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基于三维荧光光谱结合2D-LDA的食用油掺假鉴别研究

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光谱学与光谱分析 2024年第11期44卷 3179-3185页

作者：姜海洋崔耀耀贾彦国谌志鹏燕山大学信息科学与工程学院计算机科学与工程系河北秦皇岛066004 石家庄学院机电学院河北石家庄050035 唐山师范学院计算机科学技术系河北唐山063000

食用油掺假行为严重威胁消费者的身体健康并扰乱社会市场秩序。研究有效的食用油掺假鉴别方法对于构建安全、可靠的食品供应链和提升消费者福祉具有重要意义。以食用油中的香油为例开展食用油掺假鉴别方法研究。通过芝麻香精与玉米油、... 详细信息

食用油掺假行为严重威胁消费者的身体健康并扰乱社会市场秩序。研究有效的食用油掺假鉴别方法对于构建安全、可靠的食品供应链和提升消费者福祉具有重要意义。以食用油中的香油为例开展食用油掺假鉴别方法研究。通过芝麻香精与玉米油、大豆油以及菜籽油三种食用油配制了3类掺假香油;使用FLS920稳态荧光光谱仪采集了这3类掺假香油以及不同品牌香油共计45个实验样本的三维荧光光谱数据;基于2D-LDA方法提取了实验样本的二维特征,并以此为依据采用最近邻分类原理实现了掺假食用油的准确鉴别。将所述方法与平行因子结合非线性判别分析(PARAFAC-QDA)、多维偏最小二乘——判别分析(NPLS-DA)两种方法进行了对比。结果表明,2D-LDA方法能够有效提取掺假香油的二维特征。这些特征能够使不同类别的实验样本在投影子空间中实现最大程度分离;同时可使相同类别的实验样本在子空间中尽可能地紧密聚集,进而使得样本在低维子空间中具有更好的可分性,从而获得了100%的鉴别准确率。而PARAFAC-QDA和NPLS-DA两种方法仅分别获得了85%和95%的鉴别准确率。2D-LDA方法相比于这两种方法在食用油掺假鉴别特别是现场快速检测的实际应用中更具优势和潜力,其鉴别过程与结果更加简捷和精确。研究为现场食品安全监管提供了一种高效可行的新方案。

关键词：食用油三维荧光光谱二维线性判别分析(2D-LDA) 掺假鉴别

近红外光谱技术在食用油掺伪检测中的研究进展

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光谱学与光谱分析 2023年第3期43卷 685-691页

作者：吴成招王一韬胡栋孙通浙江农林大学光机电工程学院浙江杭州311300 江西农业大学工学院江西南昌330045

食用油是日常饮食的必需品,可以为人体提供热能和脂肪酸,是促进脂溶性维生素吸收的重要有机物。随着人们生活水平的提高,高档食用油已走进大众百姓的餐桌,并深受欢迎和喜爱。由于高档食用油市场售价高,一些不法厂商为牟取暴利,在高档食... 详细信息

食用油是日常饮食的必需品,可以为人体提供热能和脂肪酸,是促进脂溶性维生素吸收的重要有机物。随着人们生活水平的提高,高档食用油已走进大众百姓的餐桌,并深受欢迎和喜爱。由于高档食用油市场售价高,一些不法厂商为牟取暴利,在高档食用油中掺入廉价食用油进行出售,导致食用油掺伪事件时有发生,已引起政府和民众的广泛关注。为保障消费者的合法利益和维护正常的食用油市场秩序,快速有效地检测食用油掺伪已刻不容缓。近红外光谱技术以其简便、快速、无损、无需样品预处理的特点,被广泛应用于食用油掺伪分析。概述了近红外光谱技术的基本原理,综述了近十年来近红外光谱技术在橄榄油、山茶油、芝麻油、核桃油等食用油的掺伪检测研究进展,包括采用不同的试验装置与试验方法、数据处理方法包括预处理、特征波长选择及建模方法,对二元、三元及多元食用油掺伪进行检测研究,从试验方法及数据处理等角度提高食用油掺伪检测的精度与适用范围,以期建立较为有效的食用油掺伪定量检测与定性鉴别模型。总结了食用油掺伪近红外光谱检测目前存在的问题,包括食用油掺伪检测机理不明晰,制备的掺伪食用油样本难以满足实际的复杂掺伪形式,采用取样方式的掺伪检测仅能实现现场部分抽检,及未建立食用油掺伪检测的统一标准规范。展望了今后的发展趋势,指出近红外光谱技术与其他快速检测技术融合获取更精准、可靠的检测模型,与物联网和大数据相结合构建食用油近红外光谱数据库,实现光谱数据的共享、掺伪检测模型的在线升级与远程更新,将是未来的发展方向。

关键词：近红外光谱食用油掺伪检测化学计量学

基于分子光谱图像识别的食用油快速分类研究（英文）

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光谱学与光谱分析 2019年第2期39卷 659-664页

作者：曹玉婷赵众袁洪福李彬北京化工大学信息科学与技术学院北京100029 北京化工大学材料科学与技术学院北京100029

分子光谱分析技术结合化学计量学已成为一种非常活跃的食用油鉴别方法。然而,当不同类型的样本之间的光谱差异极其微小时,利用传统的分类技术也很难将其分开。为了完成相似品种食用油的快速识别和分类,收集了包括芝麻油、玉米油、油菜... 详细信息

分子光谱分析技术结合化学计量学已成为一种非常活跃的食用油鉴别方法。然而,当不同类型的样本之间的光谱差异极其微小时,利用传统的分类技术也很难将其分开。为了完成相似品种食用油的快速识别和分类,收集了包括芝麻油、玉米油、油菜籽油、调和油、葵花油、花生油、橄榄油七种食用油的衰减全反射红外光谱,在此基础上,采用图像识别的方法对七种食用油进行快速分类。在所提出的图像识别方法中,首先,将通过多元散射校正预处理后的红外光谱吸光度矩阵进行自相关运算,利用等高线原理根据吸光度强度值的不同生成光谱图像,以扩大的光谱差异并提高光谱可视化。然后,根据图像膨胀的原理找到光谱图像的局部特征点,将其作为图像特征。最后,使用BP神经网络对特征点进行训练和分类预测。为了对比所提出的方法,PCA-BP和KL-BP的方法被用于与图像识别的方法进行比较,实验结果表明,图像识别方法的正确识别率为94.4%,高于PCA-BP的66.7%和KL-BP的83.3%。所提方法为实现食用油的快速识别和检测提供了一条新的有效途径。

关键词：食用油分子光谱光谱可视化特征提取图像识别

基于SIMCA-SVDD方法的分子光谱分析及其在食用油分类中的应用

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光谱学与光谱分析 2020年第8期40卷 2651-2656页

作者：赵众李彬吴妍娴袁洪福北京化工大学信息科学与技术学院北京100029 北京化工大学材料科学与工程学院北京100029

食用油是日常生活中的必需品。市场上食用油在成分、营养价值及价格上有很大的不同。为避免欺诈行为,亟需建立一套有效的市场销售的食用油品质分类方法。常规的食用油检测方法速度慢而且需要复杂的实验室预处理过程。分子光谱从分子水... 详细信息

食用油是日常生活中的必需品。市场上食用油在成分、营养价值及价格上有很大的不同。为避免欺诈行为,亟需建立一套有效的市场销售的食用油品质分类方法。常规的食用油检测方法速度慢而且需要复杂的实验室预处理过程。分子光谱从分子水平上反映了物质的组成与结构信息,分子光谱分析速度快而且是无损监测,因此分子光谱分析结合化学计量学的方法正成为食用油分类方法的趋势。SIMCA(Soft Independent Modeling of Class Analogy)是应用广泛的分子光谱分析方法,然而在SIMCA中使用欧氏距离于对基于PCA和F检验提取的特征进行分类,难以区分不规则的特征空间。由于食用油样本分子光谱差别细微,通常难以用SIMCA方法进行分类。SVDD(Support Vector Domain Description)算法是一类基于支持域的非线性单类分类方法, SVDD利用求解凸二次规划得出一个尽可能包含所有目标样本的最小超球体进行分类。本文提出了一种基于SIMCA-SVDD方法的分子光谱分析方法并用于食用油的快速分类。为鉴别不同种类的食用油,在ATR-FTIR光谱仪上扫描四种食用油的红外光谱。应用SIMCA方法提取分类特T^2和Q,由于提取的特征T^2和Q分布的不规则性,不同于SIMCA中的欧氏距离,本文采用SVDD用于对提取的不规则特征进行分类。由于SVDD能通过映射函数将分类特征映射到高维空间,因此可以通过求解凸二次规划来训练最优的分类超球面对分类特征进行分类。采用本文所提的SIMCA-SVDD方法及传统的SIMCA方法,对同样的样本进行了对比实验。对比实验证实了本文所提的SIMCA-SVDD方法具有比传统的SIMCA方法更好的分类结果,所提的方法为实现基于分子光谱进行食用油快速分类提供了一条新的途径。

关键词：食用油分子光谱 SIMCA 欧氏距离 SVDD

基于太赫兹时域光谱的食用油过氧化值定量分析研究

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光谱学与光谱分析 2021年第5期41卷 1387-1392页

作者：刘翠玲杨雨菲田芳吴静珠孙晓荣北京工商大学食品安全大数据技术北京市重点实验室北京100048 北京工商大学外国语学院北京100048

针对目前太赫兹光谱技术在食用油品质检测方面存在定性多、定量难的问题,提出一种基于衰减全反射(ATR)式太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术的食用油过氧化值定量分析方法。首先采集不同种类、不同氧化程度食用油样本的太赫兹时域光谱图,筛选... 详细信息

针对目前太赫兹光谱技术在食用油品质检测方面存在定性多、定量难的问题,提出一种基于衰减全反射(ATR)式太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术的食用油过氧化值定量分析方法。首先采集不同种类、不同氧化程度食用油样本的太赫兹时域光谱图,筛选有效信号波段并提取得到光学常数,经预处理算法校正后的光学常数,结合多种化学计量学方法建立定量分析模型,实现快速、无损预测食用油的过氧化值。70个实验样本包括大豆油、菜籽油和玉米,过氧化值覆盖范围0.41~10.23 mmol·kg^(-1),且样本的过氧化值均匀分布。采用TeraView公司生产配有ATR检测模块的TeraPulse 4000太赫兹脉冲光谱系统采集样本THz-TDS信号,根据THz-TDS谱图信号特征筛选有效波段10~86.78 cm^(-1)用于建模分析。通过快速傅里叶变换得到频域信号并从中提取光学常数:折射率和吸收系数,采用Savitzky-Golay7点卷积平滑分别对折射率和吸收系数进行预处理,去除干扰信号。运用SPXY算法按照3∶1比例划分校正集和预测集样本,结合主成分回归法、偏最小二乘法两种化学计量学分析方法,分别建立基于折射率和基于吸收系数的过氧化值分析模型。对模型评价指标均方根误差和相关系数进行分析,基于折射率的过氧化值分析模型采用偏最小二乘算法建模预测精度最理想,选取最优主成分数为6时,其校正集均方根误差RMS EC为0.168%、决定系数R 2为0.981,预测集均方根误差RMSEP为0.231%、决定系数r 2为0.977;基于吸收系数的过氧化值分析模型则采用主成分回归算法建模预测模型稳健度最好,选取最优主成分数为10时,其校正均方根误差RMSEC为0.192%、校正集决定系数R 2为0.979,预测均方根误差RMSEP为0.262%、预测集决定系数r 2为0.97。该研究结果的得出,验证了THz-TDS技术用于食用油过氧化值定量分析的可行性,为食用油的品质评价找到一种高精度、性能稳定、快速无损的检测方法。

关键词：食用油太赫兹时域光谱技术主成分回归偏最小二乘定量分析

常见食用油和煎炸食用油的激光诱导荧光光谱特性

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光谱学与光谱分析 2013年第9期33卷 2448-2450页

作者：牟涛涛陈思颖张寅超陈和郭磐葛宪莹高丽蕾北京理工大学光电学院北京100081

为了实现地沟油的快速检测,利用激光诱导荧光探测技术搭建了食用油类快速检测系统。对多种食用油和煎炸食用油(地沟油的一种)进行了光谱采集,建立了多种食用油和煎炸食用油的荧光光谱数据库,发现煎炸食用油的特征荧光光谱与常见食用油... 详细信息

为了实现地沟油的快速检测,利用激光诱导荧光探测技术搭建了食用油类快速检测系统。对多种食用油和煎炸食用油(地沟油的一种)进行了光谱采集,建立了多种食用油和煎炸食用油的荧光光谱数据库,发现煎炸食用油的特征荧光光谱与常见食用油之间存在较大差异,在此基础上利用主成分分析法和BP神经网络实现了油类识别、地沟油的快速检测,总体识别率高达97.5%。实验证明激光诱导荧光光谱技术具有快速非接触和灵敏度高等优点,与BP神经网络相结合能够实现油类的快速识别,成为地沟油快速检测的一种新方法。

关键词：地沟油食用油激光诱导荧光(LIF) 主成分分析 BP神经网络

基于衰减全反射式太赫兹时域光谱技术的食用油光谱特性研究

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光谱学与光谱分析 2018年第7期38卷 2016-2020页

作者：聂美彤徐德刚王与烨唐隆煌贺奕焮刘宏翔姚建铨天津大学精密仪器与光电子工程学院激光与光电子研究所天津300072 天津大学光电信息技术教育部重点实验室天津300072

食用油是人类营养和能量的重要来源,为人体提供必需的脂肪酸,研究食用油在太赫兹波段光学特性,对食用油成分分析及品质评价具有重要价值。衰减全反射式太赫兹时域光谱技术是一种新型的太赫兹时域光谱技术,通过样品与倏逝波的相互作用,... 详细信息

食用油是人类营养和能量的重要来源,为人体提供必需的脂肪酸,研究食用油在太赫兹波段光学特性,对食用油成分分析及品质评价具有重要价值。衰减全反射式太赫兹时域光谱技术是一种新型的太赫兹时域光谱技术,通过样品与倏逝波的相互作用,获取样品的太赫兹光谱。与透射式或反射式太赫兹时域光谱技术相比,该技术能有效地避免测量食用油等液体样品时样品池对光学参数的影响,并能获得样品的精确光学参数。分别利用透射式太赫兹时域光谱技术和衰减全反射式太赫兹时域光谱技术测量了大豆油的吸收光谱。结果表明,与透射式太赫兹时域光谱技术相比,衰减全反射式太赫兹时域光谱技术能更有效地提取大豆油的吸收系数、吸收峰分布等光学特性。进一步利用衰减全反射式太赫兹时域光谱技术研究了大豆油、核桃油、葡萄籽油在太赫兹波段的光学特性,获得了三种食用油在1~1.8THz范围内的折射率谱和吸收光谱。利用密度泛函理论计算了食用油中四种主要成分(软脂酸、硬脂酸、油酸和亚油酸)在太赫兹波段的振动、转动模式,理论计算结果同实验测量结果吻合较好。研究表明,在太赫兹波段食用油的吸收峰与所含脂肪酸分子种类与含量有关,其主要来源为脂肪酸分子的低频振动和转动。研究成果对食用油成分定性定量分析及品质检测等具有指导意义。

关键词：太赫兹光谱食用油密度泛函理论

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食用油加热后荧光强度变化的实验研究

光子学报 2000年第5期29卷 478-480页

作者：陈慰宗宋应谦张振杰侯洵西北大学物理学系西安710069 西北大学光子学与光子技术研究所西北大学光电子技术省级重点实验室西安710069 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学技术国家重点实验室西安710068

食用油经过长时间高温加热后 ,不仅营养成份破坏 ,而且生成对健康有害物质 .本文报道了几种精炼油加热后的激光诱导荧光强度的变化与加热时间及温度的关系 .

关键词：食用油加热激光荧光荧光强度

基于液芯光纤的激光诱导荧光食用油种类鉴别研究

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光谱学与光谱分析 2016年第10期36卷 3202-3206页

作者：范苑吴瑞梅艾施荣刘木华杨红飞郑建鸿江西农业大学生物光电及应用重点实验室江西南昌330045

组建了一套基于液芯光纤的激光诱导荧光食用油鉴别装置。研究了不同液芯光纤长度对食用油激光诱导荧光光谱的影响,分析了不同种类食用油激光诱导荧光光谱之间的差异。八种食用油共320份样本荧光数据在1m长液芯光纤内采集,采用主成分分... 详细信息

组建了一套基于液芯光纤的激光诱导荧光食用油鉴别装置。研究了不同液芯光纤长度对食用油激光诱导荧光光谱的影响,分析了不同种类食用油激光诱导荧光光谱之间的差异。八种食用油共320份样本荧光数据在1m长液芯光纤内采集,采用主成分分析方法对食用油荧光数据进行降维处理,利用偏最小二乘判别分析(PLS-DA)方法建立食用油种类的鉴别模型。结果表明,使用液芯光纤后,食用油荧光强度得到较大的增强。随着液芯光纤长度增加,食用油荧光特征峰逐渐增加并且食用油的激光诱导荧光光谱会产生红移现象,当液芯光纤长度超过80cm后,红移趋于饱和。不同食用油的荧光光谱形状差异较大,可用于区分不同种类食用油。利用主成分1和主成分2绘制的主成分得分图显示,不同种类食用油呈现很好的聚集。当选用主成分数为10时,建立的PLS-DA食用油种类鉴别模型对训练集和预测集样本识别率均达到100%。说明本装置用于食用油种类的快速鉴别具有较高的准确性。

关键词：激光诱导荧光食用油液芯光纤偏最小二乘法判别分析