中國(guó)是世界上茶科植物分布最廣的國(guó)家，也是世界上最大的茶籽油生產(chǎn)基地。茶籽油色清味香，是我國(guó)傳統(tǒng)食用植物油，在國(guó)內(nèi)高端食用油市場(chǎng)上僅次于橄欖油。為更好地選育優(yōu)良品種，提高茶籽油的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，迫切需要一種快速、準(zhǔn)確、高效分析油茶籽品質(zhì)的方法。本研究通過(guò)油茶籽油酸、亞油酸、棕櫚酸的化學(xué)定量計(jì)量法比較主成分回歸法、偏最小二乘回歸和徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)3種高光譜校正建模的效果，尋求檢測(cè)油茶籽脂肪酸成分含量的最優(yōu)建模方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)油茶籽脂肪酸成分含量的快速、可靠、無(wú)損檢測(cè)。

1  實(shí)驗(yàn)儀器與方法

分別從湖南、湖北、江西等地采集了30個(gè)品種的油茶種子，去殼、編號(hào)，將茶籽分為校正集20個(gè)，預(yù)測(cè)集10個(gè)用于實(shí)驗(yàn)。

1.1  儀器

本研究應(yīng)用了400-1000nm的高光譜相機(jī)，可采用杭州彩譜科技有限公司產(chǎn)品FS13進(jìn)行相關(guān)研究。光譜范圍在400-1000nm，波長(zhǎng)分辨率優(yōu)于2.5nm，可達(dá)1200個(gè)光譜通道。采集速度全譜段可達(dá)128FPS，波段選擇后最高3300Hz（支持多區(qū)域波段選擇）。

1.2方法

1.2.1  油茶籽脂肪酸組成含量的化學(xué)測(cè)定

將油茶籽粉碎后用索氏抽提法獲取油樣，取油樣30mg于10mL試管中，用移液管移取2mL異辛烷溶解試樣，再用微量移液管加入4mL氫氧化鉀甲醇溶液2mol/L),蓋上玻璃塞劇烈振搖30s后靜置至澄清；向溶液中加入少量硫酸氫鈉，劇烈振搖，中和氫氧化鉀；待鹽沉淀后，將上層甲酯溶液倒入樣瓶中，用氣相色儀獲得油茶籽中油酸、亞油酸、棕櫚酸的含量。

1.2.2  油茶籽反射光譜采集

高光譜儀視場(chǎng)角25°,波段范圍為400～1000nm,采樣間隔1.4nm,數(shù)據(jù)間隔1nm,分辨率3nm,重復(fù)性優(yōu)于0.3%;測(cè)量是在一個(gè)晴朗無(wú)風(fēng)天氣中進(jìn)行的。測(cè)量時(shí)，傳感器垂直向下，距離樣品0.15m,每個(gè)樣品測(cè)量前、后均用白板校正，每個(gè)樣本連續(xù)采集30次取平均得樣本光譜。

2  模型建立方法

首先用校正樣本集建立校正模型，通過(guò)軟件得出油茶籽光譜與油茶籽油酸、亞油酸、棕櫚酸含量的相關(guān)系數(shù)，找出最優(yōu)的光譜范圍；通過(guò)逐步回歸方法去除光譜中的冗余信息，然后采用主成分回歸法PCR)、偏最小二乘回歸法（PLS）及徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法（RBF）建立預(yù)測(cè)模型后對(duì)模型進(jìn)行外部驗(yàn)證。

3  結(jié)果與分析

3.1  油茶籽中脂肪酸組成的測(cè)定

高光譜儀在其測(cè)量臨界區(qū)有較強(qiáng)的機(jī)器噪聲，因此分析時(shí)截去兩端噪聲較嚴(yán)重波段，得高光譜如圖1所示。其記錄了400～920nm范圍內(nèi)樣本的高光譜反射率。

油茶籽脂肪酸的主要成分是油酸、亞油酸、棕櫚酸。這些物質(zhì)中甲基、亞甲基的C-H鍵在近紅外有較強(qiáng)的吸收。從圖中可以看出不同品種的油茶籽在同一波長(zhǎng)處有不同的反射率，故高光譜可以作為油茶籽脂肪酸含量定量分析的依據(jù)。

3.2  光譜預(yù)處理

由于檢測(cè)到的光譜信號(hào)除含樣品待測(cè)成分信息外，還包括各種儀器噪聲，如高頻隨機(jī)噪聲、基線漂移、雜散光及一些背景噪聲等。因此，在數(shù)據(jù)分析前，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一些合理的預(yù)處理，減弱甚至消除各種因素對(duì)光譜信號(hào)的影響，為穩(wěn)定、可靠地校正模型建立奠定基礎(chǔ)。常用的預(yù)處理方法包括：平滑處理消除噪聲及多元散射校正MSC)消除多重光譜偏差等。

表1所示為預(yù)處理前后油茶籽脂肪酸各成分模型的預(yù)測(cè)相關(guān)系數(shù)、預(yù)測(cè)集均方差、校正集均方差值。由表1可以看出，經(jīng)過(guò)平滑和多元散射校正后油酸、亞油酸、棕櫚酸的校正集相關(guān)系數(shù)增大，而校正集均方差、預(yù)測(cè)集均方差減小。這說(shuō)明光譜的預(yù)處理是有效的。

3.3  光譜的波段選擇

高光譜數(shù)據(jù)包含大量冗余信息，建模波段過(guò)寬會(huì)嚴(yán)重影響預(yù)測(cè)結(jié)果。首先，將校正集樣本光譜逐個(gè)波段與油茶籽油酸、亞油酸、棕櫚酸的化學(xué)測(cè)量值做相關(guān)性分析。其次，檢測(cè)其顯著性水平，用逐步回歸濾除其中冗余波段，得到16個(gè)相關(guān)性較強(qiáng)、顯著性水平較高的波段，如表2所示。

4結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)采用高光譜和化學(xué)計(jì)量法對(duì)油茶籽中脂肪酸的成分進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果表明利用高光譜可以簡(jiǎn)單、快捷、無(wú)損、可靠、穩(wěn)定的測(cè)量油茶籽中油酸、亞油酸、棕櫚酸的含量，為大批量油茶籽脂肪酸含量的快速檢測(cè)提供便捷技術(shù)。

本研究比較了主成分回歸、偏最小二乘回歸、徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)3種建模方法對(duì)油茶籽中油酸、亞油酸、棕櫚酸的預(yù)測(cè)效果，結(jié)果表明徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模的預(yù)測(cè)效果最好，油酸、亞油酸、棕櫚酸相關(guān)系數(shù)系數(shù)分別為0.9403、0.8935和0.9122;校正均方根誤差和預(yù)測(cè)均方根誤差分別為0.441、0.1749、0.0664和0.3518、0.184、0.162。