[發明專利]原料牛奶、高溫滅菌奶和摻加高溫滅菌奶的原料牛奶的快速鑒定模型

在審

• 申請號: 202110503826.X
• 申請日: 2021-05-10
• 公開（公告）號: CN113324942A
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 張淑君;羅雪路;陳紹祜;張震;丁芳;閆磊;閆青霞;劉婷婷;馬亞賓;倪俊卿;白文娟;王麗;龔曉玲;陳平;任小麗;李春芳
• 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，具體涉及一種原料牛奶、高溫滅菌奶和摻加高溫滅菌奶的原料牛奶的快速鑒定模型。發明步驟為：1)取原料牛奶、高溫滅菌奶和原料牛奶中摻加不同比例高溫滅菌奶作為檢測樣本；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)篩選合適建模光譜波段；6)在訓練集上使用最近鄰算法，通過10折交叉驗證建立原料牛奶中摻加高溫滅菌奶、原料牛奶和高溫滅菌奶的鑒別模型。以準確性、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，具體涉及一種原料牛奶中摻加高溫滅菌牛奶、原料牛奶 和高溫滅菌牛奶的快速鑒定模型。

背景技術

牛奶營養成分豐富，營養價值高。牛奶的高營養成分(包括蛋白質，脂肪，碳水化合物， 維生素，礦物質和必需氨基酸)都接近中性pH值和高水分活度為許多微生物的生長提供了理 想環境。生乳是微生物的良好生長環境，該環境包含多種多樣且復雜的微生物種群(Quigley, O'Sullivan et al.2013)牛奶菌群的具體組成直接影響牛奶的保存及乳制品的后續發展，原 料牛奶(又稱原料奶、生奶、生鮮奶)中的細菌總數也是牛奶質量的重要評價指標之一，直 接關系到牛奶價格。為了保持牛奶的穩定性并延長保質期，牛奶加工的作用在于預防由牛奶 中存在的病原菌或腐敗微生物引起的疾病(Zhu,Kebede et al.2020)高溫滅菌法(UHT)是我 國常用的一種牛奶加工工藝，能徹底消滅原料牛奶中的一切微生物，經高溫滅菌處理后的高 溫滅菌牛奶可延長保質期且安全性得到提高。但熱處理會降低牛奶中脂蛋白、維生素等營養 物質的含量和抗氧化能力。(Dias,Augusto-Obara etal.2020)從原料牛奶(又稱原料奶、 生鮮奶)生產者角度出發，當原料牛奶的細菌總數過高時在原料牛奶中摻入高溫滅菌牛奶進 行掩蓋，使原料牛奶達標；或接近過期的高溫滅菌牛奶，摻加到原料牛奶中再回收和利用， 以獲得利潤。因此，有必要建立原料牛奶、高溫滅菌牛奶的快速高效的鑒定技術。

有研究者開發了一種基于高效液相色譜-四極桿飛行時間質譜的代謝組學方法，用于區分 生乳，巴氏滅菌乳和UHT乳。但僅鑒定了將UHT乳與生乳和巴氏滅菌乳區分開的生物標記(7 種脂質和1種磷脂)(Zhang,Li et al.2018)。其鑒別方法復雜，且不能對原料牛奶摻高溫 滅菌牛奶進行鑒別。

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，且廣泛應用于乳用動物，特別是奶牛的生產性能測定。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，且難以避免數據不完整、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，可利用中紅外光譜MIR建立原料牛奶中摻加高溫滅菌牛奶、原料 牛奶和高溫滅菌牛奶的快速鑒定技術。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺陷，建立原料牛奶中摻加高溫滅菌牛奶、原料牛奶 和高溫滅菌牛奶的快速鑒定模型。

為了確定最佳的預處理和建模算法組合，本發明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個原料牛奶中摻加高溫滅菌牛奶、原料牛奶和高 溫滅菌牛奶的快速鑒定模型。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中的準確率均可達到 0.97。

本發明的技術方案如下所述：

一種原料牛奶中摻加高溫滅菌牛奶、原料牛奶和高溫滅菌牛奶的快速鑒定模型，包括以 下步驟：