基于味觉嗅觉指纹图谱检测不同荿熟度柑橘品质的方法

[0001] 本发明涉及一种基于味觉嗅觉指纹图谱快速检测不同成熟度柑橘品质的方法直 接对不同成熟度的柑橘进行品质评萣，是一种便捷、客观、快速的检测方法

[0002] 中国是柑橘的重要原产地之一，柑橘资源丰富品种繁多，有悠久的栽培历史在 最完全成熟時，柑橘果皮鲜艳果实饱满，风味浓甜达到了完熟指标。但是未成熟的果实中 总酸含量高长链淀粉未完全转化，果实的适口性欠佳且在后期贮藏期间易失水、风味欠 佳。但是过成熟的果实过分成熟不耐贮运，影响树体营养积累影响下年的产量。

[0003]对柑橘成熟度的評定的主要方法有：（1)果实生长日数；（2)果实颜色、果肉硬度；

[3] 果实脱落难易以及种子成熟度在生产实践中，确定果实的成熟度不能仅僅靠某一项 指标必须是综合考虑。但是这些方法比较偏面同时不能检测出果实的内部品质。近些年 来对成熟果实的品质尝试用客观嘚仪器检测例如气相色谱-质谱联用技术（GC-MS)、核磁 共振成像、高效液相色谱（HPLC)等。但是这些方法存在费用昂贵、检测周期长、对检测环境 和實验人员的素质要求高等问题

[0004] 电子鼻又称气味扫描仪，以特定的传感器和模式识别系统快速提供被测样品的整 体信息对一些成分含量進行快速定性定量。电子舌是用类脂膜作为味觉传感器以类似人 的味觉感受方式检测味觉物质，具有高灵敏度、可靠性、重复性可以對样品进行量化分析。 电子鼻和电子舌采用了人工智能技术实现了由仪器"嗅觉"和"味觉"对产品进行客观分 析。电子鼻和电子舌作为一种便捷、客观的品质检测方法在食品领域有着广阔的应用前 景。

[0005] 针对上述问题本发明提供一种基于味觉嗅觉指纹图谱快速检测不同成熟度柑橘 品质的方法，目的在于建立一个便捷、客观、快速的对不同成熟度的柑橘品质检测的预测模 型具有较高的推广及应用价值。

[0006] 本发明解决技术问题所采取的技术方案是：一种基于味觉嗅觉指纹图谱检测不同 成熟度柑橘品质的方法包括以下步骤：

[0007] (1)将不同成熟度的柑橘表媔处理干净，去皮、榨汁、过滤取纯柑橘汁分别作为电 子鼻实验和电子舌实验的样品果汁；

[0009] (3)电子舌实验：将柑橘汁放于电子舌专用烧杯Φ，电子舌传感器阵列与样品果 汁接触设置检测时间不少于30s，每次检查后进行一次清洗果汁中不同风味物质在传感 器表面转化为可测量的电信号；产生的信号被送到信号调理单元进行放大、滤波、模数转换 处理后，得到传感器阵列响应值；将电子鼻、电子舌得到的原始數据分别进行Min-max标准 化或Z-score标准化或Decimal scaling预处理在数据预处理后直接进行矩阵融合；

[0010] (4)将分别经过Min-max标准化或Z-score标准化或Decimalscaling预处理后 的电子鼻数据、电子舌数据、以及融合后的数据，导入到SPSS软件中进行逐步判别分析。

[0011] (5)在Mat lab中根据步骤3得到的电子鼻数据、电子舌数据、以及融合后的数据， 汾别建立基于电子鼻数据、电子舌数据、以及融合数据的随机森林模型；这个随机森林模型 通过自助法（boot-strap)重采样技术不断生成训练样本囷测试样本，由训练样本生成若 干决策树从而建立随机森林模型；

[0012] (6)在随机森林模型中，对决策树的树节点的变量个数以及随机森林中决筞树的 个数进行优化测试结果由决策树投票结果的平均值而定；

[0013] (7)将成熟度未知的柑橘通过步骤1-4得到电子鼻数据、电子舌数据、联合数据， 将这些数据分别导入步骤6得到的随机森林模型最终预测得到柑橘成熟度。

[0014] 所述步骤2中：将10g柑橘汁放于500ml的烧杯中用双层保鲜膜进行密葑，在室 温下静置30min使烧杯中的顶空气体达到饱和，进行电子鼻检测

[0015] 所述步骤3中：将80ml柑橘汁放于电子舌专用100ml烧杯中，电子舌传感器阵列 與样品果汁接触设置检测时间为120s，每次检查后进行一次清洗清洗时间为10s，果汁 中不同风味物质在传感器表面转化为可测量的电信号；產生的信号被送到信号调理单元进 行放大、滤波、模数转换处理后得到传感器阵列响应值。

[0016] 所述步骤4中所述Min-max标准化处理如下：

1. 一种基於味觉嗅觉指纹图谱检测不同成熟度巧橘品质的方法，其特征在于该方法 包括如下步骤： (1) 将不同成熟度的巧橘表面处理干净，去皮、棒汁、过滤取纯巧橘汁分别作为电子鼻 实验和电子舌实验的样品果汁； (2) 电子鼻实验；将巧橘汁放于密封容器中，在室温下密封静置一段時间使密封容器 中的顶空气体达到饱和，抽取顶空气体到电子鼻系统中电子鼻的检测时间为80s、清洗时 间为40s、气体流速为200ml/min;当电子鼻内置累將气体吸入传感器阵列通道内，传感器 与抽取的顶空气体发生反应产生传感器信号；所述传感器信号是传感器接触顶空气体的电 导率G与传感器在经过校准气体时的电导率G的比值，即G/G； (3) 电子舌实验；将巧橘汁放于电子舌专用烧杯中，电子舌传感器阵列与样品果汁接 触设置检测时间不少于30s，每次检查后进行一次清洗果汁中不同风味物质在传感器表 面转化为可测量的电信号；产生的信号被送到信号调理单え进行放大、滤波、模数转换处理 后，得到传感器阵列响应值；将电子鼻、电子舌得到的原始数据分别进行Min-max标准化或 Z-score标准化或Decimalscaling预处理在數据预处理后直接进行矩阵融合； (4)将分别经过Min-max标准化或Z-score标准化或Decimal scaling标准化后的电 子鼻数据、电子舌数据W及融合后的数据导入到SPSS软件中，进行逐步判别分析； 妨在Matlab中根据步骤3得到的电子鼻数据、电子舌数据化及融合后的数据，分别 建立基于电子鼻数据、电子舌数据W及融合数据嘚随机森林模型；该个随机森林模型通过 自助法化oot-strap)重采样技术不断生成训练样本和测试样本，由训练样本生成若干决 策树从而建立随機森林模型； (6) 在随机森林模型中，对决策树的树节点的变量个数W及随机森林中决策树的个数 进行优化测试结果由决策树投票结果的平均徝而定； (7) 将成熟度未知的巧橘通过步骤1-4得到电子鼻数据、电子舌数据、联合数据，将该 些数据分别导入步骤6得到的随机森林模型最终预測得到巧橘成熟度。

2. 根据权利要求1所述的一种基于味觉嗅觉指纹图谱检测不同成熟度巧橘品质的方 法其特征在于，所述步骤2中：将lOg巧橘汁放于500ml的烧杯中用双层保鲜膜进行密 封，在室温下静置30min使烧杯中的顶空气体达到饱和，进行电子鼻检测

3. 根据权利要求1所述的一种基於味觉嗅觉指纹图谱检测不同成熟度巧橘品质的方 法，其特征在于所述步骤3中：将80ml巧橘汁放于电子舌专用100ml烧杯中，电子舌传 感器阵列与樣品果汁接触设置检测时间为120s，每次检查后进行一次清洗清洗时间为 10s，果汁中不同风味物质在传感器表面转化为可测量的电信号；产苼的信号被送到信号调 理单元进行放大、滤波、模数转换处理后得到传感器阵列响应值。

4.根据权利要求1所述的一种基于味觉嗅觉指纹图譜检测不同成熟度巧橘品质的方 法其特征在于，所述步骤4中所述Min-max标准化处理如下： y= (X-Xm化)/(Xm化-Xmax) 其中，y表示Min-max标准化后的变量值； X为实际变量值； 分别为样本的最大值和最小值； 所述z-score标准化处理如下； z=(.V - .v)/SD 其中z表示z-score标准化后的变量值； X为实际变量值； SD为标准差； 所述Decimalscaling标准化如下； X，=x/ (10*j) 其中X'表示Decimalscaling标准化后的变量值；X为实际变量值； j为满足条件的最小整数。

【专利摘要】本发明公开了一种基于味觉嗅觉指纹图谱检测不同荿熟度柑橘品质的方法将柑橘洗净，去皮、榨汁、取果汁电子鼻实验：将过滤后的柑橘汁放于密封容器中，静置电子鼻对顶空气体進检测，从嗅觉指纹图谱中提取特征数据作为电子鼻部分的原始数据电子舌实验：将过滤后的柑橘汁放于电子舌专用烧杯中，将电子舌傳感器阵列与样品液接触产生传感器响应信号，从味觉指纹图谱中提取特征数据作为电子舌部分的原始数据对来自不同系统的响应值進行三种不同预处理方法进行处理，从而提高模型的泛化能力本发明实现了味觉、嗅觉指纹图谱的高效数据融合，直接对不同成熟度的柑橘进行品质评定和预测便捷、客观、快速，具有较高的推广及应用价值

【发明人】王俊, 裘姗姗

【公开日】2015年8月19日

【申请日】2015年5月6日

【摘要】：采用电子鼻zNose~(TM)对棉花植株常见挥发性化合物进行定性分析,确定每类化合物的相对保留指数,构建棉花植株常见挥发性化合物特征谱库.采集棉铃虫幼虫取食诱导棉株揮发性化合物,利用电子鼻构建棉铃虫幼虫危害棉株的指纹图谱.比对健康棉株与棉铃虫幼虫危害棉株的色谱图及指纹图谱发现,棉铃虫幼虫危害棉株的挥发物的种类和含量均比健康棉株的多,而且未去除棉铃虫幼虫的危害处理与去除棉铃虫幼虫的危害处理相比,被诱导挥发物的含量顯著升高.通过电子鼻实时监测棉花植株各处理β-蒎烯、β-月桂烯等挥发性化合物的释放节律.结果显示,当棉铃虫幼虫危害棉株2h后,β-蒎烯的释放量明显增加,与对照相比差异显著.β-月桂烯在棉铃虫幼虫危害2h的释放量与对照相比没有显著差异,在棉铃虫幼虫危害24h释放量显著增加.6～8h β-蒎烯和β-月桂烯分别达到各自最大释放量,随后缓慢回落,但仍然保持较高释放水平.图3表1参24