[发明专利]高光谱图像技术定量检测固态发酵水分分布均匀性的方法

说明书

本发明涉及涉及高光谱图像技术定量检测固态发酵水分分布均匀性的方法，属于食品、农产品发酵相关参数检测技术领域；本发明首先采集多份发酵基质在一定波段下的高光谱图像；提取感兴趣区域的图像信息，选取波段中固定波长点及对应的光谱数据；筛选n个特征波长；结合特征波长下的光谱反射值和每份发酵基质的水分含量实测值建立水分含量的预测模型关系式；利用建立的关系式检测发酵基质光谱图像中每个像素点对应的水分含量，描绘水分含量的二维分布图；计算水分分布方差值；根据水分分布方差值检测发酵基质水分分布均匀性。该方法降低了检测成本，加快了检测速度，适用于在线监测，实现了快速定量检测发酵基质水分分布均匀性。

技术领域

本发明涉及固态发酵基质水分分布均匀性的检测技术，尤其涉及高光谱图像技术定量检测固态发酵水分分布均匀性的方法，属于食品、农产品发酵相关参数检测技术领域。

背景技术

水分是微生物细胞的主要成分，也是微生物生命活动的基本条件之一。在固态发酵生产中微生物必须从发酵基质中吸收水分，因此固态发酵基质水分过高或过低均对固态发酵产生不良影响。若发酵基质水分含量过低，微生物不能生长，导致发酵周期延长或者发酵产品质量下降；若发酵基质水分含量过高，微生物细胞外溶液的渗透压过高，容易使细胞失水发生质壁分离，并且水分过高会影响氧气、二氧化碳等气体交换，使微生物生长受阻，最终都会导致发酵受阻。因此定量检测发酵基质的水分分布均匀性，对于优化发酵工艺、提高发酵产量和质量具有重要的意义。

目前，在实际生产过程中通常是有经验的操作工人通过肉眼观察或者手的触感来判断基质水分含量分布的均匀性，该方法只能用描述性的语言对水分分布均匀性进行定性检测，且检测准确度易受到工人经验、身体状态等因素的影响。常规的水分含量检测方法是依据国家标准GB/T5009.3.2010而进行的离线烘干称重法，离线烘干称重法操作过程繁琐，费时费力，只能检测待测样品的平均水分含量。因此上述方法都无法实现发酵基质水分均匀性的定量描述。

高光谱成像技术是传统二维成像技术和光谱技术有机结合，其具备的多波段、高分辨率、图谱合一、包含多成分信息等特点，使其在食品、农产品的检测中具有独特的优势。高光谱图像每个像素点的光谱信息为检测固态发酵基质中不同区域的水分含量差异，进而定量描述水分含量在发酵基质中的分布均匀性提供了可能。

因此，本发明利用高光谱图像技术检测水分含量在固态发酵基质中的分布情况，并提出定量检测发酵基质水分含量分布均匀性的方法。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出高光谱图像技术检测发酵基质中水分含量的二维分布图，以水分分布图的方差作为定量指标，首次提出发酵基质水分分布均匀性的定量描述方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

S1.采集m份发酵基质在A～B nm波段下的高光谱图像；

S2.提取每份发酵基质中感兴趣区域的高光谱图像信息，该光谱信息为在 A～Bnm波段下的感兴趣区域的光谱反射值，选取A～B nm波段中固定波长点，从而得到每份发酵基质在所选取的固定波长点下的的光谱数据；

S3.将在固定波长点下的的光谱数据进行变量筛选，获得与发酵基质水分含量相关性强的n个特征波长λ₁、λ₂、λ₃、……、λ_n(n≥1)；

S4.结合n个特征波长下的光谱反射值X_i(X₁、X₂、X₃……X_n)和每份发酵基质的水分含量实测值Y建立水分含量的预测模型关系式；

S5.利用建立的水分含量预测模型关系式检测采集得到的每份发酵基质光谱图像中的每个像素点对应的水分含量，描绘水分含量的二维分布图；