專利名稱：一種油菜籽粗蛋白含量快速檢測方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及油菜檢測領(lǐng)域，尤其涉及一種油菜籽粗蛋白含量快速檢測方法及系 統(tǒng)。
背景技術(shù)：
油菜是我國主要的油料作物和蜜源作物之一，油菜籽是制浸油脂原料主要品種之 一，菜籽餅也是很好的飼料原料。油菜的種植面積占全國油料作物總面積的40%以上，產(chǎn) 量占全國食用植物油總產(chǎn)量的60%以上，居世界首位。油菜籽品質(zhì)指標(biāo)的快速評價(jià)和檢測 對油菜種植和生產(chǎn)具有重要意義。油菜籽中的粗蛋白含量是菜籽餅飼料原料的重要品質(zhì)指 標(biāo)。由此，對油菜籽中粗蛋白含量進(jìn)行快速、精確測定，區(qū)分油菜籽的品質(zhì)和菜籽餅飼料原 料的品質(zhì)具有重要意義。傳統(tǒng)的粗蛋白含量檢測方法有凱氏定氮法和托馬斯燃燒法等，這些方法需要對油 菜籽樣本進(jìn)行前期預(yù)處理，所需耗材價(jià)格昂貴，還會(huì)造成一定的環(huán)境污染。可見/近紅外光 譜可以反映物質(zhì)內(nèi)部的有機(jī)成分，特別是C-H、0-H、N-H等基團(tuán)的倍頻和合頻吸收，可用于 定量測定物質(zhì)有機(jī)物質(zhì)的含量。光譜技術(shù)已廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、食品、石油化工、制藥、飼料等 行業(yè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種油菜籽粗蛋白含量快速檢測方法，解決了現(xiàn)有檢測方法需對油 菜籽樣品預(yù)處理，操作復(fù)雜的問題。一種油菜籽粗蛋白含量快速檢測方法，包括以下步驟1)采集波長461nm、676nm、598nm、837nm光波所對應(yīng)的油菜籽的反射率；2)將各反射率分別代入多元線性回歸方程y = -274. 199 λ 1+273. 699 λ 2-278. 75 8 λ 3+23. 241 λ 4+43. 588，計(jì)算得到油菜籽中粗蛋白含量，粗蛋白單位為％ ；方程中y為油菜籽中粗蛋白的含量；A1 入4分別為波長46111111、67611111、59811111、 837nm光波所對應(yīng)的油菜籽的反射率。因?yàn)橛筒俗咽欠峭该鹘橘|(zhì)，當(dāng)光波照射在其表面時(shí)，除部分被吸收外，其余均發(fā)生 反射，而光波吸收的多少(或者反射率)是跟油菜籽內(nèi)部化學(xué)物質(zhì)含量是相關(guān)的，而針對粗 蛋白這類具體物質(zhì)的含量僅僅跟少數(shù)某些特征波長光波的反射率相關(guān)。應(yīng)用連續(xù)投影算法在350 IlOOnm波長范圍內(nèi)進(jìn)行特征波長的選取，得到這些特 征波長分別為461nm、676nm、598nm、837nm。以上述波長的油菜籽反射率值作為輸入變量，以 測量的油菜籽粗蛋白含量為輸出變量作多元線性回歸，得到上述模型方程。本發(fā)明還提供了一種快速檢測油菜籽粗蛋白含量的系統(tǒng)，包括樣品池用于盛裝油菜籽，底面為透明的光學(xué)窗片(11)；光譜采集裝置設(shè)于光學(xué)窗片的正下方，用于采集波長461nm、676nm、598nm、 837nm光波所對應(yīng)的油菜籽的反射率；
處理模塊接收各反射率并代入方程y = "274. 199 A ^273. 699 A 2-278. 758 A 3+2 3. 241 A 4+43. 588，計(jì)算得到油菜籽中粗蛋白含量；方程中y為油菜籽中粗蛋白的含量；Ai 入4分別為波長46111111、67611111、59811111、 837nm光波所對應(yīng)的油菜籽的反射率。優(yōu)選的，所述光譜采集裝置由處于同一平面內(nèi)的光源和與4個(gè)光敏組件組成，光 源與光學(xué)窗片的中心處于同一豎直直線上；所有光敏組件以光源為中心均勻分布，它們所 在的平面與光學(xué)窗片平行，該結(jié)構(gòu)簡單，制造方便。所述的光敏組件優(yōu)選由頂部的濾波片和底部的光敏傳感器組成，結(jié)構(gòu)簡單，制造 方便。優(yōu)選的，上述系統(tǒng)包括用于對光譜采集裝置和處理模塊進(jìn)行供電的電源裝置，便 于攜帶。優(yōu)選的，所述的樣品池上設(shè)有手柄，便于操作使用和集成。優(yōu)選的，所述的光譜采集裝置通過設(shè)于手柄內(nèi)部的USB接口數(shù)據(jù)線與處理模塊連 接，外形美觀，組裝方便。本發(fā)明具有的有益效果是(1)實(shí)現(xiàn)了油菜籽中粗蛋白含量的快速準(zhǔn)確檢測，具有實(shí)時(shí)性，快速、簡便的特占.
^ \\\ (2)采用少數(shù)特征波長進(jìn)行多元線性回歸分析，檢測快速，抗干擾能力強(qiáng)；(3)該檢測裝置采用非接觸式分析技術(shù)，不需經(jīng)過化學(xué)處理等過程，檢測過程不產(chǎn) 生任何污染，且對被測油菜籽不會(huì)有任何損害和影響。本發(fā)明主要用于通過特征波長快速準(zhǔn)確檢測油菜籽粗蛋白含量，檢測快速準(zhǔn)確， 大大縮短了檢測的時(shí)間，減少了環(huán)境污染，降低了檢測成本。


圖1為本發(fā)明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1所示系統(tǒng)的俯視圖；圖3為圖1所示系統(tǒng)中光敏組件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明建模集樣本預(yù)測結(jié)果散點(diǎn)分布圖；圖5為本發(fā)明預(yù)測集樣本預(yù)測結(jié)果散點(diǎn)分布圖。
具體實(shí)施例方式如圖1、2和3所示，一種快速檢測油菜籽粗蛋白含量的系統(tǒng)，包括樣品池1、光譜采 集裝置2以及處理模塊3，其中樣品池1的底面為透明的光學(xué)窗片11，保證其不吸光，不影 響反射率檢測。樣品池1上還設(shè)有手柄4，便于使用，同時(shí)光譜采集裝置2通過手柄4內(nèi)的USB接 口數(shù)據(jù)線與處理模塊3連接。處理模塊3固定在手柄4上。它以單片機(jī)為核心，還包括存 儲(chǔ)器、顯示器等。為了達(dá)到便攜使用的目的，在手柄4上還固定由蓄電池和穩(wěn)壓器組成的電 源裝置，為光譜采集裝置2和處理模塊供電。光譜采集裝置2位于光學(xué)窗片11的正下方，它由處于同一平面的光源21和4個(gè)光敏組件22組成，光源能發(fā)出波長350 llOOnm范圍的光強(qiáng)恒定連續(xù)光，它與光學(xué)窗片11 的中心處于同一豎直直線上。光敏組件22由頂層的濾波片221和底部的光敏傳感器222 組成，所有光敏組件22以光源21為中心均勻分布。光敏傳感器222和濾波片221主要用于采集特征波長的光波的反射率，所謂特征 波長的光波是指其反射率與油菜籽內(nèi)部粗蛋白含量相關(guān)的那些光波，這些光波可通過連續(xù) 投影算法得到，本發(fā)明特征波長分別為461nm、676nm、598nm、837nm，而4個(gè)光敏組件分別接 收該4種波長的光波。本發(fā)明先測定225份油菜籽樣本在波長461nm、676nm、598nm、837nm處的反射率 值，然后隨機(jī)選擇150份樣本作為建模集樣本，其余75份作為預(yù)測集樣本，同時(shí)利用傳統(tǒng)方 法檢測225份油菜籽的粗蛋白含量，以建模集樣本的反射率值作為輸入變量，以實(shí)測值作 為輸出變量，通過多元線性回歸方法(Multiple linear regressior^MLR)得到如下多元線 性回歸方程y = -274. 199 入,+21 ,. 699 入 2_278. 758 入 3+23. 241 入 4+43. 588。方程中y為油菜籽中粗蛋白的含量；、 入4分別為波長46111111、67611111、59811111、 837nm光波所對應(yīng)的油菜籽的反射率。然后利用上述多元線性回歸方程對建模集樣本和預(yù)測集樣本的粗蛋白含量進(jìn)行 預(yù)測，并對預(yù)測結(jié)果進(jìn)行評價(jià)。評價(jià)指標(biāo)中相關(guān)系數(shù)和斜率越接近于1，均方根誤差、偏差的 絕對值和截距的絕對值越小，說明模型預(yù)測性能越好。預(yù)測結(jié)果如下表所示 對建模集和預(yù)測集進(jìn)行預(yù)測，油菜籽粗蛋白含量的預(yù)測值與真實(shí)化學(xué)方法測量值 之間的相關(guān)系數(shù)均大于0. 95，獲得了滿意的預(yù)測精度。對建模集和預(yù)測集樣本預(yù)測結(jié)果的 散點(diǎn)分布圖如圖4和圖5所示，圖中樣本靠近分布于回歸直線兩側(cè)，具有很好的線性預(yù)測結(jié) 果。上述結(jié)果說明應(yīng)用本發(fā)明的方法能夠快速準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)油菜籽粗蛋白含量的檢測。上述裝置檢測油菜籽粗蛋白含量方法如下將油菜籽放置于樣品池1中，然后打開光源21垂直照射光學(xué)窗片11，光敏傳感器 222通過濾波片221只接收特定波長的反射光，光敏傳感器221根據(jù)光源21的原始光強(qiáng)以 及反射光的光強(qiáng)換算得到特征波長的光波反射率，單片機(jī)通過數(shù)據(jù)線接收到這些反射率數(shù) 值，代入線性回歸方程中，計(jì)算得到油菜籽粗蛋白含量。
權(quán)利要求
一種油菜籽粗蛋白含量快速檢測方法，包括以下步驟(1)采集波長461nm、676nm、598nm、837nm光波所對應(yīng)的油菜籽的反射率；(2)將各反射率分別代入多元線性回歸方程y＝ 274.199λ1+273.699λ2 278.758λ3+23.241λ4+43.588，計(jì)算得到油菜籽中粗蛋白含量；方程中y為油菜籽中粗蛋白的含量；λ1～λ4分別為波長461nm、676nm、598nm、837nm光波所對應(yīng)的油菜籽的反射率。
2.一種快速檢測油菜籽粗蛋白含量的系統(tǒng)，其特征在于，包括樣品池(1)用于盛裝油菜籽，底面為透明的光學(xué)窗片(11)；光譜采集裝置(2):設(shè)于光學(xué)窗片(11)的正下方，用于采集波長461nm、676nm、598nm、 837nm光波所對應(yīng)的油菜籽的反射率；處理模塊(3)接收各反射率并代入方程:y = -274. 199入,+21 ,. 699入2_278. 758入3+2 3. 241 A 4+43. 588，計(jì)算得到油菜籽中粗蛋白含量；方程中y為油菜籽中粗蛋白的含量；A工 入4分別為波長461nm、676nm、598nm、837nm 光波所對應(yīng)的油菜籽的反射率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的光譜采集裝置(2)由處于同一平 面內(nèi)的光源(21)和4個(gè)光敏組件(22)組成，光源(21)與光學(xué)窗片(11)的中心處于同一 豎直直線上；所有光敏組件(22)以光源為中心均勻分布，它們所在的平面與光學(xué)窗片(11) 平行。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的光敏組件(22)由頂部的濾波片 (221)和底部的光敏傳感器(222)組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于包括為光譜采集裝置(2)和處理模塊(3) 供電的電源裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的樣品池(1)上設(shè)有手柄(4)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的光譜采集裝置(2)通過設(shè)于手柄 (4)內(nèi)部的USB接口數(shù)據(jù)線與處理模塊(3)連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種油菜籽粗蛋白含量快速檢測方法，包括以下步驟1)采集波長461nm、676nm、598nm、837nm光波所對應(yīng)的油菜籽的反射率；2)將各反射率分別代入多元線性回歸方程y＝-274.199λ1+273.699λ2-278.758λ3+23.241λ4+43.588，計(jì)算得到油菜籽中粗蛋白含量；方程中y為油菜籽中粗蛋白的含量；λ1～λ4分別為波長461nm、676nm、598nm、837nm光波所對應(yīng)的油菜籽的反射率。本發(fā)明主要用于通過特征波長快速準(zhǔn)確檢測油菜籽粗蛋白含量，檢測快速準(zhǔn)確，大大縮短了檢測的時(shí)間，減少了環(huán)境污染，降低了檢測成本。
文檔編號(hào)G01N21/55GK101893565SQ20101021898
公開日2010年11月24日 申請日期2010年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月5日
發(fā)明者何勇, 劉飛, 孔汶汶 申請人:浙江大學(xué)