擊論文提交上傳您的）論文。論文將采用網(wǎng)上評審的方式，你可在網(wǎng)上瀏覽對您論文的評審結(jié)果和修改意見。請您通過電子郵件方式提交論文。請發(fā)往：第十七屆全國分子光譜學(xué)學(xué)術(shù)會議征文”字；若以信件方式投稿，請以掛號郵寄，信封上請注明“樣；收稿地址：郵編廣東省韶關(guān)市湞江區(qū)大塘路九公里，韶關(guān)學(xué)院化學(xué)系，黃冬蘭收。報告形式為充分利用會議時間，提高學(xué)術(shù)交流的效率，本次會議仍采用“口頭報告”和“墻報展示”兩種方法進(jìn)行學(xué)術(shù)交流。無論是口頭報告還是墻報展示，均屬大會同等學(xué)術(shù)交流，無水平高低之分。對內(nèi)容好，制作精良的報展頒發(fā)獎勵。為尊重個人意見和便于組委會的安排，請投稿人注明選擇自己的稿件為“口頭報告”或“墻報”的字樣。在安排“口頭報告”和“墻報”時，將充分考慮作者的意見。同時會議還