有機蔬菜，是指在蔬菜生產(chǎn)過(guò)程中嚴格按照有機生產(chǎn)規程，禁止使用任何化學(xué)合成的農藥、化肥、生長(cháng)調節劑等化學(xué)物質(zhì)，以及基因工程生物及其產(chǎn)物，而是遵循自然規律和生態(tài)學(xué)原理，采取一系列可持續發(fā)展的農業(yè)技術(shù)，協(xié)調種植平衡，維持農業(yè)生態(tài)系統持續穩定，且經(jīng)過(guò)有機食品認證機構鑒定認證，并頒發(fā)有機食品證書(shū)的蔬菜產(chǎn)品。
關(guān)于如何快速鑒別有機蔬菜與非有機蔬菜，光譜儀器的應用提供了新的思路。一起來(lái)了解一下今日推薦的文章。
使用 VIS-NIR 光譜儀通過(guò)特征波長(cháng)和線(xiàn)性判別分析法快速區分有機和非有機葉菜
（空心菜、莧菜、生菜和小白菜）
當前有機葉類(lèi)蔬菜面臨著(zhù)可能被非有機產(chǎn)品替代以及容易脫水和變質(zhì)的挑戰。為了解決這些問(wèn)題，本研究采用ASD FieldSpec 4 便攜式地物光譜儀 結合線(xiàn)性判別分析 (LDA) 來(lái)快速區分有機和非有機葉菜。有機類(lèi)包括有機空心菜 (Ipomoea Aquatica Forsskal)、莧菜 (Amaranthus tricolor L.)、生菜 (Lactuca sativa var. ramosa Hort.) 和小白菜 (Brassica rapa var. chinensis (Linnaeus) Kitamura)，而非有機類(lèi)別由四種對應的非有機類(lèi)別組成。分別對這些蔬菜的葉子和莖的反射光譜進(jìn)行二元分類(lèi)。鑒于 VIS-NIR 光譜范圍廣泛，使用穩定性選擇 (SS)、隨機森林 (RF) 和方差分析 (ANOVA) 來(lái)評估遺傳算法 (GA) 選擇的波長(cháng)的重要性。根據GA選擇的波長(cháng)及其SS評估值和位置，葉片光譜分類(lèi)的顯著(zhù)波段為550-910 nm和1380-1500 nm，而莖光譜分類(lèi)的顯著(zhù)波段為750-900 nm和1700-1820 nm。在LDA分類(lèi)中使用這些選定的波段，分類(lèi)精度達到了95%以上。
本研究所選取的葉類(lèi)蔬菜用蒸餾水進(jìn)行了嚴格的清洗，以有效消除其表面雜質(zhì)，并在開(kāi)始光譜測量之前進(jìn)行了干燥處理。為了防止蔬菜變質(zhì)，在不參與實(shí)驗時(shí)，將其儲存在溫度為 4°C 的冷藏裝置中。葉片和莖類(lèi)樣品的反射光譜在實(shí)驗室中通過(guò)ASD系統直接測量，沒(méi)有使用化學(xué)試劑和其他預處理。
ASD地物光譜儀系統實(shí)驗平臺
對于本研究，僅使用了400 nm到2500 nm之間的反射值。針對四種不同類(lèi)別的葉菜，包括有機和非有機品種，共獲取了100個(gè)反射光譜。這些反射光譜是從不同樣品的不同位置獲取。每個(gè)單獨的光譜是通過(guò)對相應樣品的五次掃描數據進(jìn)行平均得到的。
四種葉菜的可見(jiàn)光和近紅外反射光譜；綠色曲線(xiàn)（有機）；紅色曲線(xiàn)（非有機）
葉類(lèi)蔬菜的葉和莖的可見(jiàn)光和近紅外反射光譜
根據遺傳算法選擇的波長(cháng)（所有點(diǎn)）得出的所選波段，以及通過(guò)穩定性選擇方法評估的前 10 個(gè)顯著(zhù)波長(cháng)（紅點(diǎn)）的位置
(a) 葉片光譜（550–910 nm和1380–1500 nm）
(b) 莖光譜（750–900 nm和1700–1820 nm）
【結論】
本研究結合了可見(jiàn)光和近紅外光譜學(xué)、波長(cháng)選擇方法以及線(xiàn)性判別分析，成功地實(shí)現了對有機葉菜和非有機對應物的快速區分。通過(guò)分析遺傳算法選取的波長(cháng)分布和最顯著(zhù)波長(cháng)的分布，我們明確確定了適用于葉片和莖的關(guān)鍵光譜帶，這些帶包括了550–910 nm和1380–1500 nm以及750–900 nm和1700–1820 nm的范圍。利用這些光譜帶進(jìn)行分類(lèi)，我們取得了98.3%的高準確度。研究還揭示了特定波長(cháng)對葉片和莖的光譜分類(lèi)有著(zhù)顯著(zhù)影響，例如在700 nm、820 nm和1400 nm附近的波長(cháng)對葉片分類(lèi)的影響顯著(zhù)，而在800 nm、1780 nm和2400 nm附近的波長(cháng)對莖分類(lèi)起到了重要作用。此外，我們發(fā)現穩定選擇方法在評估波長(cháng)重要性和分類(lèi)結果方面表現優(yōu)異。這項研究提供了一種經(jīng)濟、快速、無(wú)損傷的方法來(lái)識別有機葉菜，未來(lái)的研究可以進(jìn)一步改進(jìn)分類(lèi)模型，并將該技術(shù)擴展到其他有機葉菜的識別中，從而為農產(chǎn)品質(zhì)量和認證領(lǐng)域的發(fā)展提供了重要的參考。
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