一种快速定量蜂蜜品质的近红外光谱方法技术

本发明专利技术涉及一种快速、简便定量蜂蜜品质的方法及其应用，主要步骤如下：１）收集蜂蜜样品；２）用常规化学方法获得蜂蜜样品的水分、葡萄糖、果糖含量和淀粉酶值；３）采集蜂蜜样品的近红外光谱图；４）对所述近红外光谱图进行预处理，消除干扰因素，选择波长范围；５）分别建立蜂蜜样品的水分、葡萄糖、果糖含量和淀粉酶值和近红外光谱之间的校正模型并检验；６）采集待测样品的近红外光谱；７）用所建模型预测待测样品的水分、葡萄糖、果糖含量和淀粉酶值。本发明专利技术具有前处理简单、分析速度快、环保等优点；能预测蜂蜜中的水分、葡萄糖、果糖含量和淀粉酶值，结果可靠、理想。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种定量蜂蜜品质的光谱方法，特别是涉及一种快速 定量蜂蜜品质的近红外光谱方法。
技术介绍
蜂蜜是蜜蜂釆集周边蜜源植物的花蜜并贮存在蜂巢中，与自身特 殊物质结合，消化而成的天然甜味物质。蜂蜜主要由碳水化合物(约占总量的3/4)和水分(约占总量的1/4)组成，另外含少量有机酸， 维生素、氨基酸等。糖类物质尤其是单糖(葡萄糖和果糖)占碳水化 合物的85%~90%，形成了高糖分的饱和溶液。水分、葡萄糖、果 糖、淀粉酶(DN)是评价蜂蜜品质好坏的重要理化指标，决定蜂蜜 感官特征和化学性质。例如，水分含量多少与蜂蜜是否发酵、结晶有关，糖分含量与蜂蜜甜度、味道、结晶相关，而DN是评定蜂蜜新鲜 度的主要指标。常规分析蜂蜜水分、糖、DN的方法分别是折光率法、 色谱法、紫外-可见分光光度法。然而，同时分析这些指标费时，需 大量试剂和耗材，影响蜂蜜分析效率，尤其是分析大量样品时常需要 10~20小时。因此，如何有效、快速评价蜂蜜品质成为质检部门、 企业的关注问题。近红外(Near Infrared ，NIR)光的波长范围约为780 ~ 2500nm, 是介于可见区与中红外区之间的电磁波，通过与物质中有机分子的含 氢基团X-H键的作用，形成有机分子的倍频和合频吸收光谱。根据这 些近红外吸收频谱出现的位置、吸收强度等信息特征，结合数理统计 对该成分作定性和定量分析。与常规分析相比，该项技术需要更多的 化学计量学算法与软件技术。随着计算机技术的发展、化学计量学研 究的深入及近红外光谱仪器制造技术的日益完善，近红外光谱分析技术得到飞跃发展。由于具有快速、无前处理、环保等特点而广泛用于 农产品、食品、化学、医药、石油等领域，从而成为90年代最引人注目的光谱分析技术。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术的目的是提供一种简单、快速定量蜂蜜 品质的近红外光谱方法及其应用。本专利技术提供 ，包括以下步骤1) 收集具代表性的蜂蜜样品；2) 用常规化学方法获得蜂蜜样品的水分、葡萄糖、果糖含量和 淀粉酶值；3) 釆集蜂蜜样品的近红外光谱4) 对所述近红外光谱图进行预处理，消除各种干扰因素，选择 波长范围；5) 分别建立蜂蜜样品的水分、葡萄糖、果糖含量和淀粉酶值和 近红外光谱之间的校正模型并检验；6) 釆集待测样品的近红外光谱；7) 用所建模型预测待测样品的水分、葡萄糖、果糖含量和淀粉 酶值。其中，所述蜂蜜品质为水分、葡萄糖、果糖、淀粉酶值中的一个 或多个。步骤1)所述代表性的蜂蜜样品的数量至少为30个，蜂蜜样品 来源真实，并将蜂蜜样品随机分为校正集样品和验证集样品，其中， 校正集样品供建立校正模型用，验证集样品供检验模型用。步骤2)所述常规化学方法为水分检测用折光率法，葡萄糖、 果糖含量检测用高效液相色谱法；淀粉酶值检测用紫外_可见分光光 度法。应用傅立叶近红外光谱仪器釆集蜂蜜样品，用液体光纤探头扫描，扫描次数为32次；光谱扫描范围10000cm" ~ 4000cm-1,分 辨率8cm",重复测定三次，取平均光谱。仪器自身所带的具有NIRs 收集、存储、处理功能的软件或其它公认统计软件处理光谱图，例如 可釆用OPUS5.5软件。对原始光谱进行预处理方法包括 一阶导数、二阶导数、多元散 射校正、矢量归一化、消除常数偏移量、减去一条直线等。这些方法 可单独使用或多个联合使用，以达到最佳预处理效果。建立NIR光谱与蜂蜜水分、葡萄糖和果糖含量之间的校正模型 的化学计量学方法包括偏最小二乘法(PLS)、多元线性回归(MLR)、 主成分回归(PCR)等。用决定系数(R2)、交互验证标准偏差 (RMSECV)或预测均方差(RMSEP)评价模型性能。将化学值(即用常规化学方法得到的数值，下同)输入对应的样 品，结合光谱图，用偏最小二乘法或其它化学计量学方法建立蜂蜜水 分、葡萄糖、果糖、淀粉酶定量数学模型，以决定系数(R2)、交互 验证标准偏差(RMSECV)评价模型优劣。决定系数最大、标准差最 小的模型，效果最佳。i;(攀,)2 —决定系数仗2=1 Z(x-^)2-RMSECV= V M 其中Differi表示第i个样品的化学值和NIR预测值之差，M为 校正集样品数，》为第i个样品的化学值，ym是m个样品NIR预测 值的平均值。用验证集样本考察模型能否定量样品，以预测标准差(RMSEP )， 以及用化学方法测定结果和NIR预测结果进行比较，检验两种方法 的差异显著性，差异不显著的说明该模型可以取代化学方法。E(顺。)2RMSEP- V iV 其中Differi表示第i个样品的化学值和 NIR预测值之差，N为验证集样品数。t= 4 ，其中J表示化学值和预测值平均值之差，^为样本平均数的标准偏差。待测样品的光谱釆集方法同建模时釆集光谱的方法，用建立的模 型快速预测蜂蜜样品水分、葡萄糖、果糖和淀粉酶值含量。 本专利技术所述近红外光谱方法在测定蜂蜜品质中的应用。 所述蜂蜜品质的指标为水分、葡萄糖、果糖含量和淀粉酶值。本专利技术具有以下有益效果1) 本专利技术釆用傅立叶光谱仪和液体光纤，具有前处理简单、分 析速度快、环保等优点。本专利技术可以同时检测蜂蜜中多种组分，由常 规分析方法10 20小时缩短至几分钟，提高了分析效率，是蜂蜜质 量控制分析的 一种快速新型检测方法。2) 利用傅立叶近红外光谱分析技术分析蜂蜜，结合PLS方法建 立蜂蜜水分、葡萄糖、果糖、淀粉酶值与近红外光谱的校正模型，通 过预测未知样品，结果可靠、理想。因此，可以将该技术进行推广， 尤其是为质检部门和企业产品实时监控节省大量的人力、物力。附图说明图i为蜂蜜的傅立叶近红外原始光谱图； 图2为水分含量NIR预测值与真实值之间的相关图； 图3为葡萄糖含量NIR预测值与真实值之间的相关图； 图4为果糖含量NIR预测值与真实值之间的相关图； 图5为淀粉酶值NIR预测值与真实值之间的相关图。具体实施例方式以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。 实施例l蜂蜜样品的近红外光谱图至少收集50个样本(巿购获得)，随机分为校正集和验证集(3: 1)。结晶蜂蜜分析前4(TC水洛至完全液化，室温放置。釆用傅立叶变换近红外光谱仪器和液体光纤附件扫描蜂蜜样品，光源为钨卤灯，铟镓砷(InGaAs)检测器，扫描范围lOOOOcm-1 ~ 4000cm—1 。扫描次 数32次，分辨率8cm"。每个样品平行测定3次，取其平均光谱 (见图1)。实施例2蜂蜜水分模型 2.1水分模型建立根据GB 18796-2005蜂蜜标准，用折光率法测定实施例1蜂蜜样 品的水分含量，釆用OPUS5.5软件，对实施例1釆集的样品光谱图 进行二阶导数光谱预处理，釆用偏最小二乘法建立数学模型，对模型 进行交叉验证，得到水分NIR预测值与真值交叉检验图(见图2)。 决定系数(R2)达94.86,交叉验证均方差(RMSECV)为0.301。2.2水分模型检验用建立好的模型对蜂蜜样品水分进行预测，预测结果与国标方法 测定结果及其偏差见表1。预测均方根误差(RMSEP)为0.324。通 过配对T检验，结果表明近红外预测水分含量结果与化学方法结果无 显著差异，所建的模型用于蜂蜜水分检测是准确可靠的。表l水分NIR预测值与化学实测值结果比较样品 编号化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种快速定量蜂蜜品质的近红外光谱方法，其特征在于，包括以下步骤：　１）收集蜂蜜样品；　２）用常规化学方法获得蜂蜜样品的水分、葡萄糖、果糖含量和淀粉酶值；　３）采集蜂蜜样品的近红外光谱图；　４）对所述近红外光谱图进行预 处理，消除干扰因素，选择波长范围；　５）分别建立蜂蜜样品的水分、葡萄糖、果糖含量和淀粉酶值和近红外光谱之间的校正模型并检验；　６）采集待测样品的近红外光谱；　７）用所建模型预测待测样品的水分、葡萄糖、果糖含量和淀粉酶值。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈兰珍，赵静，薛晓锋，陈芳，
申请(专利权)人：中国农业科学院蜜蜂研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]