一种快速筛查生鲜乳中乳清掺假的方法技术

本发明专利技术公开了一种快速筛查生鲜乳中乳清的方法，取待测样品于液体测样板上，对焦后于50

【技术实现步骤摘要】
一种快速筛查生鲜乳中乳清掺假的方法


[0001]本专利技术涉及一种拉曼光谱结合化学计量学快速筛查生鲜乳中乳清的方法，属于生鲜乳掺假检测


技术介绍

[0002]牛奶存在于世界各地不同国家和文化的人们的日常食物中，是一种营养丰富的农产品。根据联合国粮食及农业组织(FAO)公布的数据，2019年世界牛奶产量约为1.74亿吨，其中、巴西、印度、美国、德国和俄罗斯是世界六大牛奶生产国，这些国家的平均年产量都在3万吨以上。然而，牛奶(生鲜乳)往往是不同类型掺假的目标，目的是增加产品体积从而增加产品的经济效益，或是增加产品的蛋白质、脂肪含量，甚至掩盖使其不适合食用的因素，从而将不合格的产品出售给消费者。常见的掺假物质有水、碳酸钠、麦芽糊精、淀粉、过氧化氢、尿素、三聚氰胺和许多其他物质，如奶酪制作过程中产生的乳清。添加乳清是一种有效的掺假方式，可以在不显著改变生鲜乳本身感官特性的情况下增加脂肪含量及提高产量，而且不被乳成分分析仪检测出。
[0003]生鲜乳中掺假乳清的检测通常是通过高效液相色谱(HPLC)分析酪蛋白巨肽(CMP)来实现的，CMP是凝乳酶在奶酪生产过程中释放的一种肽。此外，紫外光谱、毛细管电泳、液相色谱串联质谱、中红外光谱和拉曼光谱也被用于乳清掺假的检测。然而，除了拉曼光谱以外的其他方法通常都需要复杂的样品制备，包括使用有机溶剂沉淀蛋白质、离心、浓缩和过滤等步骤。同时，生鲜乳和乳清在物理和化学性质上有很大的相似之处，因此在生鲜乳中掺入乳清很难检测。因此，亟需开发一种无需样品制备即可快速测定生鲜乳中乳清添加量的方法，从而降低检测成本以及实现户外快速筛查分析。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是：如何快速检测生鲜乳中乳清掺假。
[0005]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种快速筛查生鲜乳中乳清的方法，包括以下步骤：
[0006]步骤S1：取待测样品于液体测样板上，对焦后于50
‑
3500cm
‑1范围内获取拉曼光谱，选择不同位置的N个点采集，每个点采集M次拉曼信号取平均光谱为样品的拉曼图谱；
[0007]步骤S2：对采集步骤S2中的拉曼光谱进行平滑降噪处理；
[0008]步骤S3：用主成分分析(PCA)进行离群点检测，离群点即为未掺假生鲜乳样品；
[0009]步骤S4：基于回归系数的阈值对全拉曼光谱数据进行筛选，最终得到最佳波长点用于预测乳清含量模型的建立；
[0010]步骤S5：利用步骤S4中的模型生成残差图，判断鲜乳中的乳清含量。
[0011]优选地，所述步骤S1中拉曼光谱的获取条件为：激光功率10
‑
50mW，激光扩束器直径5
‑
10mm，拉曼采集时间3
‑
5s/次。
[0012]优选地，所述步骤S1中获取拉曼光谱时，待测样品的温度为25
±
5℃。
[0013]优选地，所述步骤S2中的平滑降噪处理采用窗口平均化对光谱进行预处理。
[0014]优选地，所述步骤S4中回归系数的阈值的计算公式为：
[0015][0016]式中，N为输入的样本数量，C为波长个数，S
ij
为第i个样本的第j个波长处的回归系数；将回归系数低于所述阈值的点去掉，即为最佳波长点。该步骤利用偏最小二乘学习到各个波长点对校正模型的回归系数，并将回归系数均值作为阈值，去除系数低于阈值的波长点，以达到波长选择的目的。
[0017]优选地，所述步骤S4中的预测乳清含量模型为采用PLS回归分析建立预测乳清含量的模型。在拉曼光谱中，光谱信息和预测成分之间在某些波段不存在特定的相关关系，除此之外，各个波长点之间也存在严重的多重共线性。如果采用全光谱数据进行建模，不仅会增加校正模型的复杂性，而且其中一些噪声变量还会降低模型的预测能力。利用选定的波长点或波长区间而不是全光谱数据进行建模可以有效的提高校正模型的性能。
[0018]更优选地，所述预测乳清含量模型使用SIMCA 14.1软件和MATLAB 2019b进行多元统计分析后建立。
[0019]本专利技术提供的快速筛查生鲜乳中乳清掺假的方法测定快速、操作简单、高效准确。此外利用手持式拉曼光谱仪，采用本专利技术的方法可以方便的实现现场、户外生鲜乳中乳清含量的实时、快速、准确测定。
[0020]本专利技术与现有技术相比，有益效果在于：
[0021]1)本专利技术提出了基于偏最小二乘的拉曼光谱波长选择方法，利用拉曼光谱和偏最小二乘建立回归模型定量生鲜乳中乳清的存在。该方法利用偏最小二乘学习到各个波长点对校正模型的回归系数，并将回归系数均值作为阈值，去除系数低于阈值的波长点，以达到波长选择的目的，对于简化校正模型和提高校正模型的性能具有重要的实际意义；
[0022]2)利用该方法得到的光谱建立的校正模型，相比于全光谱数据，降低了模型的复杂性和提高了模型的稳定性；不需要样品制备的任何步骤，测定过程简单、快速，是一种快速且经济有效的方法，具有很好的实际应用价值。
附图说明
[0023]图1为添加12种乳清浓度的生鲜乳样品的拉曼光谱；
[0024]图2为不同掺假浓度的PCA得分图；
[0025]图3为所有变量在PLS分析时的VIP得分图；
[0026]图4为乳清含量预测模型(PLS)的相关图；
[0027]图5为乳清含量预测模型(PLS)的残差图；
[0028]图6为光谱点对乳清预测模型(PLS)的系数图；
[0029]图7为采用乳清预测模型(PLS)检测盲样时预测值与真实值之间的残差图。
具体实施方式
[0030]为使本专利技术更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
[0031]实施例1：不同浓度掺假乳清样品的制备
[0032]生鲜乳样品采集自上海乳品四厂，出厂时生鲜乳的蛋白质、脂肪及碳水化合物等指标均符合标准。
[0033]在1.5L的混合生乳中加入2mL液体凝乳剂，在40℃下孵育40min，然后缓慢而持续地搅拌30min。然后，把凝乳切成方块，搅拌，用手轻轻按压。将奶酪块缓慢而持续地移动30min，用筛子过滤并收集乳清。最后，将乳清在100℃下孵育5min，然后将其用于制备掺假样品。在生鲜乳中添加不同比例的乳清制备了12种浓度的掺假样品：乳清的质量分数0.00％、1.79％、4.42％、7.14％、11.36％、14.40％、16.53％和20.51％作为校准集，2.55％、9.18％、12.04％和16.53％作为验证集。
[0034]实施例2：不同浓度乳清掺假样品的拉曼光谱采集
[0035]使用DXR激光显微拉曼光谱仪进行奶样检测，取适量样品于液体测样板上，对焦后于50
‑
3500cm
‑1范围内获取拉曼光谱，采集时间5s/次，激光器为532nm DPSS激光器，功率为10mw，激光扩束器直径为5mm，选择不同位置的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种快速筛查生鲜乳中乳清的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：取待测样品于液体测样板上，对焦后于50
‑
3500cm
‑1范围内获取拉曼光谱，选择不同位置的N个点采集，每个点采集M次拉曼信号取平均光谱为样品的拉曼图谱；步骤S2：对采集步骤S2中的拉曼光谱进行平滑降噪处理；步骤S3：用主成分分析进行离群点检测，离群点即为未掺假生鲜乳样品；步骤S4：基于回归系数的阈值对全拉曼光谱数据进行筛选，最终得到最佳波长点用于预测乳清含量模型的建立；步骤S5：利用步骤S4中的模型生成残差图，判断鲜乳中的乳清含量。2.如权利要求1所述的快速筛查生鲜乳中乳清的方法，其特征在于，所述步骤S1中拉曼光谱的获取条件为：激光功率10
‑
50mW，激光扩束器直径5
‑
10mm，拉曼采集时间3
‑
5s/次。3.如权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：田怀香，陈霜，于海燕，陈臣，刘瑶，杨睿，郑国茂，
申请(专利权)人：上海应用技术大学，
类型：发明
国别省市：