[發明專利]基于光譜的原料牛奶中摻加豆粉及其摻加比例的鑒別模型

在審

• 申請號: 202110503806.2
• 申請日: 2021-05-10
• 公開（公告）號: CN113324939A
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 張淑君;羅雪路;王貴強;李春芳;張耀廣;胡修忠;萬平民;馬亞賓;倪俊卿;程蕾;劉曉華;王定發;夏瑜
• 申請（專利權）人: 華中農業大學
• 主分類號: G01N21/3577
• 分類號: G01N21/3577;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，具體涉及基于光譜的原料牛奶中摻加豆粉及其摻加比例的鑒別模型。本發明的步驟為：1)原料牛奶中摻加不同比例豆奶作為待檢測樣品；2)在中紅光譜范圍內，對樣品進行掃描，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折交叉驗證建立原料牛奶中摻加豆粉及其摻加比例的鑒別模型，使用準確性、kappa系數對模型進行評估和篩選；7)最優模型的驗證與應用。

技術領域

本發明屬于奶品分析技術領域，具體涉及一種基于光譜的原料牛奶中摻加豆粉及其摻加比例的鑒別模型

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，。奶制品摻假是最廣為人知的食品欺詐行為之一,豆奶或豆粉常被用于牛奶的摻雜物，因為豆奶或豆粉價格較低，并且具有相似的蛋白質組合物不容易被識別。故在未進行任何加工處理的原料牛奶中摻加豆奶或豆粉，而豆粉摻假更易于操作。牛奶摻假現象會導致消費者消費信心下降，有些摻假可能引起牛奶安全和健康問題，例如過敏反應等。摻假現象的存在也可能會損害乳業品牌和聲譽。因此，有必要建立原料牛奶中豆粉摻假的快速高效的鑒定技術。

Qiangqiang Li等人(2016)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)，此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，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、去除噪聲及異常值、特征選擇等，因此，可利用中紅外光譜(MIR)建立原料牛奶中摻加豆粉及其摻加比例的快速鑒定方法。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺陷，提供一種基于光譜的原料牛奶中摻加豆粉及其摻加比例的鑒別模型。

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2種建模方法，共建立了10個原料牛奶中摻加豆粉及其摻加比例的鑒別模型。并且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。所建立的最優模型在測試集和驗證集的準確率均可達到1。

本發明的技術方案如下所述：

一種基于光譜的原料牛奶中摻加豆粉及其摻加比例的鑒別模型，其制備包括以下步驟：

1)奶樣選取

采集同一奶牛場的生鮮奶作為原料奶，共計120個樣本；取適量商購的豆粉加開水配制成豆奶，使豆奶中蛋白質含量與原料牛奶中蛋白質的含量相似，將配制的豆奶按照體積百分比為0％、2％、5％、10％、20％、50％、100％的梯度分別摻加到原料牛奶中，得到7個模擬摻假原料奶的樣本作為檢測樣本，試驗累計735個檢測樣本；

2)中紅外光譜的采集

采用乳成分檢測儀對步驟1)的檢測樣本進行掃描，通過相連的計算機輸出每個樣本對應的透光率；

3)數據預處理