[發明專利]高溫滅菌奶中摻加豆粉及其摻加比例的光譜鑒定方法

在審

• 申請號: 202110503724.8
• 申請日: 2021-05-10
• 公開（公告）號: CN113310929A
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發明（設計）人: 張淑君;羅雪路;王海童;蘇俊東;上官愛哨;孫玉梅
• 申請（專利權）人: 華中農業大學
• 主分類號: G01N21/3577
• 分類號: G01N21/3577;G06F30/27;G06K9/62
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所(普通合伙) 42001
• 代理人: 張紅兵

本發明屬于奶品分析技術領域，具體涉及高溫滅菌奶中摻加豆粉及其摻加比例的光譜鑒定方法。步驟為：1)取高溫滅菌奶中摻加不同比例豆粉后再制的牛奶樣本；2)在中紅光譜范圍內，對樣本進行掃描獲得中紅外光譜數據；3)對原始中紅外光譜進行預處理，去除異常值；4)將預處理后的數據集按照分層抽樣的原則劃分為訓練集和測試集；5)篩選建模光譜波段；6)在訓練集上，使用最近鄰等算法，通過10折交叉驗證建立高溫滅菌奶中摻加豆粉及其摻加比例的鑒別模型，使用準確性、kappa系數對鑒別模型進行評估和篩選；7)最優模型的驗證與應用。本發明使用了更少的波點建模，減少了運算成本，提高了鑒別的速率和準確性。

技術領域

本發明屬于奶品分析技術領域，具體涉及一種高溫滅菌奶中摻加豆粉及其摻加比例的光譜鑒定方法。

背景技術

牛奶富含脂肪，蛋白質，維生素和礦物質等營養物質且配比均衡是人類飲食中的重要組成部分。中國的乳業與國家的經濟增長同步發展，液態奶是中國市場上奶制品的主要類型，其中超過90％的原料奶被加工成液態奶；高溫滅菌奶(UHT)占在我國液態奶消費量的50％以上(Yang,Zhang et al.2020)。因為豆粉價格較低、與牛奶的蛋白質含量類似，故豆粉常被用于牛奶的摻雜物。牛奶摻假現象會導致消費者利益和消費信心受損，有些摻假還會引起過敏反應等健康問題；牛奶摻假還會損害牛奶生產者的品牌和聲譽。因此，有必要建立高溫滅菌奶和高溫滅菌奶摻假的快速高效的鑒定。

Qiangqiang Li等人基于核磁共振的牛奶代謝物分析方法對牛奶中摻豆奶的摻假現象進行了鑒別，該方法的靈敏度閾值為2％(v/v)，該方法需要去除牛奶中的脂肪，利用化學試劑使蛋白變性等一系列復雜的處理(Li,Yu et al.2017)，該方法對技術、時間、化學試劑、儀器和操作人員均有較高的要求。

中紅外光譜是物質的在中紅外區的吸收光譜，一般將2.5-25μm的紅外波段劃為中紅外區。由于基頻振動是紅外活性振動中吸收最強的振動，因此中紅外光譜廣泛應用于物質的定性和定量分析。中紅外光譜分析是近年來快速發展起來的一種快速、無損、無公害、可多組分同時分析的現代技術。已有研究表明，基于中紅外光譜，可以檢測和定量水牛奶中的豆奶成分，并可以達到較好的效果(Jaiswal,Jha et al.2015)。由中紅外光譜儀輸出的數據為n×1060的矩陣(n為樣本量)，數據龐大，且不難避免數據不完整、不一致、極易受到噪聲(錯誤或異常值)侵擾，低質量的數據將導致效果較差的數據挖掘結果，因此需要一些方法對輸出的數據進行預處理。這些方法通常包括數據標準化，處理缺失值，去除噪聲，異常值和特征選擇等，故可以利用中紅外光譜MIR建立高溫滅菌奶中摻加豆粉及其摻加比例的光譜鑒定方法。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺陷，提供一種高溫滅菌奶中摻加豆粉及其摻加比例的光譜鑒定方法。

本發明為了確定最佳的預處理和建模算法組合，對光譜數據使用了包括不處理在內的5種預處理方法，結合二種建模方法，共建立了10個高溫滅菌奶摻加豆粉的鑒別模型。通過對光譜數據進行Pearson相關性檢驗和相關性的顯著性分析篩選出建模使用的特征光譜。所建立的最佳模型在測試集和驗證集中的準確率均可達到1。

本發明的技術方案如下所述：

一種高溫滅菌奶中摻加豆粉及其摻加比例的光譜鑒定方法，所述方法包括以下步驟：

1)奶樣選取

采集四個商購品牌各15個生產批次的高溫滅菌奶和同一批次的商購豆粉；按以下方法配制豆奶：用豆粉加適當比例的開水沖調而成，使豆奶中的蛋白含量至3.17g/100g；將沖調后得到的豆奶按照七個體積百分比(0％、2％、5％、10％、20％、50％、100％)分別摻加到高溫滅菌奶中，七個摻假比例高溫滅菌奶編號分別為1、2、3、4、5、6和7，七個模擬摻假牛奶的樣本數均為120個，共840個檢測樣本。

2)中紅外光譜采集