[發(fā)明專利]原料牛奶保存時間的快速鑒定方法

在審

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• 申請日: 2021-05-10
• 公開（公告）號: CN113324941A
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張淑君;蘇俊東;王貴強;馬亞賓;張震;溫萬;蔡亞非;劉林;李建斌;安朋朋;孫偉;顏遠義;何開兵;李春芳;任小麗
• 申請（專利權(quán)）人: 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 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(wù)所(普通合伙) 42001
• 代理人: 張紅兵

本發(fā)明屬于奶品分析技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及原料牛奶保存時間的快速鑒定技術(shù)。本發(fā)明的領(lǐng)域與中紅外光譜分析領(lǐng)域有關(guān)。本發(fā)明的主要步驟為：獲得不同保存時間的原料牛奶樣品中紅外光譜數(shù)據(jù)，對原始中紅外光譜進行預(yù)處理，去除異常值，將預(yù)處理后的數(shù)據(jù)集分為訓(xùn)練集和測試集，對訓(xùn)練集進行光譜波段選擇，在訓(xùn)練集上構(gòu)建預(yù)測模型，使用測試集和驗證集對模型進行評估。所述的檢測應(yīng)用：用模型預(yù)測原料牛奶是否保存時間超過1天。本發(fā)明具有測試速度快、對樣品無損、可同時大批量檢測等突出優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于奶品分析技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種原料牛奶保存時間的快速鑒定技術(shù)。本發(fā)明的領(lǐng)域與中紅外光譜領(lǐng)域相關(guān)。

背景技術(shù)

牛奶含有蛋白質(zhì)、脂肪、乳糖和各種維生素及礦物質(zhì)等一百多種人體需要的營養(yǎng)元素，是一種營養(yǎng)豐富而全面的理想食品。原料牛奶(原料奶)可以制成種類眾多的乳制品，包括液體乳類、乳粉類、煉乳類、乳脂肪類、乳冰淇淋類、干酪類、其它乳制品類，乳制品銷售額大，涉及生活方方面面，是一種重要的國民食品來源。原料奶位于奶業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的最上游，其質(zhì)量安全將直接影響到乳品的質(zhì)量與安全，這就要求進行奶制品生產(chǎn)加工的原料奶必須來自健康奶牛，且感官正常，營養(yǎng)成分均衡，微生物指數(shù)低，無抗生素、藥物殘留，不摻假。原料奶在4℃條件下，隨著保存時間延長，其酸度上升，pH值下降，乳糖含量下降，當保存時間超過3天時，酸度大于18°T，不符合國家原料奶標準^[1]。原料奶的品質(zhì)監(jiān)控一直是企業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的重要一環(huán)，傳統(tǒng)方法一般通過感官評價、測定酸度或者菌落總數(shù)^[2]等進行原料奶品質(zhì)監(jiān)控，這些方法費時廢力，又或需要專業(yè)人士來操作。李亮等人通過將近紅外光譜技術(shù)結(jié)合進原料牛奶的酸度、pH、乳糖含量的檢測中，用這些指標來判斷原料奶的腐敗程度^[1]。

中紅外光譜(MIR)分析是近年來快速發(fā)展起來的一種快速、無損、無公害、可多組分同時分析的現(xiàn)代技術(shù)，且廣泛應(yīng)用于乳用動物，特別是奶牛的生產(chǎn)性能測定，全國有30多家DHI中心，均應(yīng)用中紅外光譜技術(shù)進行檢測。目前中紅外技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用在生鮮奶的酸度^[3]、pH值^[4]等保存天數(shù)變化相關(guān)指標的檢測中，具備了直接用中紅外測定奶樣保存天數(shù)的條件，故而可以利用中紅外光譜建立原料牛奶保存時間的快速鑒定技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種基于中紅外光譜分析的原料牛奶保存時間的快速鑒定方法。為了確定最佳的預(yù)處理和建模算法組合，本發(fā)明對光譜數(shù)據(jù)使用了包括不處理在內(nèi)的5種預(yù)處理方法，結(jié)合2種建模方法，共建立了10個原料牛奶保存時間鑒定模型。并且通過對光譜數(shù)據(jù)進行Pearson相關(guān)性檢驗和相關(guān)性的顯著性分析篩選出建模使用的特征光譜。所建立的模型在測試集上的準確率為1.00，在驗證集上的準確率為0.90。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下所述：

一種基于中紅外光譜分析的原料牛奶保存天數(shù)的快速鑒定方法，所述的方法包括以下步驟：

1)選取奶樣：分別采集不同保存天數(shù)的原料牛奶作為檢測樣本；

2)采集中紅外光譜:利用乳成分檢測儀對步驟1)的檢測樣本進行掃描，通過與其相連的計算機輸出樣本對應(yīng)的透光率，得到樣本光譜圖；

3)對采集的原始中紅外光譜數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，將光譜數(shù)據(jù)由透射率(T)轉(zhuǎn)換成吸光度(A)，去除異常值；

4)數(shù)據(jù)集的劃分:將數(shù)據(jù)集分為訓(xùn)練集和測試集；

5)建模波段的選擇：篩選兩種牛奶樣本的顯著差異波段，并去除水的吸收區(qū)域；

6)模型的建立與篩選：以訓(xùn)練集奶樣的中紅外光譜作為輸入值，以原料牛奶不同保存天數(shù)的類別作為輸出值，使用不同光譜預(yù)處理方法和不同建模算法在訓(xùn)練集上構(gòu)建模型，遵循準確性、特異性、靈敏度和AUC等指標較高的原則對模型進行評估及篩選，選擇最優(yōu)的數(shù)據(jù)預(yù)處理和建模算法組合構(gòu)建模型；