一種奶粉中摻三聚氰胺的近紅外自相關(guān)譜檢測方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種奶粉中摻三聚氰胺的近紅外自相關(guān)譜檢測方法，其步驟為：(1)準(zhǔn)備純牛奶以及摻雜不同濃度三聚氰胺奶粉；(2)掃描純奶粉和摻假三聚氰胺奶粉近紅外光譜；(3)計算得到摻假三聚氰胺奶粉同步二維近紅外相關(guān)譜矩陣；(4)提取同步二維近紅外相關(guān)譜矩陣主對角線上元素，得到自相關(guān)譜矩陣；(5)采用偏最小二乘法建立定量分析模型；(6)將未知樣品奶粉自相關(guān)譜矩陣代入定量分析模型，得到未知樣品奶粉中三聚氰胺含量。本發(fā)明專利技術(shù)相對常規(guī)一維近紅外光譜，可更有效提取奶粉中微量的三聚氰胺特征信息，實現(xiàn)未知奶粉樣品中三聚氰胺含量的準(zhǔn)確預(yù)測，縮短了建模時間，提高了建模和分析效率，可推廣到其它食品摻假檢測中。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于檢測方法領(lǐng)域，特別是涉及一種奶粉中摻三聚氰胺的近紅外自相關(guān)譜檢測方法。
技術(shù)介紹
三聚氰胺作為一種有機化工原料，常被一些不法分子摻入到乳制品中，以提高乳制品的蛋白水平。這種摻假的奶粉會對消費者身體造成損害，甚至死亡。因此，食品管理局和消費者都亟需發(fā)展一種快速便捷的檢測方法來監(jiān)控乳制品生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，以保證乳制品的品質(zhì)。近紅外光譜作為一種快速便捷的分析技術(shù)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于乳制品的品質(zhì)檢測中。但由于奶粉對光具有強散射性，同時由于摻入三聚氰胺的微量化，以及三聚氰胺的特征信息與奶粉固有組分信息相互重疊，因此常規(guī)一維近紅外光譜很難從復(fù)雜、重疊、變動的光譜中提取微弱的信息。與常規(guī)一維近紅外光譜方法相比，二維近紅外相關(guān)譜具有高的光譜分辨率、高的選擇性和高的圖譜解析能力，能提取更多的待測物特征信息。因此，二維近紅外相關(guān)譜結(jié)合多維化學(xué)計量學(xué)也被應(yīng)應(yīng)用于摻假乳制品的檢測中，但該方法是建立在多維數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，建模所需時間長，效率較低。中國專利技術(shù)專利申請公開號CN103792198A公開了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，該方法直接將二維相關(guān)譜矩陣用于摻三聚氰胺牛奶的定性判別分析，不能進(jìn)行定量分析。另外，雖然其分析結(jié)果較好，但二維相關(guān)譜是三維矩陣，包含大量的數(shù)據(jù)，需要多維化學(xué)計量學(xué)來進(jìn)行建模，模型復(fù)雜，計算時間長，效率低。
技術(shù)實現(xiàn)思路
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本專利技術(shù)提供一種奶粉中摻三聚氰胺的近紅外自相關(guān)譜檢測方法，利用自相關(guān)譜定量分析奶粉中的三聚氰胺含量，該檢測方法不僅有效提取了奶粉中微量的三聚氰胺特征信息，而且克服了直接基于二維近紅外相關(guān)譜建模效率低的問題，該方法簡易、科學(xué)、分析效率和預(yù)測精度高。本專利技術(shù)是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：一種奶粉中摻三聚氰胺的近紅外自相關(guān)譜檢測方法，其步驟為：(1)準(zhǔn)備實驗用純奶粉以及用實驗用純奶粉摻雜不同濃度三聚氰胺的摻假三聚氰胺奶粉；(2)分別掃描實驗用純奶粉的近紅外光譜、摻假三聚氰胺奶粉的近紅外光譜，分別得到實驗用純奶粉一維近紅外光譜數(shù)據(jù)和摻假三聚氰胺奶粉一維近紅外光譜數(shù)據(jù)，并通過計算得到實驗用純奶粉的一維近紅外平均譜數(shù)據(jù)；(3)將實驗用純奶粉的一維近紅外平均譜數(shù)據(jù)與摻假三聚氰胺奶粉的一維近紅外光譜數(shù)據(jù)按行排列組成光譜矩陣，根據(jù)Noda理論進(jìn)行二維相關(guān)計算，得到實驗用摻假三聚氰胺奶粉同步二維近紅外相關(guān)譜矩陣；(4)提取實驗用摻假三聚氰胺奶粉同步二維近紅外相關(guān)譜矩陣主對角線上元素，得到實驗用摻假三聚氰胺奶粉的自相關(guān)譜矩陣；(5)將實驗用摻假三聚氰胺奶粉的自相關(guān)譜矩陣與三聚氰胺濃度矩陣采用偏最小二乘法建立定量分析模型；(6)將未知樣品奶粉進(jìn)行近紅外光譜掃描得到未知樣品奶粉的一維近紅外光譜數(shù)據(jù)，將實驗用純奶粉的一維近紅外平均譜數(shù)據(jù)與未知樣品奶粉的一維近紅外光譜數(shù)據(jù)按行排列組成光譜矩陣，根據(jù)Noda理論，計算得未知樣品奶粉同步二維近紅外相關(guān)譜矩陣，并提取主對角線上元素，得到未知樣品奶粉自相關(guān)譜矩陣，將未知樣品奶粉自相關(guān)譜矩陣代入上述步驟(5)中的定量分析模型，得到未知樣品奶粉中三聚氰胺的含量。而且，所述的近紅外光譜采用波段是4000-10000cm-1。而且，所述的近紅外光譜優(yōu)選波段范圍是：4200-7000cm-1。本專利技術(shù)的優(yōu)點及有益效果是：1、本專利技術(shù)的奶粉中摻三聚氰胺的近紅外自相關(guān)譜檢測方法，相對于常規(guī)一維近紅外光譜，可更有效提取奶粉中微量的三聚氰胺特征信息，可實現(xiàn)未知奶粉樣品中三聚氰胺含量的準(zhǔn)確預(yù)測。2、本專利技術(shù)的奶粉中摻三聚氰胺的近紅外自相關(guān)譜檢測方法，是利用自相關(guān)譜定量分析奶粉中的三聚氰胺含量，自相關(guān)譜僅為二維相關(guān)譜矩陣主對角線上元素，所以相對整個二維相關(guān)譜矩陣，特征數(shù)據(jù)少，建模效率高。3、本專利技術(shù)的方法簡易、科學(xué)、分析效率和預(yù)測精度高，可推廣到其它食品摻假檢測中。而本專利技術(shù)。附圖說明圖1為摻三聚氰胺奶粉的一維近紅外光譜圖；圖2為摻假奶粉同步二維近紅外相關(guān)譜；圖3為摻假奶粉的自相關(guān)譜；圖4為所建模型內(nèi)部交叉驗證結(jié)果；圖5為奶粉中三聚氰胺預(yù)測值和實測值之間的關(guān)系圖。具體實施方式本專利技術(shù)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專利技術(shù)的保護(hù)范圍。一種奶粉中摻三聚氰胺的近紅外自相關(guān)譜檢測方法，其步驟為：(1)準(zhǔn)備實驗用純奶粉以及用實驗用純奶粉摻雜不同濃度三聚氰胺的摻假三聚氰胺奶粉；(2)分別掃描實驗用純奶粉的近紅外光譜、摻假三聚氰胺奶粉的近紅外光譜，分別得到實驗用純奶粉一維近紅外光譜數(shù)據(jù)和摻假三聚氰胺奶粉一維近紅外光譜數(shù)據(jù)，并通過計算得到實驗用純奶粉一維近紅外平均譜數(shù)據(jù)；近紅外光譜掃描波數(shù)范圍為4000-10000cm-1，近紅外光譜優(yōu)選波數(shù)范圍為4200-7000cm-1；(3)將實驗用純奶粉一維近紅外平均譜數(shù)據(jù)與摻假三聚氰胺奶粉一維近紅外光譜數(shù)據(jù)按行排列組成的光譜矩陣，根據(jù)Noda理論，進(jìn)行二維相關(guān)計算得到實驗用摻假三聚氰胺奶粉同步二維近紅外相關(guān)譜矩陣；(4)提取實驗用摻假三聚氰胺奶粉同步二維近紅外相關(guān)譜矩陣主對角線上元素，得到實驗用摻假三聚氰胺奶粉自相關(guān)譜矩陣；(5)將實驗用摻假三聚氰胺奶粉自相關(guān)譜矩陣與三聚氰胺濃度矩陣采用偏最小二乘法建立定量分析模型；(6)將未知樣品奶粉進(jìn)行近紅外光譜掃描得到未知樣品奶粉一維近紅外光譜數(shù)據(jù)，將實驗用純奶粉一維近紅外平均譜數(shù)據(jù)與未知樣品奶粉一維近紅外光譜數(shù)據(jù)按行排列組成的光譜矩陣，根據(jù)Noda理論，計算得未知樣品奶粉同步二維近紅外相關(guān)譜矩陣，并提取主對角線上元素，得到未知樣品奶粉自相關(guān)譜矩陣，將未知樣品奶粉自相關(guān)譜矩陣代入步驟(5)中的定量分析模型，得到未知樣品奶粉中三聚氰胺的含量。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；實驗采用伊利金領(lǐng)冠兒童配方奶粉(3-6歲)，隨機選取上述奶粉為母樣本，分別配置純奶粉樣品40個和摻假三聚氰胺奶粉樣品40個，其質(zhì)量百分比濃度范圍為0.0001％-40％。本專利技術(shù)中光譜采集采用美國PerkinElmer公司的傅立葉變換近紅外光譜儀，InGaAs檢測器，儀器自帶積分球附件。光譜掃描范圍為4000-10000cm-1，分辨率為8cm-1，掃描間隔為8cm-1，掃描次數(shù)32。將上述配置好的樣品裝入樣品杯中，壓平，并放置在積分球旋轉(zhuǎn)樣品臺上，以積分球內(nèi)置參比為背景，分別采集每一個樣品的近紅外漫反射光譜。計算同步二維近紅外相關(guān)譜矩陣：同步二維近紅外相關(guān)譜的計算主要基于下述原理：假設(shè)隨外擾三聚氰胺濃度變化的動態(tài)光譜矩陣為S(m×n),m為光譜矩陣中包含的樣品數(shù)，n為每個樣品所采集的波長數(shù)。根據(jù)Noda理論，對動態(tài)光譜進(jìn)行式(1)的相關(guān)計算，得到該外擾所對應(yīng)的同步二維近紅外相關(guān)譜矩陣:式中T表示轉(zhuǎn)置。在本專利技術(shù)中，動態(tài)光譜矩陣中的第一行為純奶粉的近紅外平均譜，第二行為第i個純奶粉或摻三聚氰胺奶粉的近紅外光譜。根據(jù)式(1)可得到每一樣品對應(yīng)的同步二維近紅外相關(guān)譜矩陣。提取同步二維近紅外相關(guān)譜矩陣主對角線上的元素，得到每一樣品對應(yīng)的自相關(guān)譜矩陣。圖1是40個摻假奶粉在4000-10000cm-1區(qū)間隨三聚氰胺濃度變化的動態(tài)一維近紅外光譜。以奶粉中摻入的三聚氰胺濃度為外擾，根據(jù)式(1)對圖1的動態(tài)光譜進(jìn)行相關(guān)計算。圖2是摻三聚氰胺的同步二維近紅外相關(guān)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種奶粉中摻三聚氰胺的近紅外自相關(guān)譜檢測方法，其步驟為：(1)準(zhǔn)備實驗用純奶粉以及用實驗用純奶粉摻雜不同濃度三聚氰胺的摻假三聚氰胺奶粉；(2)分別掃描實驗用純奶粉和摻假三聚氰胺奶粉的近紅外光譜，分別得到實驗用純奶粉和摻假三聚氰胺奶粉的一維近紅外光譜數(shù)據(jù)，并通過計算得到實驗用純奶粉的一維近紅外平均譜數(shù)據(jù)；(3)將實驗用純奶粉的一維近紅外平均譜數(shù)據(jù)與摻假三聚氰胺奶粉的一維近紅外光譜數(shù)據(jù)按行排列組成光譜矩陣，根據(jù)Noda理論進(jìn)行二維相關(guān)計算，得到實驗用摻假三聚氰胺奶粉同步二維近紅外相關(guān)譜矩陣；(4)提取實驗用摻假三聚氰胺奶粉同步二維近紅外相關(guān)譜矩陣主對角線上元素，得到實驗用摻假三聚氰胺奶粉的自相關(guān)譜矩陣；(5)將實驗用摻假三聚氰胺奶粉的自相關(guān)譜矩陣與三聚氰胺濃度矩陣采用偏最小二乘法建立定量分析模型；(6)將未知樣品奶粉進(jìn)行近紅外光譜掃描得到未知樣品奶粉的一維近紅外光譜數(shù)據(jù)，將實驗用純奶粉的一維近紅外平均譜數(shù)據(jù)與未知樣品奶粉一維近紅外光譜數(shù)據(jù)按行排列組成光譜矩陣，根據(jù)Noda理論，計算得未知樣品奶粉同步二維近紅外相關(guān)譜矩陣，并提取主對角線上元素，得到未知樣品奶粉的自相關(guān)譜矩陣，將未知樣品奶粉的自相關(guān)譜矩陣代入上述步驟(5)中的定量分析模型，得到未知樣品奶粉中三聚氰胺的含量。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種奶粉中摻三聚氰胺的近紅外自相關(guān)譜檢測方法，其步驟為：(1)準(zhǔn)備實驗用純奶粉以及用實驗用純奶粉摻雜不同濃度三聚氰胺的摻假三聚氰胺奶粉；(2)分別掃描實驗用純奶粉和摻假三聚氰胺奶粉的近紅外光譜，分別得到實驗用純奶粉和摻假三聚氰胺奶粉的一維近紅外光譜數(shù)據(jù)，并通過計算得到實驗用純奶粉的一維近紅外平均譜數(shù)據(jù)；(3)將實驗用純奶粉的一維近紅外平均譜數(shù)據(jù)與摻假三聚氰胺奶粉的一維近紅外光譜數(shù)據(jù)按行排列組成光譜矩陣，根據(jù)Noda理論進(jìn)行二維相關(guān)計算，得到實驗用摻假三聚氰胺奶粉同步二維近紅外相關(guān)譜矩陣；(4)提取實驗用摻假三聚氰胺奶粉同步二維近紅外相關(guān)譜矩陣主對角線上元素，得到實驗用摻假三聚氰胺奶粉的自相關(guān)譜矩陣；(5)將實驗用摻假三聚氰胺奶粉的自相關(guān)譜矩陣與三聚氰胺濃度矩陣采用偏...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉海學(xué)，楊仁杰，張海洋，吳惠惠，朱文碧，孫雪杉，劉洋，
申請(專利權(quán))人：天津農(nóng)學(xué)院，
類型：發(fā)明
國別省市：天津;12