牛奶中游离氨基酸总含量的中红外快速批量检测方法技术

本发明专利技术属于奶牛性能测定和牛奶品质检测领域，具体涉及牛奶中游离氨基酸总含量的中红外光谱快速批量检测方法。申请人在特征波段的选择时使用人工手动选择+多次遍历的方法，最终选取用于建模的特征波段，特别是筛选出了包含部分水的吸收区域，并证明了增加部分水吸收波段可以提升模型的准确性，经过比较确认选用了同一个牛奶样本测定第一次的MIR进行建模效果更好，选取了总游离氨基酸模型建立的最优预处理与算法组合，确定了最优参数，提高了模型的准确性，实现了原料奶中总游离氨基酸含量的快速、准确、低成本的检测。低成本的检测。

【技术实现步骤摘要】
牛奶中游离氨基酸总含量的中红外快速批量检测方法


[0001]本专利技术属于奶牛性能测定和牛奶品质检测领域，具体涉及牛奶中游离氨基酸总含量的中红外光谱快速批量检测方法。

技术介绍

[0002]牛奶是最古老的天然饮料之一，被誉为“白色血液”。牛奶具有较高的食用价值，能提供大量有益于动物体的营养物质，如氨基酸、乳糖、矿物质等。牛奶中游离氨基酸组成含量与人奶相似，富含人体内不能合成的8种必需氨基酸及3种支链氨基酸，是较为优质的乳蛋白资源。
[0003]根据氨基酸的存在形式，可将牛奶中的氨基酸分为水解氨基酸和游离氨基酸。游离氨基酸又称非蛋白氨基酸，是指没有成蛋白质或肽，在生物体中游离存在的氨基酸，生鲜牛奶中游离氨基酸含量约为130～170mg/L；水解氨基酸是指已组成蛋白质或肽的氨基酸，相关文献表明，牛奶中水解氨基酸含量高于游离氨基酸含量，由此说明牛奶中的氨基酸主要以蛋白质或肽的形式存在
[1]。牛奶中游离氨基酸含量虽然较低，但种类丰富，本专利技术中使用的含量即为牛奶中34种游离氨基酸含量的总和，包括磷酸丝氨酸、牛磺酸、磷乙醇胺、天冬氨酸、丝氨酸、苏氨酸、天冬酰胺、谷氨酸、谷氨酰胺、α
‑
氨基已二酸、甘氨酸、丙氨酸、瓜氨酸、α
‑
氨基丁酸、缬氨酸、胱氨酸、蛋氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、β
‑ꢀ
丙氨酸、β
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氨基异丁酸、γ
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氨基丁酸、组氨酸、3
‑
甲基组氨酸、1
‑
甲基组氨酸、肌肽、色氨酸、鸟氨酸、赖氨酸、精氨酸、羟脯氨酸、脯氨酸。
[0004]牛奶中游离氨基酸含量是反映牛奶品质和新鲜程度的重要指标。游离氨基酸可被人体直接吸收利用，参与人体的新陈代谢、生长、免疫等过程，当牛奶中游离氨基酸的组成与含量越接近人体氨基酸所需比例时，其生物学价值越高，品质越好
[2]，然而，过高游离氨基酸水平表明牛奶品质较差。有研究表明，牛奶在贮存过程中产生的腐败气味可能是由牛奶中游离氨基酸在脱羧酶作用下生成生物胺所致，因此游离氨基酸含量也可作为衡量牛奶新鲜度的重要指标
[3]。
[0005]关于牛奶游离氨基酸总含量的测定方法目前暂无国家标准，常用的方法有氨基酸自动分析仪分析法
[4
‑
6]、高效液相色谱法
[7
‑
8]、紫外分光光度法
[9]等，但此类方法均存在成本高、耗时长及效率低等问题，因此很难在生产实践中快速批量化使用。中红外光谱由分子中基团原子振动跃迁时吸收红外光产生，中红外光谱技术可最大限度地获取物质的成份、结构及其他相关信息，将样品光谱数据与待测样品组份测量值之间建立数学关系，从而对待测样品组份含量进行预测
[10]。中红外光谱技术作为一种高新分析技术，具有方便快捷、无污染、无破坏性、无前处理等优势，能准确反映牛奶的整体化学信息，提供待测物质的指纹图谱，是畜牧业检测领域研究的重要手段，目前已被广泛应用于畜产品的化学成份含量检测和质量评估。
[0006]我国现已通过中红外光谱技术对牛奶中蛋白总含量和脂肪总含量等指标进行检测，然而国内外都没有精度较高的游离氨基酸总含量的快速批量检测模型，但无适合于中
国奶牛的牛奶游离氨基酸总含量的检测方法，实现牛奶中游离氨基酸总含量的快速、准确和无创测定，一方面用于高效监测和预警原料奶的品质安全，使乳及乳制品市场更加规范，使人民身体健康和生命安全得到保证；另一方面用于快速高效检测牛奶中游离氨基酸总含量，为特色奶牛的选育和生产提供表型数据。本专利技术的目的即建立牛奶中游离氨基酸总含量的快速检测技术，为中国奶牛业朝着健康高效、乳品业朝着营养鲜活的方向发展提供技术保障。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供了牛奶中总游离氨基酸的中红外光谱的快速批量检测方法，方法简单，快速，与真实值相比，准确率高。
[0008]为了达到上述目的，本专利技术采取以下技术措施：
[0009]牛奶中总游离氨基酸的中红外光谱的快速批量检测方法，包括下述步骤：
[0010]1.采集牛奶样本中的红外光谱中特征波段为：968.36cm
‑1‑
1157.40cm
‑1、1203.70 cm
‑1‑
1577.92cm
‑1、1685.95cm
‑1‑
1952.15cm
‑1、2256.93cm
‑1‑
2341.81cm
‑1、2376.53 cm
‑1‑
3067.11cm
‑1与3634.24cm
‑1‑
3977.60cm
‑1中的MIR数据；
[0011]2.将测定所得到的MIR数据代入none+PLSR(n_component＝24)模型中，输出总游离氨基酸含量的预测结果。
[0012]以上所述的方法中，优选的，步骤1中每一段波段前后允许有两个波点的差距。
[0013]本专利技术的保护内容还包括：上述检测方法用于检测牛奶中总游离氨基酸的含量。
[0014]与现有技术相比，本专利技术优点在于：
[0015]1.在特征波段的选择方面，打破了常用的使用算法筛选特征，而是使用人工手动选择+多次遍历的方法。最终选取用于建模的特征波段，特别是筛选出了包含部分水的吸收区域，并证明了增加部分水吸收波段可以提升模型的准确性。
[0016]2.经过比较确认选用了同一个牛奶样本测定第一次的MIR进行建模效果更好，提供了参考依据。
[0017]3.选取了总游离氨基酸模型建立的最优预处理与算法组合，确定了最优参数，提高了模型的准确性。
[0018]4.实现了原料奶中总游离氨基酸含量的快速、准确、低成本的检测，实现了快速批量检测，每一个样本的测定时间仅需10
‑
15秒，提高了检测效率，具有较强的实用性，将可广泛应用于奶牛性能测定和牛奶质量品质检测。
附图说明
[0019]图1为未经处理的牛奶样品中红外光谱图(a)与平均光谱图(b)。
[0020]图2为选取的六个特征波段光谱总图(a)以及每个特征波段放大图(b)。
[0021]图3为模型牛奶数据真实值与预测值相关性与拟合直线图。
具体实施方式
[0022]本专利技术所述技术方案，如未特别说明，均为本领域的常规方案；所述试剂或材料，如未特别说明，均来源于商业渠道。
[0023]1.实验材料
[0024]试验材料来源于中国四个地区9个奶牛场的187头中国荷斯坦牛，每头牛采集一份奶样，奶样采集利用自动挤奶装置完成，先用消毒后的毛巾擦拭牛奶房，然后用碘甘油混合溶液对乳房消毒，挤掉前三把乳汁后，对挤奶全过程奶样进行采集，每份奶样采集40ml，分装到直径3.5cm，高9cm的圆柱形全新采样瓶里，依次编号，并向每个采样瓶里立即加入溴硝丙二醇防腐剂，缓慢摇晃使其充分溶解，运回途中在奶样本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.牛奶中总游离氨基酸的中红外光谱的快速批量检测方法，包括下述步骤：1）. 采集牛奶样本中的红外光谱中特征波段为：968.36 cm
‑1‑
1157.40 cm
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1 、1203.70 cm
‑1‑
1577.92 cm
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1 、1685.95 cm
‑1‑
1952.15 cm
‑
1 、2256.93 cm
‑1‑
2341.81 cm
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【专利技术属性】
技术研发人员：张淑君，褚楚，樊懿楷，张静静，邹慧颖，向世馨，
申请(专利权)人：权利要求书一页说明书九页附图三页，
类型：发明
国别省市：