基于介电频谱技术的生鲜羊乳菌落总数超标快速判别方法技术

本发明专利技术公开了一种基于介电频谱技术的生鲜羊乳菌落总数超标快速判别方法，包括以下步骤：使用介电特性测量仪在全频率范围内，获取一批菌落总数未超标与超标生鲜羊乳样本的介电频谱。对原始介电频谱进行预处理，并利用定性分析的样本划分方法得到校正集与预测集。利用主成分分析和连续投影算法对介电频谱数据进行压缩。建立判别生鲜羊乳菌落总数超标的模型，并对各模型的判别准确率进行验证。其中基于主成分分析的支持向量机模型为最优模型，该模型对校正集和预测集的判别准确率均为100%。本发明专利技术基于介电频谱技术判别生鲜羊乳菌落总数是否超标，具有快速、高效、便捷、准确、不需要复杂样品制备等优点。

【技术实现步骤摘要】
基于介电频谱技术的生鲜羊乳菌落总数超标快速判别方法
本专利技术涉及菌落总数检测
，特别是涉及一种基于介电频谱技术的生鲜羊乳菌落总数超标快速判别方法。
技术介绍
食品在生产、加工、储存、运输、销售等各个环节中都可能受微生物的污染。一旦食品被污染，微生物将大量繁殖而引起食品腐败变质，或导致食源性感染和食物中毒。羊乳是深受广大消费者青睐的食品。羊乳中含有丰富的营养成分，例如容易被吸收的蛋白质、脂肪、糖类和矿物质微量元素等。由于富含多种营养物质，羊乳相比于其它食品更加容易受微生物污染。乳中菌落总数过高，不仅会引起乳变味，而且很可能导致以乳为主要原料的其它乳制品的菌落超标。《生鲜乳收购标准》（GB19301-2010）把菌落总数上限设为200万CFU/mL。传统检测菌落总数的方法是标准平板计数法，该方法虽然精确，但却需要消耗大量时间。因此该方法不适合应用于快速在线检测。一些研究人员提出了包括式细胞仪法、生物发光ATP法、电阻抗法、伏安分析法等快速检测方法。但这些方法中，有些价格昂贵，有些操作复杂，有些方法需要较长时间进行菌落培养。因此提出快速、便捷的生鲜羊乳菌落总数超标快速判别方法对生鲜羊乳及其乳制品的生产和消费至关重要。介电特性由于其具有快速且不需要复杂的样品制备等优点，已经成为广泛应用的食品分析方法。材料的介电特性同其它的物理特性，如声学、光学、磁学等一样属于物质内在的特性。许多研究报道指出，食品的介电特性受其成分的影响，例如水分、糖度、脂肪、可溶性固形物等。近年来，介电特性检测技术已经被应用检测生鲜乳的水分、脂肪、蛋白质含量中。到目前为止，尚未见基于介电频谱预测大样本生鲜乳的菌落总数是否超标的研究。为此，有必要开发一种基于介电频谱技术的生鲜羊乳菌落总数超标快速判别方法，以保障消费者的权益，同时促进羊乳产业的健康发展，维护我国食品安全与健康。
技术实现思路
鉴于上述现有技术发展现状，本专利技术的目的是提供一种基于介电频谱技术的生鲜羊乳菌落总数超标快速判别方法。利用介电特性测量仪，采集一批菌落总数未超标和超标羊乳样本的介电频谱。基于介电频谱数据，建立生鲜羊乳菌落总数超标判别模型。本专利技术的方法也可以用于生鲜牛乳菌落总数超标的快速判别中。基于介电频谱技术的生鲜羊乳菌落总数超标快速判别方法，包括以下步骤：步骤一，选取菌落总数未超标和超标的生鲜羊乳作为样本；依据国标方法检测样本的菌落总数，并依照国标判别其菌落总数是否超标。步骤二，预热介电特性测量仪，并采用标准流程校准仪器；设置采集软件，包括频率范围、扫描方式、频率点数；使用搅拌器将生鲜羊乳样品混合均匀，在25℃恒温下，全频率范围内，测量样本的介电频谱；该介电频谱包括介电常数频谱和介质损耗因数频谱。步骤三，预处理介电频谱；由于噪声的存在，去除介电常数频谱的首尾部分；然后利用Savitzky-Golay平滑和标准正态变换算法对原始介电频谱进行预处理。步骤四，采用kennard-Stone样本划分方法，按照2:1或3:1或4:1的比例，将生鲜羊乳样本分为校正集和预测集；保证菌落总数未超标和超标样本在校正集和预测集的比例相同。步骤五，采用主成分分析法和连续投影算法，对校正集生鲜羊乳样本的介电频谱进行数据压缩；基于不同主成分数下，偏最小二乘判别分析模型的预测集判别准确率，选取最佳的主成分数；根据不同特征变量数下的平均风险G值，确定连续投影算法下合适的特征变量数；对预测集介电频谱进行同样的压缩处理。步骤六，采用压缩后的校正集介电频谱，建立生鲜羊乳菌落总数超标判别模型；使用压缩后的预测集介电频谱对模型进行验证；基于各模型校正集和预测集的判别准确率，对比确定出最佳模型为基于主成分分析的支持向量机模型。步骤七，对于待测生鲜羊乳样本，按照步骤二和步骤三得到介电频谱，使用主成分分析法对介电频谱进行数据压缩，然后将压缩后的数据作为基于主成分分析的支持向量机模型的输入，得出判别结果。该方法还适用于生鲜牛乳菌落总数超标快速判别。其中，在步骤二中，首先使用搅拌器将生鲜羊乳样品混合均匀，然后在25℃恒温下，全频率范围内，测量生鲜羊乳的介电频谱。所述的全频率范围是指所述的介电特性测量仪的整个检测频率范围或检测频率范围内的某一段。本专利技术具有如下优点：本专利技术通过检测生鲜羊乳的介电特性，得到生鲜羊乳的介电频谱。采用不同的数据预处理和压缩方法，获取介电频谱的主成分和特征变量，建立识别羊乳菌落总数超标的判别模型。通过比较各模型对校正集和预测集的判别准确率得出最佳模型，为羊乳菌落总数超标判别提供一种快速方法。附图说明图1：基于不同主成分数下偏最小二乘判别分析模型的预测集判别准确率；图2：连续投影算法优选特征变量过程中不同特征变量数下的平均风险G值。具体实施方式本专利技术方法对不同生鲜羊乳菌落总数超标判别具有良好的通用性。由于生鲜羊乳的多样性，本专利技术仅以萨能乳山羊所产的生鲜羊乳作为实施例，其它生鲜羊乳菌落总数超标判别可参照该实施例的方法进行。具体根据所测乳品，建立相应的判别模型，就可以用于该生鲜羊乳菌落总数超标的快速判别。下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。依据本专利技术实施例的方法包括以下步骤：步骤一，选取一批不同养殖场和不同泌乳期的生鲜羊乳样本，通过国标规定的平板计数法检测菌落总数，并按照国标规定的生鲜乳菌落总数不能超过200万CFU/mL，判别其菌落总数是否超标；选择出数量相近的未超标和超标生鲜羊乳样品；本实施例中的生鲜羊乳采自陕西省咸阳市杨陵区5家不同的萨能乳山羊养殖散户，得到77个菌落总数未超标样本和73个菌落总数超标样本。步骤二，预热介电特性测量仪，并采用标准流程校准介电特性测量仪；设置采集软件，包括频率范围、扫描方式、频率点数；本实施例中，介电特性测量仪由美国安捷伦公司的E5071C矢量网络分析仪和85070E同轴探头构成；设置频率范围为20-4500MHz，扫描方式为对数，扫描频率点数为201个；使用搅拌器将生鲜羊乳样品混合均匀，在25℃下，全频率范围即20-4500MHz内，对数坐标下等间隔获取201个介电常数和201个介质损耗因数；将201个介电常数标记为介电频谱的第1-201个点，将201个介质损耗因数标记为介电频谱的第202-402个点，由此构成样本的介电频谱。步骤三，预处理介电频谱。去除介电频谱中介电常数频谱首尾各25个点，即介电频谱中1-15和176-201数据点，剩余352个点组成新的介电频谱；首先利用Savitzky-Golay平滑去除介电频谱中的高频噪声，然后使用标准正态变换算法对介电频谱进行进一步的预处理。步骤四，采用适用于定性分析的kennard-Stone样本划分方法，按照3:1的比例，将羊乳样本化分为校正集与预测集。对于未超标和超标样本均采用kennard-Stone样本划分方法按照3:1的比例划分为校正集和预测集；然后分别合并未超标和超标样本的校正集与未超标和超标样本的预测集，最后校正集有样本113个，其中未超标样本58个，超标样本55个；预测集有样本37个，其中未超标样本19个，超标样本18个。步骤五，采用主成分分析法和连续投影算法，对校正集生鲜羊乳样本的介电频谱进行压缩。建立1-15个主成分下的偏最小二乘判别分析模型，计算各模型预测集的判别准确率，如图1所示。本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于介电频谱技术的生鲜羊乳菌落总数超标快速判别方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，选取菌落总数未超标和超标的生鲜羊乳作为样本；依据国标方法检测样本的菌落总数，并依照国标判别其菌落总数是否超标；步骤二，预热介电特性测量仪，并采用标准流程校准仪器；设置采集软件，包括频率范围、扫描方式、频率点数；使用搅拌器将生鲜羊乳样品混合均匀，在25℃恒温下，全频率范围内，测量样本的介电频谱；该介电频谱包括介电常数频谱和介质损耗因数频谱；步骤三，预处理介电频谱；由于噪声的存在，去除介电常数频谱的首尾部分；然后利用Savitzky‑Golay平滑和标准正态变换算法对原始介电频谱进行预处理；步骤四，采用kennard‑Stone样本划分方法，按照2:1或3:1或4:1的比例，将生鲜羊乳样本分为校正集和预测集；保证菌落总数未超标和超标样本在校正集和预测集的比例相同；步骤五，采用主成分分析法和连续投影算法，对校正集生鲜羊乳样本的介电频谱进行数据压缩；基于不同主成分数下，偏最小二乘判别分析模型的预测集判别准确率，选取最佳的主成分数；根据不同特征变量数下的平均风险G值，确定连续投影算法下合适的特征变量数；对预测集介电频谱进行同样的压缩处理；步骤六，采用压缩后的校正集介电频谱，建立生鲜羊乳菌落总数超标判别模型；使用压缩后的预测集介电频谱对模型进行验证；基于各模型校正集和预测集的判别准确率，对比确定出最佳模型为基于主成分分析的支持向量机模型；步骤七，对于待测生鲜羊乳样本，按照步骤二和步骤三得到介电频谱，使用主成分分析法对介电频谱进行数据压缩，然后将压缩后的数据作为基于主成分分析的支持向量机模型的输入，得出判别结果。...

【技术特征摘要】
1.基于介电频谱技术的生鲜羊乳菌落总数超标快速判别方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，选取菌落总数未超标和超标的生鲜羊乳作为样本；依据国标方法检测样本的菌落总数，并依照国标判别其菌落总数是否超标；步骤二，预热介电特性测量仪，并采用标准流程校准仪器；设置采集软件，包括频率范围、扫描方式、频率点数；使用搅拌器将生鲜羊乳样品混合均匀，在25℃恒温下，全频率范围内，测量样本的介电频谱；该介电频谱包括介电常数频谱和介质损耗因数频谱；步骤三，预处理介电频谱；由于噪声的存在，去除介电常数频谱的首尾部分；然后利用Savitzky-Golay平滑和标准正态变换算法对原始介电频谱进行预处理；步骤四，采用kennard-Stone样本划分方法，按照2:1或3:1或4:1的比例，将生鲜羊乳样本分为校正集和预测集；保证菌落总数未超标和超标样本在校正集和预测集的比例相同；步骤五，采用主成分分析法和连续投影算法，对校正集生鲜羊乳样本的介电频谱进行数据压缩；基于不同主成分数下，偏最小二乘判别分析模型的预测集判别准确率，选取最佳的主成分数；根据不同特征变量数下的平均风险G...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭文川，朱新华，朱卓卓，杨彪，孔繁荣，
申请(专利权)人：西北农林科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61