基于可見_近紅外光譜技術的葡萄酒真?zhèn)舞b別的研究

1、第第卷，期光譜學與光譜分析年月，基于可見近紅外光譜技術的葡萄酒真?zhèn)舞b別的研究郭海霞，王濤，劉洋，吳海云，左月明，宋海燕，賀晉瑜山西農業(yè)大學工學院，山西太谷山西省農業(yè)科學院果樹研究所，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行了一階求導，以一階導數(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）率達到以上，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網絡的輸入建立了一個三層人工神經網絡的識別模型，該模型對葡萄酒樣品的預測識別率達到。研究表明，可見近紅外透射光譜結合主成分分析建立的神經網絡模型能為快速、無

2、損鑒別葡萄酒真?zhèn)翁峁┮环N準確可靠的新方法。關鍵詞葡萄酒；可見近紅外光譜；神經網絡；真?zhèn)?；鑒別：（）中圖分類號：，文獻標識碼：藥、化工、探礦、紡織等領域。目前可見近紅外光譜技引言近年來，隨著人們經濟條件改善、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注。葡萄酒是以鮮葡萄或葡萄汁為原料，經全部或部分發(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應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對葡萄酒的真?zhèn)芜M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（。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?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。隨機選擇其中各個樣品分別用于訓練及測試。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、，年中國葡萄酒產量為萬千升，同比增長，長城、張裕、。王朝、威龍等一批強勢品牌已引領國內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。諸如此類的劣質葡萄酒冒充品牌葡萄酒銷售，使得近年來國內葡萄酒市場局面比較混亂，而中國的葡萄酒業(yè)常用的評判標準只是理化指標、衛(wèi)生指標以及憑專家經驗判斷的感官指標，在添加劑方面還沒有明確的規(guī)定，這些都是導致葡萄酒出現(xiàn)質量問題的因。素可見近紅外光譜技術以其快速、高效、無損、低成本的特點，已被廣泛應用于農業(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、等學校高新技術產業(yè)化項目（）和山西省科技攻關項目（資）基金項目：國家自然科學基金項目（助：年生，山西農業(yè)大學工學院講師作者簡介：郭海霞，女，：通訊聯(lián)系人光譜學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是光譜分析中常用的基線校正和光譜分辨率預處，為理方法，導數(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行了一階求導，以一階導數(shù)譜線作為有效的研究曲線。結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)域內差異較大，這些差異為葡萄酒的真?zhèn)舞b別奠定了數(shù)學基礎 。雖然主成分分析能較好的區(qū)分真?zhèn)纹咸丫?，但這只是進行了定性分析，下面采用神經網絡建立定量分析的鑒別模型?；谏窠浘W絡的模型建立若把全部光譜波段作為神經網絡的輸入，不僅加大神經網絡的計算量，而且某些區(qū)域的光譜信息與樣品的組成或性質缺乏一定的相關性。通過獨立主成分分析可知前四個主成分的貢獻率達到以上，取前四個主成分作為神經網絡的輸入，建立了一個三層人工神經網絡結構。神經網絡的輸入層節(jié)點數(shù)為，網絡的

7、輸出層節(jié)點數(shù)為，通過多次試驗調整網絡的葡萄酒主成分分析主成分分析是應用較為廣泛的數(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，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)結構特。征參數(shù)，當調整隱含層的節(jié)點數(shù)為（即模型結構為時，）得到最優(yōu)化的神經網絡結構及最優(yōu)的預測模型。它的相關參數(shù)分別是：最大訓練次數(shù)為，訓練精度為，傳遞函數(shù)”，訓練函數(shù)為“。為“”預測模型結果分析討論對個樣品進行預測，經過七次訓練后結束，其訓練誤差、驗證誤差和測試誤差曲線見圖，可看出測試結果合理，測試誤差和驗證誤差性質相似 。采用主成分分析法對預處

8、理后的個葡萄酒樣品光譜數(shù)據(jù)進行聚類分析，前五種主成分的貢獻率見表。獨立主成分貢獻率以上，因此主成分和前兩個主成分的貢獻率達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茫渲兴姆N品牌葡萄酒聚合分布在坐標系第一、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，第期光譜學與光譜分析樣本（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）真實值預測值到。結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行了一階求導處理，利用近紅外光譜技術建立了基于獨立主成分分析和神經網絡相

9、結合的葡萄酒真?zhèn)舞b別模型。用可見近紅外光譜技術可快速鑒別葡萄酒真?zhèn)?，且采用所建立的模型對樣品的預測識別率達到。因此可見近紅外光譜結合主成分分析建立的人工神經網絡模型對葡萄酒的真?zhèn)芜M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行深入研究。神經網絡分析所得預測結果如表所示。其中設經（，（，（，（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“”“”，“”，“”。表的預測結果顯示，采用獨立主成分和“分析，取前個主成分作為神經網絡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，且預測正確率達，（，（）：朱濟義，王振海）中國標準化），（，王華，趙現(xiàn)化，劉晶，等）中國農業(yè)科學），（）：（，（）：武玉濤）邯鄲職業(yè)技術學院學報），（，）：杜學春，朱孝凱）科技風），（，（，（）：鄒小波，趙杰文）光學學報），（，（）：劉燕德，陳興苗，歐陽愛國）光學學報），（林新，牛智有，劉梅英，等）華中農業(yè)大學，（）：學報），（，阿力塔，徐秀廷，宋娟娟，等）分析測試學報），（）：，（鄒萍，王紹艷，張志強，等）分析測試學，（）：報），（，修連存，鄭志忠，俞正奎，等）地質學報），（）：，（，（）：褚小立，袁洪福，陸婉珍）化學進展），（，）：周子立，張怡芳，何

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

12、題討論和學術交流。竭誠歡迎全國高等院校、科研機構和產業(yè)部門從事分子光譜研究和應用開發(fā)的同事和朋友們來廣東韶關參加會議，交流最新研究成果，推進分子光譜基礎研究和應用技術在國民經濟和高新技術開發(fā)中的廣泛應用和技術轉化。我們真誠期待著國內外同行在年月相聚在美麗的韶關。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在在物理、化學、生物、材料科學、表面界面科學、醫(yī)藥、環(huán)境、工業(yè)過程、催化學、地學、農林及其他領域的基礎理論與應用研究的最新科研成果。同時也歡迎相關的光譜技術（如質譜、核磁共振等）的最新研究成果。論文要求論文內容必須是未在期

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，研究意義與結果（；關鍵詞和主要參考文獻（。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。摘要的字數(shù)，包括圖，表，參考文獻，總共不能超過字。光譜學與光譜分析征稿簡則。稿件一經錄用，將由光譜學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：歡迎大家通過網站提交論文，請您注冊登陸中國光譜網（點擊論文提交上傳您的）論文。論文將采用網上評審的方式，你可在網上瀏覽對您論文的評審結果和修改意見。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學術會議征文”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：郵編廣東省韶關市湞江區(qū)大塘路九公里，韶關學院化學系，黃冬蘭收。報告形式為充分利用會議時間，提高學術交流的效率，本次會議仍采用“口頭報告”和“墻報展示”兩種方法進行學術交流。無論是口頭報告還是墻報展示，均屬大會同等學術交流，無水平高低之分。對內容好，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