





中国农业科学 ›› 2026, Vol. 59 ›› Issue (9): 1987-2001.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2026.09.011
王志高1(
), 李刘滨1, 许颖1, 鞠澄辉2, 何荣1(
)
收稿日期:2025-06-24
接受日期:2026-04-02
出版日期:2026-05-01
发布日期:2026-05-06
通信作者:
联系方式:
王志高,E-mail:zhigaowang@nufe.edu.cn。
基金资助:
WANG ZhiGao1(
), LI LiuBin1, XU Ying1, JU ChengHui2, HE Rong1(
)
Received:2025-06-24
Accepted:2026-04-02
Published:2026-05-01
Online:2026-05-06
摘要:
【目的】针对传统玉米破损比例检测方法(如手动挑选称重法、电动筛选器法等)耗时费力且无法满足储运过程中品质实时评估的需求,本研究提出一种基于图像处理与深度学习的玉米破损比例快速检测方法,并同步分析破损比例对玉米长距离运输储藏后品质变化的影响,旨在为玉米质量智能监测、风险预警及储运条件优化提供技术支撑与理论依据。【方法】以500张智能手机拍摄的原始玉米粒图像为数据源,利用图像处理技术(图像校正、图像预处理、图像分割以及面积提取),通过3种深度学习模型(Resnet50、Densenet121和ViT)的训练与评估,建立玉米破损比例快速预测模型;并通过模拟玉米“北粮南运”水、陆运输路线的温湿度条件,系统探究不同破损比例玉米(0—12%)储运后的品质变化规律。【结果】ViT模型在玉米破损籽粒识别中表现最优,准确率和精确率均达99%,预测值和真实值的平均绝对误差仅为0.45%,决定系数R2高达0.978。随着破损比例从0增至12%,水路和陆路玉米的理化特性指标均显著上升(P<0.05):水分含量分别增加1.384%和0.461%,脂肪酸值分别增加7.92和4.49 mg KOH/100 g,电导率分别升高6.72和4.66 μs·cm-1,丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量分别上升38.73%和19.22%;在营养品质方面,玉米蛋白质含量降低,淀粉含量呈先升后降再升的波动趋势,直链淀粉(amylose,AM)含量与支链淀粉(amylopectin,AP)含量比例失衡,糊化特性也发生显著改变。【结论】本研究为玉米破损比例的快速检测提供了可靠的技术手段,也为优化玉米储运条件、减缓品质劣变提供了科学依据。建议在“北粮南运”等长距离高湿度储运场景中将破损比例4%作为管控阈值,对超阈值批次实施优先分拣或保质处理,以减少粮食产后损失、保障我国粮食安全。
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表2
真实破损比例和预测破损比例误差分析"
| 编号 Number | 真实值 Actual value | 预测值 Predictive value | 绝对误差Absolute error (%) | 平均绝对误差 Mean absolute error (%) | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 完整质量 Total quality | 破损质量 Damage quality | 破损比例 Damage rate (%) | 完整质量 Total quality | 破损质量 Damage quality | 破损比例 Damage rate (%) | |||
| 1 | 20.107 | 0.446 | 2.17 | 19.978 | 0.495 | 2.42 | 0.25 | 0.45 |
| 2 | 22.485 | 1.047 | 4.45 | 22.133 | 1.104 | 4.75 | 0.30 | |
| 3 | 19.416 | 1.209 | 5.86 | 19.031 | 1.301 | 6.40 | 0.54 | |
| 4 | 21.728 | 1.838 | 7.80 | 20.969 | 1.945 | 8.49 | 0.69 | |
| 5 | 22.318 | 2.444 | 9.87 | 21.552 | 2.555 | 10.60 | 0.73 | |
| 6 | 25.714 | 3.427 | 11.76 | 25.526 | 3.333 | 11.55 | 0.21 | |
表3
不同破损比例玉米糊化特性变化"
| 路线 Route | 破损比例 Damage rate (%) | 峰值黏度 Peak viscosity (cP) | 最低黏度 Minimum viscosity (cP) | 最终黏度 Final viscosity (cP) | 衰减值 Attenuation value (cP) | 回生值 Revival value (cP) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 水路 Waterway | 0 | 2019±42ab | 1532±30ab | 2966±65ab | 487±23ab | 1434±39a |
| 2 | 2090±21a | 1565±10a | 3055±44a | 524±12a | 1489±39a | |
| 4 | 1961±46b | 1499±34ab | 2894±47ab | 462±13b | 1395±13ab | |
| 6 | 1870±8bc | 1442±16b | 2744±15b | 427±12b | 1302±22b | |
| 8 | 1768±19c | 1389±26bc | 2594±50bc | 379±9c | 1205±26bc | |
| 10 | 1719±35c | 1338±30bc | 2569±94bc | 380±17c | 1231±64bc | |
| 12 | 1686±47c | 1307±39c | 2444±72c | 379±15c | 1137±33c | |
| 陆路 Land route | 0 | 1637±38b | 1199±38a | 2340±37a | 438±1b | 1141±31a |
| 2 | 1655±37ab | 1217±44a | 2350±82a | 438±17b | 1133±54a | |
| 4 | 1606±60b | 1229±67a | 2419±65a | 377±13c | 1190±16a | |
| 6 | 1668±15ab | 1211±10a | 2357±93a | 456±5b | 1145±84a | |
| 8 | 1737±4ab | 1250±5a | 2481±24a | 487±8ab | 1231±21a | |
| 10 | 1672±20ab | 1236±12a | 2469±10a | 436±9b | 1233±2a | |
| 12 | 1762±72a | 1234±47a | 2465±58a | 528±26a | 1231±27a |
表4
水路玉米破损比例与各品质指标之间的相关性分析"
| 指标 Indicators | 破损比例 Damage rate | 水分含量 Moisture content | 脂肪酸值 Acid value | 电导率 Conductivity | 丙二醛 MDA | 蛋白含量 Protein content | 淀粉含量 Starch content | 直链淀粉 Amylose | 支链淀粉 AP |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 破损比例 Damage rate | 1 | ||||||||
| 水分含量 Moisture content | 0.933** | 1 | |||||||
| 脂肪酸值 Acid value | 0.977** | 0.897** | 1 | ||||||
| 电导率 Conductivity | 0.991** | 0.920** | 0.966** | 1 | |||||
| 丙二醛 MDA | 0.967** | 0.888** | 0.914** | 0.937** | 1 | ||||
| 蛋白含量 Protein content | -0.946** | -0.898** | -0.939** | -0.944** | -0.904** | 1 | |||
| 淀粉含量 Starch content | 0.352 | 0.337 | 0.466 | 0.406 | 0.324 | -0.498 | 1 | ||
| 直链淀粉 Amylose | 0.865* | 0.978** | 0.849* | 0.867* | 0.807* | -0.871* | 0.372 | 1 | |
| 支链淀粉 Amylopectin | -0.868* | 0.978** | -0.852* | -0.870* | -0.809* | 0.871* | -0.366 | -1** | 1 |
表5
陆路玉米破损比例与各品质指标之间的相关性分析"
| 指标 Indicator | 破损比例Damage rate | 水分含量Moisture content | 脂肪酸值Acid value | 电导率Conductivity | 丙二醛MDA | 蛋白含量Protein content | 淀粉含量Starch content | 直链淀粉Amylose | 支链淀粉Amylopectin |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 破损比例 Damage rate | 1 | ||||||||
| 水分含量 Moisture content | 0.824* | 1 | |||||||
| 脂肪酸值 Acid value | 0.983** | 0.837* | 1 | ||||||
| 电导率 Conductivity | 0.948** | 0.693 | 0.908** | 1 | |||||
| 丙二醛 MDA | 0.848* | 0.886** | 0.890** | 0.73 | 1 | ||||
| 蛋白含量 Protein content | -0.391 | -0.358 | -0.371* | -0.359* | -0.904** | 1 | |||
| 淀粉含量 Starch content | -0.019 | 0.189 | 0.059 | 0.146 | 0.324 | 0.335 | 1 | ||
| 直链淀粉 Amylose | -0.756* | -0.483 | -0.690 | -0.451 | 0.807* | 0.288 | 0.612 | 1 | |
| 支链淀粉 Amylopectin | 0.765* | 0.493 | 0.703 | 0.459 | -0.809* | -0.278 | -0.602 | 0.99** | 1 |
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