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蓮子淀粉的新視角:高光譜成像與哪吒藕身的文化探索

今年春節檔電影票房冠軍《哪吒之魔童鬧海》以其精良的特效和引人入勝的劇情贏得了觀眾的喜愛。影片開篇,太乙真人費盡心力,以蓮藕為原材料為哪吒和敖丙重塑了肉身,故事由此展開了序幕。

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圖源:@電影哪吒之魔童鬧海

那么,被選中的蓮藕究竟有何特別之處呢?

蓮藕的生命周期可謂是一場精彩的奉獻之旅。從萌芽、展葉到開花、結實,再到長藕和休眠,每個階段都在為人類創造價值。從營養學的角度來看,蓮藕堪稱大自然的饋贈。它富含淀粉、糖類、蛋白質和礦物質等多種營養成分。其中,淀粉作為蓮藕的主要成分,不僅為人體提供必需的能量,更是決定蓮藕口感的關鍵因素。研究發現,粉質蓮藕與脆質蓮藕在淀粉組成上存在顯著差異:粉質蓮藕的支鏈淀粉與直鏈淀粉比例明顯較高,這種獨特的淀粉結構直接影響著蓮藕的質地和口感。

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類似的規律也體現在蓮子中,直鏈淀粉含量的變化會顯著影響蓮子的吸水性、膨脹性等物理特性,進而決定其品質優劣。

為了更精準地研究蓮子的品質特性,采用先進的高光譜成像技術進行研究。高光譜成像技術是一種能獲取豐富光譜和圖像信息的無損檢測技術,這項技術不僅能無損檢測農產品的外部特征,更能深入探究其內部成分的物理化學信息。直鏈淀粉是D-葡萄糖基以a-(1,4)糖苷鍵連接的多糖鏈,在可見近紅外光譜范圍具有響應。

研究技術路線圖

高光譜成像系統主要包含部件有高光譜成像儀、光源、載物臺、黑箱以及高光譜數據采集軟件等。

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實驗室高光譜成像系統

鮮蓮的高光譜圖像

蓮子原始光譜曲線圖

通過對蓮子高光譜圖像的分析,研究人員發現500nm-920nm波段存在明顯的吸收特征,這些特征與直鏈淀粉分子中的C-H、O-H基團密切相關。表1所示為全波段光譜數據經過RC,SPA和CARS提取的特征波段。通過對比表1和表2中的數據可知,經過SPA特征提取后選擇的波段為449.5nm、464.1nm、500.6nm、582.7nm、644.3nm、756.1nm、812.4nm、872.3nm、977.6nm共9個特征波長,其中,波段在500nm-920nm處存在較為明顯的吸收,它們可能與直鏈淀粉分子中的C-H基團的四級倍頻,O-H二級倍頻,O-H一級倍頻有關,表明了特征波段可以準確地反映出蓮子內直鏈淀粉含量的變化。

表1 三種不同特征提取方法所得特征波段

表2 基于不同特征波長的直鏈淀粉檢測PLS模型

在定量模型的對比試驗中,本文通過MSC-SPA處理過的光譜數據和蓮子直鏈淀粉含量分別建立了PLSR,PCR,SVM,LS-SVM模型,對比上述建立的四種模型的RC,RMSEC,RMSEP,RP,RPD值,判斷結果如表3所示。

表3不同處理方式和預測模型的比較

模型的建立不僅為蓮子品質的快速檢測提供了科學依據,也為其他農產品的質量評估開辟了新的研究路徑。從電影中的神奇蓮藕到現實中的營養寶庫,再到高科技的品質檢測,蓮藕的故事仍在繼續,等待著我們進一步探索和發現。


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