Jun
2022
1、前言/背景:
国标GB/T 1355-2021中对不同等级面粉的水分、灰分、面筋均提出了明确要求;同时,蛋白和吸水率也是衡量面粉质量的重要指标。传统检测方法对操作人员要求较高、耗时长,无法适应工厂繁重的检测需求。近红外光谱分析法具有快速、无损的特点,能够在几分钟内实现样品化学成分的检测,操作简单方便且不需要消耗其它分析试剂,十分适合作为实验室大量样品常规理化检测的替代方法。本案例应用于面粉产品质量监控环节,以面粉的水分、灰分、面筋、蛋白、吸水率作为评价指标进行面粉质量判定。
2、设备及方法
2.1 样品信息
检测对象:面粉
2.2 设备信息:
机型:设备型号IAS-3120,采用透反射检测原理测量液体。适用于颗粒、粉末、液体等样品的离线检测。同时便携式设计和内置电池可以满足现场分析的检测需求。
IAS- 3120
2.3 安装环节/使用场景:
设备放置在面粉厂品控实验室,车间定时从生产线上取样后直接采用设备进行检测。
3、建模及分析
3.1样本光谱图
3.2建模指标
指标 | RMSECV | R2 |
水分 | 0.126 | 0.89 |
吸水率 | 0.97 | 0.9 |
蛋白 | 0.33 | 0.99 |
面筋 | 0.83 | 0.98 |
灰分(一、二粉) | 0.027 | 0.99 |
灰分(四粉) | 0.037 | 0.98 |
3.3建模结果分布
3.4模型实测:
下表显示预测结果及部分统计结果。
样品编号 | 水分参考值 | 近红外预测值 | 预测偏差 | 蛋白参考值 | 近红外预测值 | 预测偏差 |
01 | 14.4 | 14.43 | 0.03 | 14.7 | 14.42 | -0.28 |
02 | 13.7 | 13.92 | 0.22 | 11 | 11.07 | 0.07 |
03 | 14.6 | 14.50 | -0.10 | 10.2 | 10.40 | 0.20 |
04 | 13.9 | 13.81 | -0.09 | 11 | 10.90 | -0.10 |
05 | 13.9 | 13.81 | -0.09 | 11 | 10.96 | -0.04 |
06 | 14.5 | 14.46 | -0.04 | 14.9 | 14.70 | -0.20 |
07 | 14.5 | 14.46 | -0.04 | 14.9 | 14.80 | -0.10 |
08 | 14.3 | 14.39 | 0.09 | 14 | 13.63 | -0.37 |
09 | 14.2 | 14.17 | -0.03 | 14 | 13.89 | -0.11 |
10 | 14.2 | 14.16 | -0.04 | 10.3 | 10.32 | 0.02 |
样品编号 | 面筋参考值 | 近红外预测值 | 预测偏差 | 灰分参考值 | 近红外预测值 | 预测偏差 |
01 | 38.6 | 39.15 | 0.55 | 0.43 | 0.449 | 0.019 |
02 | 30.8 | 31.83 | 1.03 | 0.43 | 0.402 | -0.028 |
03 | 30.8 | 31.17 | 0.37 | 0.7 | 0.699 | -0.001 |
04 | 31.1 | 30.01 | -1.09 | 0.39 | 0.388 | -0.002 |
05 | 31.1 | 30.79 | -0.32 | 0.38 | 0.374 | -0.006 |
06 | 31.1 | 31.80 | 0.70 | 0.64 | 0.638 | -0.002 |
07 | 30.9 | 32.22 | 1.32 | 0.64 | 0.668 | 0.028 |
08 | 30.9 | 30.54 | -0.36 | 1.42 | 1.401 | -0.019 |
09 | 40 | 39.18 | -0.82 | 1.83 | 1.817 | -0.013 |
10 | 29.7 | 29.68 | -0.02 | 1.16 | 1.152 | -0.008 |
样品编号 | 吸水率参考值 | 近红外预测值 | 预测偏差 | |||
01 | 64.8 | 65.10 | 0.30 | |||
02 | 64.8 | 65.36 | 0.56 | |||
03 | 63.2 | 63.01 | -0.19 | |||
04 | 63.2 | 62.67 | -0.53 | |||
05 | 59.1 | 60.19 | 1.09 | |||
06 | 59.1 | 60.11 | 1.01 | |||
07 | 58.7 | 59.17 | 0.47 | |||
08 | 58.7 | 58.99 | 0.29 | |||
09 | 63.9 | 63.44 | -0.46 | |||
10 | 63.9 | 63.64 | -0.26 |
3.5建模总结
1) 准确性:根据建模指标显示,光谱与水分、蛋白、灰分、面筋、吸水率指标有较强的相关性,R²均达到了0.9以上。水分模型的预测精度为:约68%的样本预测值与真实值的偏差在±0.126%内,约95%的预测偏差在±0.25%以内;蛋白模型的预测精度为:约68%的样本预测值与真实值的偏差在±0.33%内,约95%的预测偏差在±0.65%以内;面筋模型的预测精度为:约68%的样本预测值与真实值的偏差在±0.83%内,约95%的预测偏差在±1.65%以内;灰分(一、二粉)模型的预测精度为:约68%的样本预测值与真实值的偏差在±0.027%内,约95%的预测偏差在±0.055%以内;灰分(四粉)模型的预测精度为:约68%的样本预测值与真实值的偏差在±0.037%内,约95%的预测偏差在±0.075%以内;吸水率模型的预测精度为:约68%的样本预测值与真实值的偏差在±0.97%内,约95%的预测偏差在±2.0%以内。
4、总结与展望:
4.1 应用总结
该应用基于IAS-3120便携式近红外在线光谱仪,离线检测面粉样品光谱,根据模型指标可知,依据光谱快速检测面粉的水分、蛋白、灰分、面筋、吸水率具有可行性,且模型的准确性均达到业内较高的水平,满足客户的实际需求。
4.2优势总结
1) 设备特点:IAS-3120可在1分钟内同时分析多个指标参数,无需专业人员即可一键输出多指标检测结果。适用于颗粒、粉末、液体等样品的离线检测。同时便携式设计和内置电池可以满足现场分析的检测需求。
2) 检测对象与指标:IAS-3120作为便携式检测设备,适用场景多样。此外该产品除了检测水分、蛋白、灰分、面筋、吸水率外还可以检测样本的沉降值、破损淀粉等指标,客户可以根据自身需求定制相应的检测模型。
3) 价值创造:IAS-3120的检测为客户面粉质量控制节省大量的时间、人力、物力的同时,全面提高生产效益。