[发明专利]一种基于信息融合的小麦粉粉质参数快速检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及近红外光谱快速检测领域，特别涉及一种基于信息融合的小麦粉粉质参数快速检测方法。

背景技术

我国不仅是小麦生产大国，也是小麦食品消费大国。面团是指小麦粉和水混合后，经过适当揉混而形成的具有黏弹性物质。面团的形成是面制品生产过程中的重要工序，它的质量直接影响面制品的品质。通过对面团流变特性的测定可以了解小麦粉的品质，对指导小麦品质改良、区分不同品种面粉的用途、制定各种专用粉标准、保证面粉质量的稳定、指导食品加工等，都有十分重要的意义。粉质仪是评价面团流变学特性最常用的仪器，将小麦粉在粉质仪中加水揉和后，通过电子测力和记录装置记录面团揉和过程中混合搅拌刀所受到的综合阻力随搅拌时间的变化规律，从记录的揉和性能粉质曲线计算出小麦粉吸水量、面团的形成时间、稳定时间和弱化度等评价指标，可以综合评价小麦粉的和面流变特性，作为分析面团形成和发展过程中的特性变化的依据。

采用传统的布拉班德粉质仪检测面团的粉质特性，检测过程非常耗时、对仪器维护水平要求高、操作过程有很强的经验性，初次操作者很难取得良好的测定结果；同时，测定结果的重复性差，波动较大，因此开发能替代传统标准方法的、更为快捷、稳定的小麦粉粉质参数测定方法意义重大。

红外光谱（Infrared spectra，IR）分析技术是近年来在现代物理学、电子学、计算机技术、信息处理技术等学科的基础上发展起来的一门综合性技术。红外光谱指以连续波长的红外光源照射样品所测得的吸收光谱，它是由于分子发生振动能级的跃迁而产生的。当红外光照射分子时，引起分子振动和转动能级跃迁，所以红外光谱又称分子振动光谱。红外光区又可以分为：近红外区（NIR）、中红外区（MIR）和远红外区。信息融合的本质是把从不同空间或时间上获得的多个来源的同质或异构信息进行不同抽象层次的合并或集成，以得到有关实体、关系或事件的更完整、更精确、更可靠的信息或推论。不同来源的信息存在冗余性，这种冗余信息适当融合可以在总体上降低信息的不确定性；不同来源的信息存在互补性，经过适当处理，可以补偿单一传感器的不准确性和测量范围的局限性。信息融合技术已成功应用于食品产地鉴别、掺假鉴别、品质分析等各领域，但对于小麦粉粉质参数检测方面，尚未有报道。

发明内容

本发明公开了一种利用信息融合技术对小麦粉粉质参数速检测的方法，该方法采用信息融合技术，通过融合小麦粉近红外光谱与中红外光谱中的有用信息并建立预测模型，从而对小麦粉粉质参数进行快速检测，该方法操作简单易行，检测快速，准确率高。

本发明提供的快速检测方法，包括以下步骤：

（1）小麦粉样品收集及近红外光谱、中红外光谱采集：收集一定数量的有代表性的小麦粉样品，使用红外光谱仪对小麦粉的近红外光谱及中红外光谱进行采集，并进行光谱预处理；

（2）采用国标法测定小麦粉的粉质参数，所述粉质参数包括吸水量、形成时间、稳定时间、弱化度；

（3）采用前向区间信息融合变量筛选算法对近红外光谱及中红外光谱中的变量特征区间进行选择，并进行信息融合后，建立小麦粉粉质参数（吸水量、形成时间、稳定时间、弱化度）预测模型；

（4）提取未知小麦粉样品相应光谱区间的光谱数据，根据所得到的模型，对未知小麦粉样品的粉质参数进行预测。

进一步，步骤（1）中，小麦粉样品的数量不少于80个，并随机划分为校正集与验证集。

进一步，步骤（1）中，近红外光谱扫描范围为12500 ~ 3300 cm^-1，分辨率8 cm^-1，扫描次数16次；中红外光谱采用压片法获取，将小麦粉样品与无水KBr按1:25比例研磨并进行压片，中红外光谱扫描范围4000 ~ 450 cm^-1，扫描次数20次，分辨率1 cm^-1，扫描时即时去除水分和CO₂的背景干扰。所有仪器使用前需预热1h，扫描过程中保持室温25 ℃，并严格控制室内湿度，保持环境一致。

进一步，步骤（1）中，在模型校正前，光谱数据应经过预处理，光谱预处理可以使用一阶导数、二阶导数、平滑处理、标准正态变量变换、多元散射校正等其中的一种或多种联用。

进一步，步骤（3）中前向区间信息融合算法的步骤为：

① 将近红外光谱与中红外光谱进行归一化处理以消除不同光谱传感器量程的差异；