基于近红外光谱和模式识别技术鉴别大米产地的研究

的不同 ， 不 同产地大米 的
蜜等食品的产地鉴别 ，取得 了很 好 的效果 。 ，但在 大米 产
地鉴别方面的研究鲜见报道。本工作将近红外 光谱结合模式
识别 的技术应用于大米产地鉴别 中， 建立 了一种无损快 速的
大米产地鉴别方法 。
品质存在 一定差异 。响水大米产 自黑龙江省 渤海镇 ，生长 的 土地为火山岩浆流淌凝固后形 成的“ 石板地” 经过亿万年岩石
件下扫 描 近红 外 吸 收 光谱 。扫描 波 数 范 围 ４ ０ ０ ０ ～１ ０ ０ ０ ０
ｃ ｍ ～， 分辨率 ： ８ ｃ ｍ － 。 每个样本扫描 ３ ２ 次， 以其平均光谱
作为最终 的透射光谱 。 采用仪器 自带 的 Ｏ Ｐ ＵＳ 光谱分析软件
基金项 目：国家水体污染控制 与治理科技重大专项项 目（ ２ ０ ０ ８ Ｚ Ｘ ０ ７ ２ ０ ９ — ０ ７ ） ， 质检公益行 业科研专项项 目（ ２ ０ ０ ８ １ ０ ３ ４ ５ ） 和河北省科技计划项 目 （ １ ２ ２ ２ １ ０ ０ ３ Ｄ） 资助 作者简介：夏立娅 ， 女 ，１ ９ ７ ８年生，河北大学化学与环境科学学院副教授
题 。因此 ， 快速 准确 地鉴 别 大 米 的产地 有 着 十分 现实 的 意
义。
从 响水大米 的主产地共采集 １ １ ９ 个地理标志产品响水大
米样本 ， 从天津 、 湖 南等 大米产 区采集 对 比样本 （ 非响水 大 米） ９ ０ 个 ，所有样本 均为粳米 ，具体样本信息见表 １ 。
１ ． ２ 仪 器
对 于大米产地鉴别 的研究多集 中于 同位素和矿物元素结
合计量学分析 领域［ １ － ４ ］ ， 利 用大 米 中蛋 白质、淀粉含 量差 异
采用德 国 Ｂ Ｒ ＵＫ Ｅ Ｒ公 司 ＭＰ Ａ型傅里叶近红外光谱 仪 ，
进行 产地识 别的研究也取得 一定进 展ｌ ５ ］ 。但 这些方法检 测 过程繁琐 ， 检测设备 昂贵 ， 不适 于大米产地 的快速识别 。
第３ ３ 卷， 第１ 期
２ ０ １ ３年 １月
光
谱
学
与
光
谱
分
析
Ｖｏ １ ． ３ ３ ， Ｎｏ ． １ ， ｐ ｐ ｌ ０ ２ — １ ０ ５
Ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｐ ｙ ａ ｎ ｄ Ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｒ ａ ｌ Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ
Ｊ ａ ｎ ｕ ａ ｒ ｙ ，２ ０ １ ３
基 于近 红外 光谱 和模 式 识别 技 术 鉴别 大米 产 地 的研 究
夏立娅 ，申世 刚 ， 刘峥颢 ， 孙汉文
河北大学化学与环境科学学 院， 河北省分析科学技术重点实验室 ， “ 药物化学与分子诊断”
省部共建重点实验室 ， 河北大学质量技术监督学 院，河北 保定 ０ ７ １ ０ ０ ２
近红外 光（ ＮＩ Ｒ ） 是波数范 围为 ４ ０ ０ ０ １ ２ ８ ２ ０ ｃ ｍ ，介 于可见 光和中红 外光 之 间的 电磁 波 ，包含 丰 富的含 氢基 团
Ｏ Ｐ ＵＳ光谱采集软件。
１ ． ３ 样 品 制备 及 光 谱 扫 描
将大米样品在 ３ Ｏ℃干燥 ４ ８ ｈ 后 ，采用 四分法取 ５ ０ ｇ置 于旋转非透射样品杯 中，在室 温 ２ ５℃，空气 湿度 ５ Ｏ 的条
摘
要
利用近红外光谱和模式 识别技术建立 了大米产 地的快速 鉴别方法 。首先 对 １ １ ９个地 理标志产 品响
水大米和 ９ Ｏ 个其他产地 的大米 （ 即非 响水大米 ） 的近红外光谱进行一 阶导数 和平滑处理 ， 利用主成分 分析法 （ Ｐ Ｃ Ａ ） 对数据进行降维 ， 通过前三个 主成分 的载荷 图确定 了相关 性最大 的特 征波段 （ ７ ７ ０ ０ ６ ７ ０ ０ ｃ ｍ ～ 与 ５ ７ ０ ０ ￣４ ３ ０ ０ ｃ ｍ～ ） 。 在 全波段 内， 凝 聚层次 聚类 和 Ｆ ｉ ｓ ｈ ｅ ｒ ’ Ｓ 判别 鉴别方法都 可以 ｉ ０ ０ 正确 的鉴别 响水大
风化和腐殖沉积而形成 土壤 ， 其 中矿物 质、有机 质 、 微 量元
１ 实验部分
１ ． １ 材 料
素等含量极为丰 富。 ２ ０ ０ ７ 年 国家质量监督检验检疫总局颁 布
了“ 关 于批 准对 响水 大米 实施地理标志产 品保护的公告 ” 。响
水大米 品质优 良， 但却 面临越来 越多的仿 冒 、以次充好等 问
文献标识码 ： Ａ Ｄ Ｏ Ｉ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ４ ￣． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ０ — ０ ５ ９ ３ （ ２ ０ １ ３ ） Ｏ ｌ 一 ０ １ ０ ２ — ０ ４
中图分类号 ： ０ ６ ５ ７ ． ３
地样本问的微小差异等优 点 ，目前被用 于干酪 、橄榄 油 、 蜂
米和非 响水大米 ； 对 于非 响水地 区的大米 的具体产地判别 ， 聚类分析正确率为 ９ １ ． ９ ， Ｆ ｉ ｓ ｈ ｅ ｒ ’ Ｓ 判别分析方 法 的正确率为 ９ ６ ． ７ 。同时 ，在特征波段 内， 对 大米产地 聚类分析 的准确度高于全波段范 围内分析结果 ， 说 明选 取的特征 波段具有较强 的代表性 ，是优化模 型的有效方法之一 。 关键 词 近红外 ；大米 ； 主成分分析 ；聚类 ；判别 ； 产地
＊通 讯 联 系 人 ｅ － ｍａ ｉ ｌ ：ｓ ｈ ｅ ｎ ｓ ｇ ＠ｈ ｂ ｕ ． ｃ ｎ
ｅ 一 ， ｎ ａ ｉ ｌ ： ｘ ｉ ａ ｌ ｉ ｙ ａ ＠１ ２ ６ ． ｔ ｏ ｍ
（ ｃ Ｈ， Ｃ 卜 ｆ ＿ Ｈ， Ｎ Ｈ） 特征信息 。 物质光谱特征 随组成或者 结构的变化 而变化＿ ７ ］ ，可用于物质 的鉴别 。由于近红 外光谱 分析技术的速度 快、成本低 、 且 能够最大 限度地保 留不同产
收稿 日期 ：２ ０ １ ２ — ０ ７ ０ ２ 。 修订 日期 ：２ ０ １ ２ ０ ９ ２ ０