一种基于太赫兹融合光谱和改进FusedLasso模型的转基因菜籽油鉴别方法

本发明属于太赫兹光谱检测，具体涉及一种基于太赫兹融合光谱和改进fused lasso模型的转基因菜籽油鉴别方法。

背景技术：

1、我国是世界第一大菜籽油生产国和消费国，菜籽油在国民经济和人民生活中占据着重要的地位。菜籽油富含不饱和脂肪酸、维生素e和磷脂等多种营养成分，具有降低胆固醇、保护心血管健康、提供人体必要的营养成分等作用。随着转基因技术的迅速发展，转基因作物得到大量种植，根据权威数据显示，2022年转基因油菜种植面积占全球油菜作物种植面积的23.8％。目前我国尚未批准转基因油菜商业化种植，但批准了部分转基因油菜籽的进口，主要用于生产菜籽油。转基因菜籽油已成为生活中常见的食用油，但截至目前没有任何研究能够彻底否认转基因产品的潜在危害，比如可能会产生对人体健康有害的物质，例如毒素、过敏原等。公众对于转基因产品的态度也存在争议。中华人民共和国农业农村部《农业转基因生物标识管理办法》中规定：“转基因农产品的直接加工品，标注为‘转基因××加工品(制成品)’或者‘加工原料为转基因××’。”市面上不注明转基因标示或将转基因产品标识为非转基因的行为屡见不鲜，因此对转基因菜籽油的鉴别具有重要的现实意义。

2、目前常见的转基因检测技术主要有外源核酸检测和外源蛋白检测两类。前者主要有定性聚合酶链式反应(pcr)、定量聚合酶链式反应(qpcr)，环介导等温扩增(lamp)等技术。后者主要有酶联免疫吸附(elisa)、试纸条和western blot等检测技术。但以上方法对样品提取的质量要求高，预处理复杂，采样检测耗时较长且均为破坏性检测，不仅对检测人员的专业素质要求较高，而且难以适应在某些实际场合需要快速检测的应用需求。因此亟需建立一种新型的更快速、无损、高效、绿色的转基因菜籽油检测方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种快速、无损、高效的转基因菜籽油检测方法，弥补现有技术的不足，以实现转基因菜籽油的快速无损鉴别。

2、为实现上述目的，本发明采用的一种基于太赫兹融合光谱和改进fused lasso模型的转基因菜籽油鉴别方法，其包括以下步骤：

3、(1)：选取两种不同品牌的转基因菜籽油和非转基因菜籽油作为实验样品，实验样品架选择窗片材料为聚四氟乙烯薄膜的可拆卸液体池，并制作每种菜籽油的实验样品；

4、(2)：使用透射式太赫兹时域光谱系统对转基因和非转基因菜籽油样品进行检测得到其时域光谱数据集。利用快速傅里叶变换(fft)将得到的太赫兹时域谱转换为频域谱，频域光谱用于计算转基因和非转基因菜籽油的吸光度；

5、(3)：采用连续投影算法(spa)分别对菜籽油的太赫兹吸收光谱和导数光谱进行特征提取后融合，得到融合光谱；

6、(4)：改进正则化稀疏模型fused lasso用于转基因菜籽油的分类；

7、(5)：将菜籽油训练集样品的融合光谱输入到改进后的fused lasso模型进行训练；

8、(6)：将需要鉴别的菜籽油融合光谱数据集输入到训练好的改进fused lasso模型进行鉴别，并输出鉴别结果。

9、进一步的，所述实验样品选择了两种转基因菜籽油和两种非转基因菜籽油，所有油样均为具有国家质量监督检验检疫认证的合格产品，并在室温避光环境下储存以防变质和氧化。实验样品架选择窗片材料为聚四氟乙烯薄膜的可拆卸液体池，窗片的厚度为0.5mm，窗片中心为面积270mm2的椭圆孔。每次制样采用移液枪吸取2ml的油样，沿液体池壁轻推注射器，将油样缓慢注满液体池，以避免气泡的产生。

10、进一步的，所述太赫兹时域光谱系统采用中国华讯方舟科技有限公司生产的太赫兹时域光谱系统cct-1800对制好的菜籽油样品进行检测，获得4种菜籽油的太赫兹光谱数据集。

11、进一步的，所述特征提取过程中，首先对菜籽油的太赫兹吸收光谱求取一阶导数得到导数光谱，利用连续投影算法(spa)分别对吸收光谱和导数光谱进行特征提取，然后对提取的特征归一化后进行融合得到融合光谱。

12、进一步的，所述改进过程首先采用一对一(ovo)的方法将二分类方法fused lasso改进为多分类，然后引入贝叶斯优化(bo)算法对fused lasso的正则化参数寻优，得到改进模型bo-fused lasso。

13、进一步的，所述模型训练过程从菜籽油融合光谱数据集中随机选取2/3的数据作为训练集，输入到改进fused lasso模型中进行训练得到最佳分类鉴别模型。

14、进一步的，所述测试过程将菜籽油融合光谱数据集中剩下的1/3数据作为测试集输入到改进fused lasso模型中进行分类鉴别，并输出鉴别结果。

15、本发明的优点在于：

16、(1)太赫兹时域光谱技术具有无损性、指纹性和低能性等优点。采用太赫兹光谱系统对转基因和非转基因菜籽油检测不会对样品造成破坏，检测过程快速简便、准确高效。

17、(2)采用太赫兹融合光谱相比单一光谱数据维度更少，包含信息更多，提高了分类精度和建模效率，结合改进的fused lasso模型能够实现对转基因和非转基因菜籽油的准确鉴别。

18、(3)本发明使用的太赫兹时域光谱系统操作简单，装置使用安全，没有辐射危害，不会对环境造成污染。

技术特征：

1.一种基于太赫兹融合光谱和改进fused lasso模型的转基因菜籽油鉴别方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于太赫兹融合光谱和改进fused lasso模型的转基因菜籽油鉴别方法，其特征在于，上述步骤(1)中选择了两种转基因菜籽油和两种非转基因菜籽油作为实验样品，所有油样均为具有国家质量监督检验检疫认证的合格产品，并在室温避光环境下储存以防变质和氧化。实验样品架选择窗片材料为聚四氟乙烯薄膜的可拆卸液体池，窗片的厚度为0.5mm，窗片中心为面积270mm2的椭圆孔。每次制样采用移液枪吸取2ml的油样，沿液体池壁轻推注射器，将油样缓慢注满液体池，以避免气泡的产生。

3.根据权利要求1所述的一种基于太赫兹融合光谱和改进fused lasso模型的转基因菜籽油鉴别方法，其特征在于，上述步骤(2)中采用中国华讯方舟科技有限公司生产的太赫兹时域光谱系统cct-1800对制备好的菜籽油样品进行检测，得到太赫兹时域光谱参考信号eref(t)和样品信号esam(t)，利用快速傅里叶变换(fft)转换为频域参考信号eref(ω)和样品信号esam(ω)，并根据频域信号利用如下公式计算样品的吸光度：

4.根据权利要求1所述的一种基于太赫兹融合光谱和改进fused lasso模型的转基因菜籽油鉴别方法，其特征在于，上述步骤(3)中首先对菜籽油的太赫兹吸收光谱求取一阶导数得到导数光谱，然后利用连续投影算法(spa)分别对吸收光谱和导数光谱进行特征提取，选取吸收光谱30个频率点和导数光谱62个频率点为最优频率点数，然后对提取的特征进行融合得到融合光谱。

5.根据权利要求1所述的一种基于太赫兹融合光谱和改进fused lasso模型的转基因菜籽油鉴别方法，其特征在于，上述步骤(4)中首先采用一对一(ovo)的方法将二分类方法fused lasso改进为多分类，以用于4种菜籽油的分类，然后引入贝叶斯优化(bo)算法对fused lasso的l1罚和融合罚的正则化参数寻优，得到改进模型bo-fused lasso。fusedlasso的函数形式如下式所示：

6.根据权利要求1所述的一种基于太赫兹融合光谱和改进fused lasso模型的转基因菜籽油鉴别方法，其特征在于，上述步骤(5)中从菜籽油融合光谱数据集中随机选取2/3的数据作为训练集，输入到改进fused lasso模型中进行训练得到最佳分类鉴别模型。

7.根据权利要求1所述的一种基于太赫兹融合光谱和改进fused lasso模型的转基因菜籽油鉴别方法，其特征在于，上述步骤(6)中将不同种类菜籽油融合光谱数据集中剩下的1/3数据作为测试集输入到改进fused lasso模型中进行分类鉴别，并输出鉴别结果。

技术总结本发明公开了一种基于太赫兹融合光谱和改进Fused Lasso模型的转基因菜籽油鉴别方法，利用太赫兹时域光谱系统对转基因和非转基因菜籽油检测得到其太赫兹吸收光谱，并采用连续投影算法(SPA)对菜籽油的吸收光谱和导数光谱进行特征提取后融合得到融合光谱。引入特征选择和分类为一体的正则化稀疏模型Fused Lasso，采用一对一(OVO)方法将其改进为多分类模型并采用贝叶斯优化(BO)算法对其正则化参数寻优，得到改进模型BO‑Fused Lasso。将菜籽油的太赫兹融合光谱输入到改进的Fused Lasso模型中能有效的区分转基因和非转基因菜籽油，训练集准确率为96.88％，测试集准确率为95％。本发明所述方法能够有效地对转基因和非转基因菜籽油进行快速无损准确的鉴别，为转基因菜籽油的鉴别提供一种新的方法。技术研发人员：陈涛,谢光翀,张活,王月娥,殷贤华,许川佩受保护的技术使用者：桂林电子科技大学技术研发日：技术公布日：2024/10/17