新春佳節即將到來,在走親訪友的禮品少不了人參的身影。一株小小的人參(又名野山參),年齡和等級不同,價格差異也很大。關于人參的年份和品質,該如何鑒定呢?
在中國科學院長春光學精密機械與物理研究所(以下簡稱長春光機所)先進光譜技術與應用實驗室里,有一個看似平平無奇的檢測箱,科研人員將幾棵野山參放入檢測箱內,經過特制的光學鏡頭對野山參進行掃描、拍照等一番操作后,就可以精準獲取這幾棵野山參的來源、年份、道地性及品質等信息。
野山參智能分級鑒定系統的鑒定結果 受訪者供圖
這個檢測箱是由長春光機所科研人員自主研發的野山參智能分級鑒定系統。作為該系統的主要開發者,長春光機所研究員譚鑫告訴《中國科學報》:“從理論上講,只要有對應的數據庫,這套系統就能夠實現任意一株野山參的檢測鑒定。”
鑒定時間不到1分鐘
在《本草綱目》中,野山參被稱為“神草”,味甘微寒,主補五臟、安精神、定魂魄、止驚悸、除邪氣,明目開心益智,久服輕身延年。這讓野山參成為非常珍貴的一味中藥材,也是公認的最佳補品之一。
傳統的野山參鑒定方法主要看“五形”,識“六體”。這里的“五形”是指須、蘆、皮、紋、體,“六體”則指靈、笨、老、嫩、橫、順。
市場上,野山參以單顆交易為主,其價值主要取決于野山參的“五形六體”、年份等因素。譚鑫指出:“野山參的鑒定大多以人為主觀判別和有損方式檢測為主,存在判斷標準不一,對野山參造成破損等情況,影響了野山參產業的發展。”
譚鑫團隊開發的野山參智能分級鑒定系統的特點和優勢是能夠實現原位、實時、非接觸無破損的多種類型信息的高精度檢測。
他介紹,這套野山參智能分級鑒定系統依據《野山參鑒定及分等質量》國家標準里的相關指標和傳統野山參“五形六體”的鑒定方法,利用高光譜成像技術,找到不同參齡、等級的光譜差異敏感區域及導致光譜差異的表面關聯分布特征,再結合機器學習,優選出預測模型并建立鑒定方法,從而對野山參實現客觀無損的鑒定。
在對野山參特征圖譜進行數據采集時,研究人員采集的野山參樣本量達16000多顆,使一顆野山參的鑒定時間縮減至不到1分鐘。
時間緊 任務重
近年來,吉林省委、省政府高度重視人參產業發展,出臺了一系列政策文件,并實施相關科技攻關立項。譚鑫告訴記者,接到“野山參智能分級鑒定系統”項目任務時發現,開發時間竟然只有一個月。時間緊、任務重。
“中藥材的道地性、年份、品質等檢測是表型組學信息采集技術的具體應用之一。”譚新介紹,團隊自2018年開始依托長春光機所的全國產化自主光電器件、模塊、設備、系統等全鏈條的研制平臺,從事表型組學信息采集及處理方向的研究工作,并在多模態作物表型組學采集及處理等方面取得了不錯的成果。
自2019年開始,譚鑫團隊與長春中醫藥大學、天津中醫藥大學、吉林農業大學、中國農業科學院等單位合作,開展了金銀花、黃芪、野山參等中藥材道地性、品質、農殘等的無損、快速檢測技術研究,為開發野山參智能分級鑒定系統積累了技術基礎。
然而,在開發野山參智能分級鑒定系統的過程中,譚鑫團隊也遇到了一些困難。
“野山參數量稀少,在構建智能分級鑒定設備的數據庫過程中,存在樣本量不足的問題。”譚鑫說,“在吉林省農業農村廳的統籌協調下,在一個月時間內,我們分別在通化市通化縣、延吉市、白山市撫松縣、集安市清河縣實地開展了16000余顆野山參的樣本采樣工作,構建了覆蓋面廣、特征信息豐富、精度高的數據庫。”
一個月的時間要實現從無到有的突破,對譚新團隊來說并不容易。“‘軍令狀’已經立下,不僅要確保產品及時問世,還得好用,我們面臨著很大的壓力。”譚新回憶說,“團隊連續加班趕工,終于開發出野山參智能分級鑒定系統的樣機,并通過初步驗收。
譚鑫透露,目前已有吉林省產品質量監督檢驗院、吉林省中研人參檢驗檢測有限公司、吉林撫松人參質量檢測中心等人參檢測領域的機構和企業向團隊提出了產品購買意向。
高光譜圖像技術應用廣
“高光譜圖像技術,是開發野山參智能分級鑒定系統用到的一項關鍵技術。”譚鑫告訴《中國科學報》。
據了解,利用高光譜圖像技術研制的高光譜傳感器可以搭載在不同空間平臺上,在電磁波譜的紫外、可見光、近紅外和中紅外區域,以數十至數百個連續且細分的光譜波段對目標區域同時成像。高光譜傳感器在獲得目標表面圖像信息的同時,也獲得其光譜信息,實現光譜與圖像的結合,從而獲得更多的光譜空間信息。
“與傳統圖像信息技術相比,高光譜圖像具有波段多、波段窄、信息量大、精度高、圖譜合一等特性。”譚新表示,高光譜圖像技術所具有的影響及發展潛力,是以往技術的各個發展階段所不可比擬的,目前已廣泛應用于醫藥、化工、環境、食品等眾多領域。
比如,隨著我國環境狀況改善,水質監測逐步向水生態監測轉變,譚新團隊開發的“空-地一體化立體協同水生態監測系統”依托低空無人機平臺、水面無人船平臺搭載自主開發的高光譜設備及相關數據庫,可實現國標要求7種水質參數濃度測量,提高了水質監測的覆蓋范圍和效率。
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