基于高光谱成像技术的枸杞产地鉴别

近代药理研究表明，枸杞子具有延缓衰老、降血糖、降血脂、降血压、免疫调节、益精明目、滋阴补肾等多方面功效。而枸杞的各产地中，宁夏枸杞因其特有的感官品质和药用价值，但产量有限，导致市场上假冒宁夏枸杞产品现象频发。因此，快速鉴别枸杞产地对生产者、消费者和市场经济至关重要。

1、基于高光谱成像系统检测

传统的枸杞产地溯源检测方法，包括高效液相色谱法、碳同位素分析和电子鼻，而这些技术成本高昂、耗时且具有破坏性。因此，迫切需要一种经济高效、快速且无损的检测方法。近红外光谱作为一种快速、无损检测食品化学质量属性的技术已被广泛使用。

采用400~1000nm范围内的高光谱成像系统结合化学计量学方法对不同产地枸杞进行检测鉴别。

2、光谱信息提取

感兴趣区域（ROI）的光谱信息提取的主要步骤如图2所示。为了选择单个枸杞样品作为ROI，首先对原始高光谱图像进行分水岭分割、腐蚀、膨胀处理（图2a），二值化生成掩膜并分割得到单个枸杞的原始光谱图像（图2b）。然后选取图像中反射率最高和最低的两个波段（885.89nm和417.49nm）进行波段运算，从而得到枸杞样品与背景特征具有高对比度的灰度图像（图2c）。在生成的图像中，通过将反射阈值设置为0.15得到二值化的掩膜图像（图2d），应用掩膜图像将背景去除得到仅有枸杞的高光谱图像（图2e）。提取感兴趣区域的平均光谱作为对应样品的反射光谱(图2f)。

3、可视化碰伤等级图像

图3显示了从校准高光谱图像中提取的五种不同产地枸杞样品的光谱曲线以及平均光谱曲线。五种不同产地枸杞样品之间的光谱曲线表现出相似的轮廓，主要源于枸杞内部组织共性所致，而反射率的强度差异主要受到其内部化学成分含量影响。多糖、黄酮、总糖和多酚是枸杞主要的活性成分，这些成分在不同产地的枸杞样品中含量不同。从图3b中可以看出，在550~700nm的波段区域，各产地枸杞的平均光谱反射强度开始有所不同，且呈现出明显的上升趋势，表明红色波段内存在的颜色分量差异较为明显。在450nm附近的反射峰主要与枸杞中的酚类物质阿魏酸相关。550nm的波谷是总糖的有效波长，而在560nm附近的吸收峰与枸杞表面叶绿素和类胡萝卜素的吸收带相关。在近红外区域，黄酮的有效波段为800~900nm，而在860nm附近的吸收峰为枸杞黄酮的有效波长。

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审核编辑 黄宇