一種近紅外光譜法快速測定含乳飲料中增稠劑含量的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種近紅外光譜法快速測定含乳飲料中增稠劑含量的方法，屬于食品檢測技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明通過近紅外光譜法快速測定含乳飲料中增稠劑的含量，該方法應(yīng)用近紅外光譜儀，以含增稠劑乳飲料為研究對象，通過NIR掃描和NIRCAL分析優(yōu)化，獲得了在單種增稠劑存在條件下具有較好預測效果的定量數(shù)學模型，同時研究也發(fā)現(xiàn)了在應(yīng)用上述模型進行預測時應(yīng)注意模型的適用基質(zhì)以及濃度適用范圍。證明了應(yīng)用NIR對含乳飲料中增稠劑的定量檢測方法作為企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量內(nèi)控是可行的。
【專利說明】
一種近紅外光譜法快速測定含乳飲料中増稠劑含量的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種近紅外光譜法快速測定含乳飲料中增稠劑含量的方法，屬于食品 檢測技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 黃原膠、果膠、海藻酸鈉、羧甲基纖維素鈉(CMC)等都屬于天然高分子多糖或者多 糖衍生物，常用作乳化劑或增稠穩(wěn)定劑。由于這類化合物所有的良好特性，在飲料工業(yè)中為 了增加產(chǎn)品穩(wěn)定性或改善口感等原因而添加一定數(shù)量的這類化合物。但即使是同一種商品 膠類往往沒有明確的分子量，也是一種具有相似分子特性的混合物，這就給定性和定量帶 來很多不便。目前這類化合物的測定方法通常采用重量法、金屬離子沉淀法、酶解法、HPLC 法、近紅外光譜法等。但是這些方法操作往往非常繁瑣，不能適用于生產(chǎn)線上的快速監(jiān)測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是:提供一種采用近紅外光譜方法對乳飲料中增稠劑含量檢測的方 法，需要具有檢測速度快、預測準確率高的優(yōu)點。
[0004] 技術(shù)方案是： 一種近紅外光譜法快速測定含乳飲料中增稠劑含量的方法，包括如下步驟： 第1步，在乳飲料當中加入增稠劑，配制成具有不同濃度的增稠劑的樣本，對樣本進行 近紅外光譜分析，得到近紅外光譜數(shù)據(jù)； 第2步，采用偏最小二乘回歸法將近紅外光譜數(shù)據(jù)與增稠劑的含量之間建立起校正模 型； 第3步，對未知增稠劑含量的乳飲料樣本采用近紅外光譜分析，得到未知含量的紅外光 譜數(shù)據(jù)，代入第2步中的校正模型，得到未知樣品中的增稠劑含量的預測值。
[0005] 所述的增稠劑選自黃原膠、果膠、海藻酸鈉或者羧甲基纖維素鈉 (CMC)中的一種。
[0006] 所述的近紅外光譜分析中的波長范圍在4000-10000〇11-1，分辨率為3.85696 〇11一1。 [0007]所述的增稠劑在乳飲料中的濃度范圍100-1 〇〇〇mg/L。
[0008] 更優(yōu)選的濃度范圍是200-1000mg/L。
[0009] 所述的第1步中的具有不同濃度的增稠劑的樣本的數(shù)量是第3步中未知增稠劑含 量的乳飲料樣本數(shù)量的1-100倍。
[0010] 所述的第2步中，在建立校正模型之前還需要對近紅外光譜數(shù)據(jù)進行主成分相關(guān) 分析(principal component regression, PCR)，選取二級因子進行模型的建立。
[0011] 還可以根據(jù)需要，使用一階導數(shù)、Karl Norris導數(shù)平滑、Savitzky-Golay平滑或 者數(shù)據(jù)歸一化算法對近紅外光譜數(shù)據(jù)進行預處理。
[0012] 有益效果 以NIR CAL軟件對原始數(shù)據(jù)進行了統(tǒng)計分析、建模、優(yōu)化和驗證，獲得了在單種增稠劑 存在條件下具有較好預測效果的定量數(shù)學模型。應(yīng)用黃原膠、羧甲基纖維素鈉、阿拉伯膠、 以及明膠預測模型所得預測值與原始參考值的相關(guān)系數(shù)均超過0.97。同時研究也發(fā)現(xiàn)，在 應(yīng)用上述模型進行預測時應(yīng)注意模型的適用基質(zhì)以及濃度適用范圍。
【附圖說明】
[0013] 圖1含黃原膠液奶的NIR原始波譜 圖2根據(jù)黃原膠波譜數(shù)據(jù)提取的主因子 圖3黃原膠模型對驗證集樣品的預測效果 圖4優(yōu)化后根據(jù)原始數(shù)據(jù)提取的主因子 圖5黃原膠特征波譜 圖6黃原膠特征波長的相關(guān)性分析結(jié)果 圖7優(yōu)化后模型對驗證集樣品的預測結(jié)果。
【具體實施方式】
[0014] 近紅外光譜分析是近年來食品分析領(lǐng)域應(yīng)用較快的方法，該方法的主要特點是無 需將被測定目標物分離純化，也不管目標物的存在形態(tài)是固態(tài)還是液態(tài)，卻能直接進行掃 描分析，根據(jù)事先的標準目標物建立起來的數(shù)學模型進行定量。目前這一方法已在淀粉糖 生產(chǎn)等得到應(yīng)用，并取得良好的效果。本實驗通過含膠乳飲料制備、NIR掃描和數(shù)據(jù)分析，獲 得具有實際應(yīng)用價值的含乳飲料中CMC和黃原膠等增稠劑的定量數(shù)學模型。
[0015] 實施例1乳飲料中黃原膠NIR分析 1.1試驗材料與方法 1.1.1實驗材料 黃原膠:淄博順達生物化學有限公司 脫脂奶粉(蛋白含量32%):完達山企業(yè)集團乳品有限公司 蒸餾水:本實驗室自制 BUCHI N200 NIR:Buchi labortechnik AG, Switzerland公司 1.1.2試驗方法 1.1.2.1含膠乳飲料的配制 50g/L脫脂牛奶母液:取100g脫脂奶粉，加2L沸蒸餾水，并加熱溶解，冷卻后加水補足至 2L,該溶液即為A液。
[0016] 2000mg/L黃原膠母液：取2g黃原膠置于1L A液的燒杯中，加熱助溶，冷卻后以蒸 餾水補足至1L，該溶液即為B液。
[0017] 梯度黃原膠液體奶待測液：將A液與B液按一定比例調(diào)配，使終濃度形成10 0 -1000mg/L的黃原膠梯度待測液(濃度梯度為20mg/L，體積為50ml)，每個處理重復3次。
[0018] 1.1.2.2 NIR掃描 將BUCHI N200 NIR預熱2h后，進行硬件調(diào)諧和軟件自檢.并進行含黃原膠液體奶樣品 NIR掃描，掃描波段為1000-2500nm(4000-10000cm-4，分辨率為3 ·85696 CM-1，每樣品掃描 1次，每60min儀器自動進行空白參比。
[0019] 1 · 1 · 2 · 3波譜分析、建模和驗證 采用BUCHI N200供應(yīng)商提供的統(tǒng)計分析軟件NIR CAL(v4.01)，按濃度隨機抽取60%波 譜作為建模集數(shù)據(jù)，剩余40%作為驗證集波譜。根據(jù)軟件說明進行數(shù)據(jù)分析和驗證。
[0020] 1.2黃原膠NIR分析結(jié)果 1.2.1對141個不同濃度處理的黃原膠樣品(0, 100-1000mg/L)進行掃描，從原始波譜 圖可以看出，含黃原膠液體奶樣品在1450nm和1950nm附近出現(xiàn)2個主峰（圖1)。由NIR CAL軟 件對波譜數(shù)據(jù)進行平滑預處理（Smooth Savitzky-Golay 9 points)后，并采用主成分相 關(guān)分析（principal component regression, PCR)從 12個一級因子（primary factor)中提 取10個二級因子(second factor)，如圖2.以其中的85個波譜數(shù)據(jù)用于建模，并以此模型 對剩余波譜進行預測和驗證，結(jié)果顯示，黃原膠預測值f(x)與原始參考值存在f(x) = 0.972x+9.347的線性關(guān)系，該方程的相關(guān)系數(shù)R2為0.9639，而且從預測結(jié)果看，當黃原膠 濃度低于200mg/L時，該模型的預測效果不佳(圖3)。
[0021] 1 .2.2由于上述模型對低于200mg/L的黃原膠預測效果不理想，故而對200-1000mg/L的黃原膠原始數(shù)據(jù)重新進行分析，數(shù)據(jù)分析方法為偏最小二乘法（partial least square，PLS)，從7個一級因子中提取4個二級因子作為建模因子（圖4).經(jīng)因子提 取和濾波處理后，黃原膠樣品在 1100nm、1460nm、1490nm、1580nm、1775-1825nm、2000nn^P 2075-2100nm出現(xiàn)特征吸收（多糖羥基、糖苷和氫鍵），如圖5。相關(guān)分析也顯示，黃原膠濃度 主要與llOOnrn等處吸光度存在較高的相關(guān)性（圖6)。根據(jù)上述因子以PLS方法建模，并以此 模型進行預測驗證，該模型預測值f(x)與驗證集原始參考值X的關(guān)系為f(x) = l.〇〇47x+ 7.8443,該方程的相關(guān)系數(shù)R2為0.9915 (圖7,表1)。說明優(yōu)化后的模型對未知樣品中黃原 膠的預測效果較好。另外，作為進一步改進，在乳飲料的樣品中加入0.4%的多磷酸鈉，再進 行上述的近紅外光譜模型的建立和求知樣本的預測，得到的模型預測值f(x)與驗證集原始 參考值X的關(guān)系為f (x)=l. 〇〇23x+7.234，相關(guān)系數(shù)R2為0.9937。
[0022] 表1優(yōu)化前后黃原膠模型主要參數(shù)比較
1.2.3結(jié)論 通過NIR掃描和NIRCAL分析優(yōu)化，建立了用于液態(tài)奶中黃原膠分析的預測模型，該模型 對200-1000mg/L濃度的黃原膠有較好的預測效果，該預測模型主要建立在黃原膠llOOnrn等 處的特征吸收基礎(chǔ)之上，預測結(jié)果與原始參考值的相關(guān)系數(shù)達到〇. 99。
[0023] 2.乳飲料中CMC、阿拉伯膠、明膠的NIR分析 通過含增稠劑乳飲料的配制、NIR掃描及波譜分析、建模和驗證(具體參照黃原膠的NIR 分析），建立液體乳飲料中CMC、阿拉伯膠、明膠的NIR預測模型，見表2。
[0024]表2各增稠劑定量模型特點

【主權(quán)項】
1. 一種近紅外光譜法快速測定含乳飲料中增稠劑含量的方法，其特征在于，包括如下 步驟： 第1步，在乳飲料當中加入增稠劑，配制成具有不同濃度的增稠劑的樣本，對樣本進行 近紅外光譜分析，得到近紅外光譜數(shù)據(jù)； 第2步，采用偏最小二乘回歸法將近紅外光譜數(shù)據(jù)與增稠劑的含量之間建立起校正模 型； 第3步，對未知增稠劑含量的乳飲料樣本采用近紅外光譜分析，得到未知含量的紅外光 譜數(shù)據(jù)，代入第2步中的校正模型，得到未知樣品中的增稠劑含量的預測值。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的近紅外光譜法快速測定含乳飲料中增稠劑含量的方法，其特 征在于，所述的增稠劑選自黃原膠、果膠、海藻酸鈉或者羧甲基纖維素鈉(CMC)中的一種。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的近紅外光譜法快速測定含乳飲料中增稠劑含量的方法，其特 征在于，所述的近紅外光譜分析中的波長范圍在4000-lOOOOcnf 1，分辨率為3.85696 cnf1。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的近紅外光譜法快速測定含乳飲料中增稠劑含量的方法，其特 征在于，所述的增稠劑在乳飲料中的濃度范圍l〇〇-l〇〇〇mg/L，更優(yōu)選的濃度范圍是200-1000mg/L〇5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的近紅外光譜法快速測定含乳飲料中增稠劑含量的方法，其特 征在于，所述的第1步中的具有不同濃度的增稠劑的樣本的數(shù)量是第3步中未知增稠劑含量 的乳飲料樣本數(shù)量的1-100倍。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的近紅外光譜法快速測定含乳飲料中增稠劑含量的方法，其特 征在于，所述的第2步中，在建立校正模型之前還需要對近紅外光譜數(shù)據(jù)進行主成分相關(guān)分 析，選取二級因子進行模型的建立。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的近紅外光譜法快速測定含乳飲料中增稠劑含量的方法，其特 征在于，還可以根據(jù)需要，使用一階導數(shù)、Karl Norris導數(shù)平滑、Savitzky-Golay平滑或者 數(shù)據(jù)歸一化算法對近紅外光譜數(shù)據(jù)進行預處理。
【文檔編號】G01N21/359GK105866060SQ201610277304
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月1日
【發(fā)明人】王會, 樊琛, 王雷, 劉桂芹, 孫小凡, 李燕
【申請人】王會