[发明专利]原料牛奶、高温灭菌奶和掺加高温灭菌奶的原料牛奶的快速鉴定模型

说明书

本发明属于奶品分析技术领域，具体涉及一种原料牛奶、高温灭菌奶和掺加高温灭菌奶的原料牛奶的快速鉴定模型。发明步骤为：1)取原料牛奶、高温灭菌奶和原料牛奶中掺加不同比例高温灭菌奶作为检测样本；2)在中红光谱范围内对样本进行扫描，获得中红外光谱数据；3)对原始中红外光谱进行预处理，去除异常值；4)将预处理后的数据集按照分层抽样的原则划分为训练集和测试集；5)筛选合适建模光谱波段；6)在训练集上使用最近邻算法，通过10折交叉验证建立原料牛奶中掺加高温灭菌奶、原料牛奶和高温灭菌奶的鉴别模型。以准确性、kappa系数对模型进行评估和筛选；7)最优模型的验证与应用。

技术领域

本发明属于奶品分析技术领域，具体涉及一种原料牛奶中掺加高温灭菌牛奶、原料牛奶 和高温灭菌牛奶的快速鉴定模型。

背景技术

牛奶营养成分丰富，营养价值高。牛奶的高营养成分(包括蛋白质，脂肪，碳水化合物， 维生素，矿物质和必需氨基酸)都接近中性pH值和高水分活度为许多微生物的生长提供了理 想环境。生乳是微生物的良好生长环境，该环境包含多种多样且复杂的微生物种群(Quigley, O'Sullivan et al.2013)牛奶菌群的具体组成直接影响牛奶的保存及乳制品的后续发展，原 料牛奶(又称原料奶、生奶、生鲜奶)中的细菌总数也是牛奶质量的重要评价指标之一，直 接关系到牛奶价格。为了保持牛奶的稳定性并延长保质期，牛奶加工的作用在于预防由牛奶 中存在的病原菌或腐败微生物引起的疾病(Zhu,Kebede et al.2020)高温灭菌法(UHT)是我 国常用的一种牛奶加工工艺，能彻底消灭原料牛奶中的一切微生物，经高温灭菌处理后的高 温灭菌牛奶可延长保质期且安全性得到提高。但热处理会降低牛奶中脂蛋白、维生素等营养 物质的含量和抗氧化能力。(Dias,Augusto-Obara etal.2020)从原料牛奶(又称原料奶、 生鲜奶)生产者角度出发，当原料牛奶的细菌总数过高时在原料牛奶中掺入高温灭菌牛奶进 行掩盖，使原料牛奶达标；或接近过期的高温灭菌牛奶，掺加到原料牛奶中再回收和利用， 以获得利润。因此，有必要建立原料牛奶、高温灭菌牛奶的快速高效的鉴定技术。

有研究者开发了一种基于高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱的代谢组学方法，用于区分 生乳，巴氏灭菌乳和UHT乳。但仅鉴定了将UHT乳与生乳和巴氏灭菌乳区分开的生物标记(7 种脂质和1种磷脂)(Zhang,Li et al.2018)。其鉴别方法复杂，且不能对原料牛奶掺高温 灭菌牛奶进行鉴别。

中红外光谱是物质的在中红外区的吸收光谱，一般将2.5-25μm的红外波段划为中红外 区。由于基频振动是红外活性振动中吸收最强的振动，因此中红外光谱广泛应用于物质的定 性和定量分析。中红外光谱分析是近年来快速发展起来的一种快速、无损、无公害、可多组 分同时分析的现代技术，且广泛应用于乳用动物，特别是奶牛的生产性能测定。由中红外光 谱仪输出的数据为n×1060的矩阵(n为样本量)，数据庞大，且难以避免数据不完整、不一致、 极易受到噪声(错误或异常值)侵扰，低质量的数据将导致效果较差的数据挖掘结果，因此 需要一些方法对输出的数据进行预处理。这些方法通常包括数据标准化、处理缺失值、去除 噪声及异常值、特征选择等，可利用中红外光谱MIR建立原料牛奶中掺加高温灭菌牛奶、原料 牛奶和高温灭菌牛奶的快速鉴定技术。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，建立原料牛奶中掺加高温灭菌牛奶、原料牛奶 和高温灭菌牛奶的快速鉴定模型。

为了确定最佳的预处理和建模算法组合，本发明对光谱数据使用了包括不处理在内的5种 预处理方法，结合2种建模方法，共建立了10个原料牛奶中掺加高温灭菌牛奶、原料牛奶和高 温灭菌牛奶的快速鉴定模型。并且通过对光谱数据进行Pearson相关性检验和相关性的显著性 分析筛选出建模使用的特征光谱。所建立的最优模型在测试集和验证集中的准确率均可达到 0.97。

本发明的技术方案如下所述：

一种原料牛奶中掺加高温灭菌牛奶、原料牛奶和高温灭菌牛奶的快速鉴定模型，包括以 下步骤：