基于三维荧光光谱的白酒分类鉴别系统研究

中国名优白酒作为世界知名品牌,多年来一直受假冒白酒的侵害。多年前就曾出现过山西假汾酒事件,使得很多消费者失明甚至死亡。近年来虽然工业酒精勾兑的假酒已经销声匿迹,但是用食用酒精勾兑的假白酒仍然常见报道。如何区分和鉴别中国白酒,越来越受到人们的关注。现在检验中国白酒的方法主要有两类:一类是采用感官品尝的方法,二是采用色谱分析的方法。但前者费时、费力,限制了其在工业生产及在流通领域的广泛应用。因此建立简单、快速的白酒品质鉴定方法,对于杜绝市场上出现的假冒劣质名优白酒具有重要意义。 白酒在我国有着悠久的历史及灿烂的酒文化。多年来,人们一直在试图用光电仪器分析和鉴别白酒。但是,由于白酒体系中的成份过于复杂,目前主要还是通过人的感官对酒的品质和种类进行鉴定。我国的白酒检测技术虽然取得了很大的进步,但与国外的同行相比还有一定的差距,特别是在检测方法和检测设备方面。白酒尤其是国家名优白酒,由于其所用原、辅料及酿造工艺的原因,有着独特的风味。即各有独特的指纹特征。这种差别表现在其光谱特征上也有很大不同,所以可以利用光谱分析法来对白酒进行鉴别。 经过大量的研究发现:各香型的名优白酒中所含的香味成分种类几乎是相同的,但其量高低及它们之间的量比关系则不同。显然,对白酒中的数百种化学成分进行定量分析是不现实的也是没有必要的。光谱分析法具有宏观整体鉴定复杂体系的优点以及无损快速的特点,目前已广泛应用于材料、化学、生物、矿物宝石、公安法学等研究领域。近年来,光谱技术在食品鉴别方面的应用研究发展迅速。但大多采用二维红外光谱技术对食品进行鉴别,鉴别的精度有待进一步提高。 本文采用从白酒光谱整体着手的方法,测量其在200nm-500nm之间的不同波长激发光激发下的紫外荧光光谱,并采用绘图和数据分析软件将其合成为三维的荧光光谱图及等高线图。同时,我们还对白酒中主要单体物质的紫外荧光光谱进行了测量。经过将其与大量白酒三维荧光光谱进行比较研究,发现了各种单体物质对白酒荧光光谱的影响范围及其影响程度。从而,为白酒光谱的进一步细化研究奠定了重要基础。由此,我们首次提出采用白酒三维荧光光谱的三个特征参数对白酒进行分类研究。经过对不同品牌白酒三维荧光光谱的比较及参数的主成分析发现,提取三维荧光光谱的三个有效三维荧光光谱特征参数:波峰个数、波峰位置、最佳激发波长,可以有效的区分不同品牌的白酒。从而为白酒的鉴别的研究提出了新的方法。为了证明所选参数对白酒分类的有效性,本文运用了聚类分析方法对所提取数据进行聚类分析,聚类结果准确率达到96%以上。从而证明了,通过本文中的方法对白酒进行分类具有很高的准确性。同时,本文运用多种建模方法对提取的数据进行建模仿真,最终发现应用最小二乘支持向量机（LSSVM）对所提取的参数进行训练建模,可以快速准确的对白酒的种类进行有效的鉴别并且准确率最高。本文还采用了经典支持向量机（SVM）和概率神经网络（PNN）方法对同样的参数进行训练建模,以期与使用最小二乘支持向量机方法所得结果进行比较。经比较,采用最小二乘支持向量机可已得出比经典支持向量机和概率神经网络更为准确的分类鉴别结果。 最后,我们将提取到的所有白酒的参数数据及其相应的三维荧光光谱图存储并使用SQL Sever建立数据库。在此基础上,我们用VB语言开发了用于白酒三维荧光光谱及参数的查询比对系统以实现对新的未知白酒的鉴别区分。该系统的优点在于大大提高了对白酒鉴别的方便性、科学性和鉴别精度,可以方便的应用于工业生产及在流通领域的对白酒的鉴别之中。对于维护名优白酒的声誉,打击假冒伪劣以及保护人民群众的生命安全有着重要的意义。