牛奶中饱和脂肪酸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，公开了牛奶中饱和脂肪酸的中红外光谱快速批量检测方法。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。选取了饱和脂肪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。实现了原料奶中饱和脂肪酸含量的快速、准确、低成本的检测，实现了快速批量检测。实现了快速批量检测。

【技术实现步骤摘要】
牛奶中饱和脂肪酸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，具体涉及牛奶中饱和脂肪酸的中红外光谱快速批量检测方法。

技术介绍

[0002]牛奶一直被认为是自然界中天然形成的最完美的食物之一，牛奶是脂肪酸的天然来源之一，其中对人类健康有益的亚油酸、亚麻酸，特别是共轭亚油酸含量丰富，对人体健康有重要的影响，目前已成为国人最重要的营养来源之一。
[0003]饱和脂肪酸(saturated fatty acids,SFAs)的碳链中无不饱和双键，它是细胞膜的重要组成成分。一些研究发现SFAs是影响血浆胆固醇的主要因素，因此一些假说认为减少SF As的摄入会降低冠心病风险
[1
‑
2]。然而其它研究的综合分析发现SFAs的摄入量与心脏病之间没有直接的联系
[3]。大量研究发现并非所有的SFAs都能升高胆固醇的水平，同时一些SFAs还具有多种有益的生物学功能，如抗癌、抗炎、抗菌等
[4
‑
7]。
[0004]短链饱和脂肪酸(short chain saturated fatty acids,SC
‑
SFAs)主要存在于牛奶和膳食纤维中。虽然膳食纤维不含SC
‑
SFAs，但盲肠和远端结肠中微生物的发酵产生了包括丁酸盐在内的SC
‑
SFAs
[8]。中链饱和脂肪酸(medium chain saturated fatty acids,MC
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>SFAs)和长链饱和脂肪酸(long chain saturated fatty acids,LC
‑
SFAs)主要存在于红肉、乳脂和植物油中
[9]。超长链饱和脂肪酸(very long chain saturated fatty acids,VLC
‑
SFAs)主要存在于芥菜种子油、花生油和菜籽油中。
[0005]牛奶中饱和脂肪酸是脂肪酸的最主要组成部分，其含量能够占牛奶总脂肪酸的60％以上[10]，关于牛奶中饱和脂肪酸的测定方法目前有国家标准，即食品安全国家标准
‑‑
食品中脂肪酸的测定(GB5009.168
‑
2016)，我国规定了乳与乳制品中的脂肪酸使用气相色谱法进行检测(GB 5009.168—2016)
[11]，此方法能定量检测脂肪酸的种类和含量，但样品前处理过程复杂，耗时长，且成本高，研究者们试图对该方法进行改进[]，国内外对于牛奶脂肪检测的主要方法有气相色谱法、紫外分光光度计法、液相色谱法等，但都存在成本高和效率低等问题，很难在生产实践中快速批量化使用。中红外光谱MIR(Mid
‑
Infrared Spectroscopy)技术是一种非常经济高效的检测工具，通过中红外光对分子中特定化学键吸收所在的频率和对应的波峰的不同，来预测所研究物质和性状的性质或含量，从而可以得知生物的生理状态等信息。在畜牧行业中，通过MIR来检测奶牛的营养、生理等指标在国内已经逐渐兴起，现已经可以对蛋白总量和脂肪总量等指标进行检测，但目前暂无精度很高的饱和脂肪酸含量的快速批量检测模型。
[0006]目前国外早已开始了基于中红外检测牛奶中物质成份的研究，但都存在精度不高，特征波段不够准确等问题，国内还没有相关报道。与其它国家相比，中国奶牛因受到国内气候、地理环境和饲养条件等影响，与国外奶牛存在较大差异，牛奶品质也有其特点，国外检测模型并不一定适合于中国奶牛，故需要尽快建立具有我国自主产权的适合于中国奶牛牛奶的饱和脂肪含量检测方法，不仅可用于快速、高效、准确和无创测定奶牛泌乳性状中
重要性能指标饱和脂肪酸含量，为奶牛遗传育种提供表型数据及理论依据，而且可检测分析原料牛奶及奶制品中饱和脂肪酸含量，为乳业加工业和消费者提供参考。本专利技术的目的即为解决目前存在的问题，建立乳中饱和脂肪酸的快速检测技术，为中国奶业的发展提供技术保障。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供了牛奶中饱和脂肪酸的中红外光谱快速批量检测方法，该方法具有简单、快速和批量等优势。
[0008]本专利技术的另一个目的在于提供了牛奶中饱和脂肪酸的中红外光谱快速批量检测方法的应用。
[0009]为了达到上述目的，本专利技术采取以下技术措施：
[0010]牛奶中饱和脂肪酸的中红外光谱快速批量检测方法，包括下述步骤：
[0011]1.采集牛奶样本中的红外光谱中特征波段为：1412.03cm
‑1‑
1489.19cm
‑1、1558.63cm
‑1‑
1720.67cm
‑1、2106.47cm
‑1‑
2229.92cm
‑1、2445.97cm
‑1‑
2689.03cm
‑1、3016.96cm
‑1‑
3468.34cm
‑1、3638.09cm
‑1‑
3746.12cm
‑1、4101.05cm
‑1‑
4170.50cm
‑1、4212.94cm
‑1‑
4510.00cm
‑1、4618.03cm
‑1‑
5007.68cm
‑1中的MIR数据；
[0012]2.将测定所得到的MIR数据代入diff2+diff2+PLSR(n_component＝5)模型中，即可输出饱和脂肪酸含量的预测结果。
[0013]所述的diff2为二阶差分，diff1为一阶差分。
[0014]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。
[0015]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饱和脂肪酸含量。
[0016]与现有技术相比，本专利技术优点在于：
[0017]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。
[0018]2.选取了饱和脂肪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。
[0019]3.实现了原料奶中饱和脂肪酸含量的快速、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
[0020]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)。
[0021]图2为diff2+diff2预处理后的牛奶样品中红外光谱图。
[0022]图3为选取的九个特征波段光谱总图(a)以及每个特征波段放大图(b)。
[0023]图4为模型牛奶数据真实值与预测值相关性与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.牛奶中饱和脂肪酸的中红外光谱快速批量检测方法，包括下述步骤：采集牛奶样本中的红外光谱中特征波段为：1412.03cm
‑1‑
1489.19cm
‑1、1558.63cm
‑1‑
1720.67cm
‑1、2106.47cm
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2229.92cm
‑1、2445.97cm
‑1‑
2689.03cm
‑1、3016.96cm
‑1‑
3468.34cm
‑1、3638.09cm
‑1‑
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【专利技术属性】
技术研发人员：倪俊卿，张震，蔡亚非，何开兵，王贵强，周扬，马亚宾，李春芳，闫磊，王海童，操礼军，胡永青，陈芳慧，秦则平，任小丽，李广，吴喜娟，夏振海，郝磊晓，邹慧颖，
申请(专利权)人：河南省奶牛生产性能测定有限公司南京农业大学新疆生产建设兵团第八师畜牧兽医工作站湖北省畜禽育种中心华中农业大学，
类型：发明
国别省市：