牛奶中摻三聚氰胺的中紅外-近紅外相關(guān)譜判別方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種牛奶中摻三聚氰胺的中紅外-近紅外相關(guān)譜判別方法，其步驟為：⑴準(zhǔn)備實驗用純牛奶以及摻雜三聚氰胺牛奶；⑵掃描實驗用純牛奶以及摻雜三聚氰胺牛奶的中紅外光譜和近紅外光譜；⑶計算實驗用純牛奶二維中紅外-近紅外相關(guān)同步譜矩陣以及摻雜三聚氰胺牛奶二維中紅外-近紅外相關(guān)同步譜矩陣；⑷采用多維偏最小二乘法建立判別模型；⑸未知樣品奶掃描計算得到未知樣品奶二維中紅外-近紅外相關(guān)同步譜矩陣，代入判別模型，得到是否摻雜三聚氰胺。本發(fā)明既充分利用二維中紅外-近紅外相關(guān)譜提取牛奶中摻雜物特征信息的能力，又克服基于二維相關(guān)圖譜直接比對法判別摻雜樣品的主觀性，該方法簡易、科學(xué)、分析效率和判別正確率高。
【專利說明】牛奶中摻三聚氰胺的中紅外-近紅外相關(guān)譜判別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于檢測方法領(lǐng)域，尤其是一種牛奶中摻三聚氰胺的中紅外-近紅外相關(guān)譜判別方法。
【背景技術(shù)】
[0002]牛奶具有較高的營養(yǎng)價值，其中含有促進(jìn)人體生長發(fā)育及維持健康水平的必需營養(yǎng)成分，如蛋白質(zhì)、脂肪、乳糖和其他固形物等。隨著人們生活水平的提高，奶制品在國內(nèi)的消費量迅速增加。在巨大經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)使下，一些不法商販為了達(dá)到以次充好、賺取非法利潤的目的，在牛奶中添加各種摻雜物，直接危害人體健康，并給乳品加工企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。目前，采用光譜的方法對牛奶摻雜的報道很多，但牛奶是一種懸浮狀態(tài)和乳濁狀態(tài)共存的膠體性液體，對光具有較強(qiáng)的散射，同時摻雜物的多樣化、微量化以及摻雜物特征峰與牛奶特征峰相互重疊等因素的影響，導(dǎo)致常規(guī)一維光譜很難從復(fù)雜、重疊、變動的光譜中提取微弱的信息，與常規(guī)一維光譜方法相比，二維相關(guān)譜將傳統(tǒng)光譜在第二維上展開，提高了譜圖的分辨率，適合于那些常規(guī)光譜方法難以滿足的相似樣品的鑒別分析。因此二維同譜相關(guān)譜，即中紅外相關(guān)與近紅外相關(guān)，和二維異譜相關(guān)譜，即中紅外-近紅外相關(guān)，已被應(yīng)用于摻雜食品的定性分析。但上述分析基本都是基于相關(guān)譜的指紋信息，通過對摻雜樣品與未摻雜樣品的圖譜進(jìn)行逐一比對，這就需要相關(guān)專業(yè)的、有經(jīng)驗的的是技術(shù)人員，存在主觀的誤判因素，且對于判別大量的樣品，通過上述方法進(jìn)行分析是非常繁瑣，而且低效的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種牛奶中摻三聚氰胺的中紅外-近紅外相關(guān)譜判別方法，該檢測方法充分利用了異譜中紅外-近紅外相關(guān)譜提取牛奶中摻雜物特征信息的能力，同時也克服了基于二維相關(guān)圖譜直接比對法判別摻雜樣品的主觀性，該方法簡易、科學(xué)、分析效率和判別正確率高。
[0004]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0005]一種牛奶中摻三聚氰胺的中紅外-近紅外相關(guān)譜判別方法，其步驟為:
[0006]⑴、準(zhǔn)備實驗用純牛奶以及用實驗用純牛奶摻雜不同濃度三聚氰胺的摻雜三聚氰胺牛奶；
[0007](2)、分別掃描實驗用純牛奶的中紅外光譜和近紅外光譜、摻雜三聚氰胺牛奶的中紅外光譜和近紅外光譜，分別得到實驗用純牛奶一維中紅外光譜數(shù)據(jù)、實驗用純牛奶一維近紅外光譜數(shù)據(jù)、摻雜三聚氰胺牛奶一維中紅外光譜數(shù)據(jù)、摻雜三聚氰胺牛奶一維近紅外光譜數(shù)據(jù)，并通過計算得到實驗用純牛奶一維中紅外平均譜數(shù)據(jù)以及實驗用純牛奶一維近紅外平均譜數(shù)據(jù)；
[0008]⑶、將實驗用純牛奶一維中紅外平均譜數(shù)據(jù)與實驗用純牛奶一維中紅外光譜數(shù)據(jù)按行排列組成第一光譜矩陣，將實驗用純牛奶一維近紅外平均譜數(shù)據(jù)與實驗用純牛奶一維近紅外光譜數(shù)據(jù)按行排列組成第二光譜矩陣，將第一光譜矩陣與第二光譜矩陣進(jìn)行二維相關(guān)同步譜計算得到實驗用純牛奶二維中紅外-近紅外相關(guān)同步譜矩陣；將實驗用純牛奶一維中紅外平均譜數(shù)據(jù)與摻雜三聚氰胺牛奶一維中紅外光譜數(shù)據(jù)按行排列組成第三光譜矩陣，將實驗用純牛奶一維近紅外平均譜數(shù)據(jù)與摻雜三聚氰胺牛奶一維近紅外光譜數(shù)據(jù)按行排列組成第四光譜矩陣，將第三光譜矩陣與第四光譜矩陣進(jìn)行二維相關(guān)同步譜計算得到摻雜三聚氰胺牛奶二維中紅外-近紅外相關(guān)同步譜矩陣；
[0009]⑷、將實驗用純牛奶二維中紅外-近紅外相關(guān)同步譜矩陣以及摻雜三聚氰胺牛奶二維中紅外-近紅外相關(guān)同步譜矩陣與類別變量矩陣采用多維偏最小二乘法建立判別模型；
[0010](5)、將未知樣品奶進(jìn)行中紅外光譜和近紅外光譜掃描得到未知樣品奶一維中紅外光譜數(shù)據(jù)、未知樣品奶一維近紅外光譜數(shù)據(jù)，將實驗用純牛奶一維中紅外平均譜數(shù)據(jù)與未知樣品奶一維中紅外光譜數(shù)據(jù)按行排列組成第五光譜矩陣，將實驗用純牛奶一維近紅外平均譜數(shù)據(jù)與未知樣品奶一維近紅外光譜數(shù)據(jù)按行排列組成第六光譜矩陣，將第五光譜矩陣與第六光譜矩陣進(jìn)行二維相關(guān)同步譜計算得到未知樣品奶二維中紅外-近紅外相關(guān)同步譜矩陣，將未知樣品奶二維中紅外-近紅外相關(guān)同步譜矩陣代入步驟⑷中的判別模型，得到未知樣品奶是否摻雜三聚氰胺。
[0011]而且，所述的中紅外光譜采用波段是700-4000(3!^1,近紅外光譜采用波段是4000-10000cm_1o
[0012]而且，所述的中紅外光譜優(yōu)選波段范圍是:1400-1704(^'近紅外光譜優(yōu)選波段范圍是:4200-4800cm_1o
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果是:
[0014]1、本發(fā)明牛奶中摻三聚氰胺的中紅外-近紅外相關(guān)譜判別方法相對二維同譜相關(guān)譜，對未知樣本的預(yù)測更為準(zhǔn)確，可廣泛應(yīng)用于食品摻偽檢測中。
[0015]2、本發(fā)明采用二維相關(guān)技術(shù)將光譜信號擴(kuò)張到第二維上，故具有較高的分辨率，可以區(qū)分出在一維光譜上被覆蓋的小峰和弱峰，從而提高了光譜的分辨率。
[0016]3、本發(fā)明通過中紅外-近紅外光譜之間相關(guān)性的分析，能夠詳細(xì)地研究不同分子間或分子內(nèi)的相互作用，通過交叉峰的相關(guān)性可以分析信息來源，從而提高光譜的解釋能力。
[0017]4、本發(fā)明基于中紅外-近紅外光譜相關(guān)分析可以相互驗證，從而減小由于基線、噪音或吸收峰位置紅移/藍(lán)移所造成的二維分析誤差，大大提高二維分析的準(zhǔn)確度。
[0018]5、本發(fā)明將二維中紅外-近紅外相關(guān)同步譜矩陣與多維偏最小二乘法相結(jié)合實現(xiàn)摻雜三聚氰胺牛奶與純牛奶的定性判別，既充分利用了二維中紅外-近紅外相關(guān)譜提取牛奶中摻雜物特征信息的能力，同時也克服了基于二維相關(guān)圖譜直接比對法判別摻雜樣品的主觀性。該方法簡易、科學(xué)、分析效率和判別正確率高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為純牛奶的二維中紅外-近紅外相關(guān)同步譜；
[0020]圖2為摻雜三聚氰胺牛奶的二維中紅外-近紅外相關(guān)同步譜；
[0021]圖3基于二維中紅外-近紅外相關(guān)同步譜多維偏最小二乘判別模型對校正集內(nèi)部樣品預(yù)測結(jié)果(*表示摻雜三聚氰胺牛奶樣品，〇表示純牛奶樣品)；
[0022]圖4基于二維中紅外-近紅外相關(guān)同步譜多維偏最小二乘判別模型對預(yù)測集未知樣品的預(yù)測結(jié)果(☆表示摻雜三聚氰胺牛奶樣品，+表示純牛奶樣品)。
【具體實施方式】[0023]本發(fā)明通過以下實施例進(jìn)一步詳述。需要說明的是:下述實施例是說明性的，不是限定性的，不能以下述實施例來限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0024]一種牛奶中摻三聚氰胺的中紅外-近紅外相關(guān)譜判別方法，其步驟為:
[0025]⑴、準(zhǔn)備實驗用純牛奶以及用實驗用純牛奶摻雜不同濃度三聚氰胺的摻雜三聚氰胺牛奶；
[0026](2)、分別掃描實驗用純牛奶的中紅外光譜和近紅外光譜、摻雜三聚氰胺牛奶的中紅外光譜和近紅外光譜，分別得到實驗用純牛奶一維中紅外光譜數(shù)據(jù)、實驗用純牛奶一維近紅外光譜數(shù)據(jù)、摻雜三聚氰胺牛奶一維中紅外光譜數(shù)據(jù)、摻雜三聚氰胺牛奶一維近紅外光譜數(shù)據(jù)；中紅外光譜采用波段是700-4000011'近紅外光譜采用波段是4000-lOOOOcnr1，中紅外光譜優(yōu)選波段范圍是:1400-1704CHT1，近紅外光譜優(yōu)選波段范圍是:4200-4800cm^。
[0027]⑶、將實驗用純牛奶一維中紅外光譜數(shù)據(jù)、實驗用純牛奶一維近紅外光譜數(shù)據(jù)與實驗用純牛奶一維中紅外光譜數(shù)據(jù)、實驗用純牛奶一維近紅外光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行二維相關(guān)同步譜計算得到實驗用純牛奶二維中紅外-近紅外相關(guān)同步譜矩陣；將實驗用純牛奶一維中紅外光譜數(shù)據(jù)、實驗用純牛奶一維近紅外光譜數(shù)據(jù)與摻雜三聚氰胺牛奶一維中紅外光譜數(shù)據(jù)、摻雜三聚氰胺牛奶一維近紅外光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行二維相關(guān)同步譜計算得到摻雜三聚氰胺牛奶二維中紅外-近紅外相關(guān)同步譜矩陣；
[0028]⑷、將實驗用純牛奶二維中紅外-近紅外相關(guān)同步譜矩陣以及摻雜三聚氰胺牛奶二維中紅外-近紅外相關(guān)同步譜矩陣與類別變量矩陣采用多維偏最小二乘法建立判別模型；類別變量矩陣中純牛奶可以用“O”表示，摻雜三聚氰胺牛奶可以用“I”表示；
[0029](5)、將未知樣品奶進(jìn)行中紅外光譜和近紅外光譜掃描得到未知樣品奶一維中紅外光譜數(shù)據(jù)、未知樣品奶一維近紅外光譜數(shù)據(jù)，將未知樣品奶一維中紅外光譜數(shù)據(jù)、未知樣品奶一維近紅外光譜數(shù)據(jù)與實驗用純牛奶一維中紅外光譜數(shù)據(jù)、實驗用純牛奶一維近紅外光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行二維相關(guān)同步譜計算得到未知樣品奶二維中紅外-近紅外相關(guān)同步譜矩陣，將未知樣品奶二維中紅外-近紅外相關(guān)同步譜矩陣代入步驟⑷中的判別模型，得到未知樣品奶是否摻雜三聚氰胺。即根據(jù)未知樣品奶的預(yù)測值進(jìn)行判別，當(dāng)未知樣品奶類別變量的預(yù)測值大于0.5時，判定該樣品屬于摻雜三聚氰胺牛奶類；當(dāng)未知樣品奶類別變量的預(yù)測值小于0.5時，判定該樣品屬于純牛奶類。
[0030]本實施例中三聚氰胺為天津市贏達(dá)稀貴化學(xué)試劑廠提供；實驗采用伊利全脂滅菌純牛奶，隨機(jī)選取上述純牛奶為母樣本，分別配置純牛奶樣品40個和摻雜三聚氰胺牛奶樣品40個，其濃度范圍為0.01g/L-3g/L。
[0031]本發(fā)明中光譜采集采用美國Per中紅外-近紅外inElmer公司的Spectrum GX傅立葉變換紅外光譜儀。中紅外光譜掃描范圍為700-4000(3!^1 ;近紅外光譜掃描范圍為4000-10000^1 ;兩個波段的儀器參數(shù)如下:分辨率為4CHT1，掃描間隔為ScnT1，掃描次數(shù)16。實驗前，對所配置的摻雜三聚氰胺牛奶進(jìn)行均質(zhì)處理。為了消除儀器漂移的影響，在測量每個樣品后再采集蒸餾水的光譜作為背景，用樣品光譜扣除相鄰背景光譜后作為待分析的光譜數(shù)據(jù)。
[0032]計算二維中紅外-近紅外相關(guān)同步譜矩陣
[0033]二維中紅外-近紅外相關(guān)同步譜的計算主要基于下述原理:假設(shè)原始常規(guī)一維中紅外光譜A (kXm)和近紅外光譜B (kXn)中都包含k個光譜，根據(jù)二維相關(guān)Noda理論，則二維中紅外-近紅外相關(guān)同步譜Φ ( V1, v2)可表示為:
[0034]
【權(quán)利要求】
1.一種牛奶中摻三聚氰胺的中紅外-近紅外相關(guān)譜判別方法，其步驟為: (I)、準(zhǔn)備實驗用純牛奶以及用實驗用純牛奶摻雜不同濃度三聚氰胺的摻雜三聚氰胺牛奶； ⑵、分別掃描實驗用純牛奶的中紅外光譜和近紅外光譜、摻雜三聚氰胺牛奶的中紅外光譜和近紅外光譜，分別得到實驗用純牛奶一維中紅外光譜數(shù)據(jù)、實驗用純牛奶一維近紅外光譜數(shù)據(jù)、摻雜三聚氰胺牛奶一維中紅外光譜數(shù)據(jù)、摻雜三聚氰胺牛奶一維近紅外光譜數(shù)據(jù)，并通過計算得到實驗用純牛奶一維中紅外平均譜數(shù)據(jù)以及實驗用純牛奶一維近紅外平均譜數(shù)據(jù)； ⑶、將實驗用純牛奶一維中紅外平均譜數(shù)據(jù)與實驗用純牛奶一維中紅外光譜數(shù)據(jù)按行排列組成第一光譜矩陣，將實驗用純牛奶一維近紅外平均譜數(shù)據(jù)與實驗用純牛奶一維近紅外光譜數(shù)據(jù)按行排列組成第二光譜矩陣，將第一光譜矩陣與第二光譜矩陣進(jìn)行二維相關(guān)同步譜計算得到實驗用純牛奶二維中紅外-近紅外相關(guān)同步譜矩陣；將實驗用純牛奶一維中紅外平均譜數(shù)據(jù)與摻雜三聚氰胺牛奶一維中紅外光譜數(shù)據(jù)按行排列組成第三光譜矩陣，將實驗用純牛奶一維近紅外平均譜數(shù)據(jù)與摻雜三聚氰胺牛奶一維近紅外光譜數(shù)據(jù)按行排列組成第四光譜矩陣，將第三光譜矩陣與第四光譜矩陣進(jìn)行二維相關(guān)同步譜計算得到摻雜三聚氰胺牛奶二維中紅外-近紅外相關(guān)同步譜矩陣； ⑷、將實驗用純牛奶二維中紅外-近紅外相關(guān)同步譜矩陣以及摻雜三聚氰胺牛奶二維中紅外-近紅外相關(guān)同步譜矩陣與類別變量矩陣采用多維偏最小二乘法建立判別模型； (5)、將未知樣品奶進(jìn)行中紅外光譜和近紅外光譜掃描得到未知樣品奶一維中紅外光譜數(shù)據(jù)、未知樣品奶一維近紅外光譜數(shù)據(jù)，將實驗用純牛奶一維中紅外平均譜數(shù)據(jù)與未知樣品奶一維中紅外光譜數(shù)據(jù)按行排列組成第五光譜矩陣，將實驗用純牛奶一維近紅外平均譜數(shù)據(jù)與未知樣品奶一維近紅外光譜數(shù)據(jù)按行排列組成第六光譜矩陣，將第五光譜矩陣與第六光譜矩陣進(jìn)行二維相關(guān)同步譜計算得到未知樣品奶二維中紅外-近紅外相關(guān)同步譜矩陣，將未知樣品奶二維中紅外-近紅外相關(guān)同步譜矩陣代入步驟⑷中的判別模型，得到未知樣品奶是否摻雜三聚氰胺。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的牛奶中摻三聚氰胺的中紅外-近紅外相關(guān)譜判別方法，其特征在于:所述的中紅外和近紅外光譜采用波段分別是700-40000^1與^OO-lOOOOcnT1。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的牛奶中摻三聚氰胺的中紅外-近紅外相關(guān)譜判別方法，其特征在于:所述的中紅外和近紅外光譜優(yōu)選波段范圍分別是:1400-170?!^1和與4200-4800cm_1o
【文檔編號】G01N21/25GK103792198SQ201410060479
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年2月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月24日
【發(fā)明者】楊仁杰, 楊延榮 申請人:天津農(nóng)學(xué)院