[发明专利]一种基于近红外光谱技术的掺杂牛初乳定性识别方法

说明书

本发明公开了一种基于近红外光谱技术的掺杂牛初乳定性识别方法，属于食品快速检测领域。该方法采用傅里叶近红外光谱仪采集一批牛初乳及掺杂初乳的近红外漫反射光谱。为了提高识别准确率，首先进行光谱预处理以消除牛初乳的散射效应及噪声干扰，其中多元散射校正方法为最优预处理方法。进而采用3种无监督模型和3种有监督模型分别对样品识别准确率进行综合比较，其中基于全谱建立的偏最小二乘判别分析为最优模型，其测试集识别准确率为94.74%。将未知牛初乳样品经预处理后的光谱数据代入最佳模型即可对其定性识别。本发明基于近红外光谱技术定性识别掺杂牛初乳，具有快速、准确和可在线检测等优点。

技术领域

本发明属于食品快速检测领域，特别是涉及一种基于近红外光谱技术的掺杂牛初乳定性识别方法。

背景技术

牛初乳中富含蛋白质、脂肪等营养成分以及免疫因子、生长因子等生物活性物质，被称为“乳黄金”。因此，牛初乳广受消费者青睐，其消费需求在逐渐增加。然而，初乳产量尚不足牛常乳产量的2%，其价格数倍于常乳。这驱使一些商家在初乳中添加一定量的常乳以获取较高的利润。这种不法行为不仅严重降低了初乳制品的质量，而且侵犯了消费者的合法权益。因此，检测初乳中常乳掺杂具有重要意义。

生产中通常根据初乳的颜色、密度、粘度及pH值等物理特性评判初乳的品质，但精度较差。中国专利号CN94112165.8所述的一种牛初乳的检测方法，通过检测细胞活力指标区别牛初乳与常乳，其特征在于所述细胞检测包括：细胞定量检测、巨噬细胞的定量检测以及巨噬细胞内酶的化学方法测定。其不足之处在于该方法需要对细胞进行培养筛选及细胞染色等，费时费力，且对操作者技术要求高。一些研究人员提出了放射免疫扩散法、高效液相色谱法和免疫透射比浊法等化学分析方法，通过测量初乳中主要营养成分免疫球蛋白含量作为衡量初乳是否掺假以及初乳品质的主要指标。但这些方法等均存在检测费时，成本高及操作复杂等问题，难以实现初乳品质的快速检测。

近红外光谱能够获得物质丰富的组成和结构信息，具有分析速度快、效率高、成本低等优点。近红外光谱技术已被用于预测牛常乳中的蛋白质、脂肪、乳糖含量及体细胞数等，而现有研究均未涉及牛初乳掺杂常乳的定性识别方面。牛初乳中脂肪和蛋白质浓度高，且样本之间化学成分和粒度差异较大，散射效应会加剧其光谱与低比例掺杂初乳的光谱重叠程度。为此，有必要开发一种基于近红外光谱技术定性识别掺杂牛初乳的方法，重点是选择预处理方法以消除样品对光谱散射效应及噪声干扰，以保障牛初乳及其乳制品品质，为牛初乳掺杂常乳提供一种快速、准确和可在线检测的定性识别技术。

发明内容

针对现有技术中的缺陷与不足，本发明的目的在于提供一种基于近红外光谱技术的掺杂牛初乳定性识别方法。通过傅里叶近红外光谱仪采集一批牛初乳及掺杂初乳的近红外漫反射光谱，根据牛初乳非均质的特点，采用光谱预处理方法消除散射效应及噪声干扰，进而建立定性识别掺杂牛初乳的无监督或有监督模型，对比分析模型识别准确率，确定最佳模型。将未知牛初乳样品经预处理后的光谱数据代入最佳模型即可对其定性识别。本发明的方法也可以用于羊初乳掺杂的定性识别。

一种基于近红外光谱技术的掺杂牛初乳定性识别方法，包括如下步骤：

步骤一：收集一批来源于不同地区，不同季节，不同饲养条件的不同个体牛乳样本；采集奶牛分娩3天内的乳为初乳样品，正常泌乳期奶牛的鲜乳为常乳样品；室温下保存初乳及常乳样品，按照初乳掺杂常乳质量分数为10%、20%、30%、40%及50%的比例配置掺杂初乳样品；将每个初乳样品和配制的掺杂初乳样品分为3份备用；

步骤二：预热近红外光谱测量仪器，设置光谱仪采集参数，主要包括扫描范围、扫描次数、分辨率；使用振荡器将样品混合均匀，在25℃下测量样品的近红外光谱，每个样品3次重复，测量结果平均值为最终光谱数据；

步骤三：根据牛初乳非均质的特点，选择Savitzky-Golay平滑、标准正态变换、多元散射校正及其组合方法进行光谱预处理，以消除牛初乳样品对光谱的散射效应及噪声干扰；利用Kennard-Stone划分方法将样本按照2:1或者3:1的比例划分为校正集和测试集，初乳及不同比例掺杂初乳样品在校正集和测试集中的比例相同；