生鮮羊肉中揮發性鹽基氮含量的快速無損檢測方法
2023-05-16 14:10:16 1
生鮮羊肉中揮發性鹽基氮含量的快速無損檢測方法
【專利摘要】本發明提供生鮮羊肉中揮發性鹽基氮含量的快速無損檢測方法，本發明的方法是基於可攜式近紅外儀對生鮮羊肉中揮發性鹽基氮含量進行檢測，與傳統國家標準和其他應用臺式傅立葉近紅外儀檢測揮發性鹽基氮含量的方法相比，具有檢測時間短、檢測速度快、省時、省人力；對檢測樣品大小沒有限制，無需對檢測樣品進行任何前期處理和破壞，實現無損檢測，節約成本；因微處理器（系統程序）智能化程度高，檢測自動完成，自動分析並顯示檢測結果，檢測人員無需特殊培訓，操作簡單、便捷，可應用於在線檢測。
【專利說明】生鮮羊肉中揮發性鹽基氮含量的快速無損檢測方法【技術領域】
[0001]本發明涉及光譜檢測領域、計算機領域、化學計量學及食品無損檢測【技術領域】，具體地說，涉及應用可攜式近紅外儀對生鮮羊肉中揮發性鹽基氮含量的快速無損檢測方法。
【背景技術】
[0002]羊肉是我國主要肉類食品之一，具有高蛋白、低脂肪、富含多種維生素、礦物質和人體所需的必需胺基酸等特點，深受國內消費者的青睞。但因我國羊肉質量參差不齊，冷鏈物流及可追溯體系並不完整，導致市場上的羊肉普遍存在肉質較差的問題。與此同時，隨著國內經濟的發展，人們生活水平的提高，對生鮮羊肉的新鮮程度要求越來越高，各種鮮、嫩羔羊肉越來越受到廣大消費者的青睞，目前優質、高檔的羊肉90%都依靠進口，其原因有如下幾個方面:第一，我國生鮮羊肉質量安全檢測手段不健全，導致市場上優劣羊肉混雜，沒有體現優質優價，影響了肉羊飼養者和羊肉加工者主動生產高品質羊肉的積極性；第二，我國現有的羊肉質量安全檢測方法存在操作煩瑣，耗時耗力等一系列問題，無法滿足大批量現場快速檢測的要求；第三，各種智能化、自動化質量安全檢測技術雖然被引進，但是在技術使用上尚未成熟，沒有真正的為我國的羊肉產業服務。因此，如何快速有效的對生鮮羊肉的新鮮程度進行檢測具有重要的意義。
[0003]揮發性鹽基氮(TVB-N)是動物性食品腐敗過程中，由酶和細菌的作用產生的氨及胺類等鹼性含氮物，因其沸點很低，在鹼性溶液中易蒸發，並與鹽酸和硫酸等形成鹽，其含量可用標準溶液滴定計算。揮發性鹽基氮含量會隨著生鮮羊肉的腐敗加劇而增加，因此，是鑑定生鮮羊肉新鮮度的重要指標也是國標中用於評價肉質鮮度的唯一理化指標。
[0004]現有檢測肉類食品中揮發性鹽基氮含量的方法中，國家標準GB/T5009.44— 2003中公開的半微量定氮法和微量擴散法均需要對樣品進行粉碎、肉浸液提取等操作，檢測過程繁瑣、耗時長，難以滿足在線檢測、大批量、快速和非破壞性的檢測要求。近些年近紅外光譜分析技術已廣泛應用於農產品檢測領域。國內外學者已嘗試採用近紅外光譜分析技術對生鮮肉中揮發性鹽基氮含量做初步評定工作，侯瑞鋒(2006年)應用臺式傅立葉近紅外儀檢測生鮮豬肉中的揮發性鹽基氮含量，該方法檢測前，需要對樣品進行剔除脂肪和筋膜等預處理工作，且由於採用的臺式傅立葉近紅外儀對樣品進行近紅外光譜數據信息採集時需要將樣品放置在樣品杯中，因此對樣品的大小有限制，而由於臺式傅立葉近紅外儀不便於攜帶，因此應用臺式傅立葉近紅外儀對樣品中揮發性鹽基氮的含量進行檢測，步驟複雜，對樣品的大小有限制且對樣品有破壞，無法滿足在線快速無損檢測樣品中揮發性鹽基氮的要求。目前，應用近紅外光譜分析技術對生鮮羊肉中揮發性鹽基氮含量的檢測國內外鮮有報導。
[0005]因此，為了填補應用近紅外光譜分析技術檢測生鮮羊肉中揮發性鹽基氮含量的技術空白，改進我國生鮮羊肉質量安全檢測技術，保障我國生鮮羊肉食品衛生質量安全，開發可以實現在線快速無損檢測生鮮羊肉中揮發性鹽基氮含量的檢測方法，具有十分重要的意義。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是提供一種生鮮羊肉中揮發性鹽基氮含量的快速無損檢測方法。
[0007]為了實現本發明目的，本發明的一種生鮮羊肉中揮發性鹽基氮含量的快速無損檢測方法，包括以下步驟:
[0008]I)首先大量採集生鮮羊肉樣品，對樣品進行近紅外光譜數據信息採集；同時按照國家標準規定的化學檢測方法對樣品的揮發性鹽基氮含量進行檢測；
[0009]2)將步驟I)中採集的所有生鮮羊肉樣品的近紅外光譜數據信息與揮發性鹽基氮含量化學測定值一一對應建立樣品集，按比例分為校正集和驗證集，使用不同光譜預處理方法對採集的光譜數據信息進行預處理後，利用校正集的光譜數據信息和揮發性鹽基氮含量化學測定值，建立生鮮羊肉中揮發性鹽基氮含量的預測模型；利用驗證集的光譜數據信息、揮發性鹽基氮含量化學測定值和模型參數評價預測模型的精準度，確定針對生鮮羊肉中揮發性鹽基氮含量的最佳近紅外光譜數據信息預處理方法和最佳預測模型；
[0010]3)利用步驟2)中確定的針對生鮮羊肉中揮發性鹽基氮含量的最佳近紅外光譜數據信息預處理方法和最佳預測模型，對待測生鮮羊肉樣品的揮發性鹽基氮含量進行檢測。
[0011]步驟I)中對樣品進行近紅外光譜數據信息採集使用的光譜範圍為IOOOnm?1800nmo
[0012]步驟I)中按照國家標準GB/T5009.44-2003規定的化學檢測方法對樣品的揮發性
鹽基氮含量進行檢測。
[0013]步驟2)中針對生鮮羊肉中揮發性鹽基氮含量的近紅外光譜數據信息預處理方法包括Savitzky-Golay平滑、求導(Savitzky-Golay —階導數、差分一階導數)、信號校正(多元散射校正MSC、標準正太變量變換SNV、淨分析信號NAS、正交信號校正0SC，去趨勢校正DT、基線校正)、標準化(均值中心化、標準化)等中的至少一種。
[0014]步驟2)中校正集和驗證集的比例為2-3:1，優選3:1。
[0015]步驟2)中針對生鮮羊肉中揮發性鹽基氮含量的最佳預測模型的精準度評價參數包括但不限於校正集標準偏差(SEC)、交互驗證標準偏差(SECV)、驗證集標準偏差(SEP)、校正集相關係數(Re )、驗證集相關係數(Rp )。
[0016]本發明中，實現所述生鮮羊肉中揮發性鹽基氮含量的快速無損檢測方法的裝置為可攜式近紅外儀(圖1)，該裝置由光源湞鎢燈)和光柵1、輸出光纖2、輸入光纖4、檢測探頭
3、檢測器5和微處理器6組成，其中，檢測探頭3通過輸入光纖4和輸出光纖2與檢測器5連接；採集樣品近紅外光譜數據信息時，樣品無需進行任何前處理和破壞，將檢測探頭3緊貼於樣品表面，光由光源發出，經光柵分光形成近紅外光譜範圍內的單色光，單色光經過輸出光纖2到達檢測探頭3照射在樣品上，樣品表面漫反射形成的漫反射光由檢測探頭3採集，經過輸入光纖4到達檢測器5，檢測器5記錄該波長下樣品的光譜數據信息並傳送至微處理器6 ;微處理器6將光譜信息轉換成光譜數據信息，並根據載入的針對生鮮羊肉中揮發性鹽基氮含量的最佳光譜數據信息預處理方法和最佳預測模型自動對採集的待測樣品近紅外光譜數據信息進行預處理，輸入到最佳預測模型中，對樣品的揮發性鹽基氮含量進行檢測。該裝置可作為隨身攜帶的可攜式近紅外儀，從而達到在線快速無損檢測的要求。
[0017]本方法基於可攜式近紅外儀對生鮮羊肉中揮發性鹽基氮含量進行檢測，與傳統國家標準檢測方法相比，具有檢測時間短、檢測速度快、省時省力；對檢測樣品大小沒有限制，無需對檢測樣品進行任何前期處理和破壞，實現無損檢測，節約成本；因微處理器(系統程序)智能化程度高，檢測自動完成，自動分析並顯示檢測結果，檢測人員無需特殊培訓，操作簡單、便捷，可應用於在線檢測。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為可攜式近紅外儀的工作示意圖；其中，I為光源和光柵，2為輸出光纖，3為檢測探頭，4為輸入光纖，5為檢測器，6為微處理器(系統程序)，7為生鮮羊肉樣品。
[0019]圖2為本發明實施例1中建立生鮮羊肉中揮發性鹽基氮含量預測模型的流程圖。
[0020]圖3為本發明實施例1中所有生鮮羊肉樣品的近紅外光譜信息圖。
[0021]圖4為本發明實施例1中最佳生鮮羊肉中揮發性鹽基氮含量預測模型不同主因子數的PRESS值。
[0022]圖5為本發明實施例1中最佳生鮮羊肉中揮發性鹽基氮含量預測模型校正集參數。
[0023]圖6為本發明實施例1中最佳生鮮羊肉中揮發性鹽基氮含量預測模型驗證集參數。
【具體實施方式】
[0024]以下實施例用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。若未特別指明，實施例中所用的技術手段為本領域技術人員所熟知的常規手段，所用原料均為市售商品。
[0025]實施例1生鮮羊肉中揮發性鹽基氮含量的快速無損檢測方法的建立
[0026]應用可攜式近紅外儀快速無損檢測生鮮羊肉中揮發性鹽基氮含量的方法建立流程不意圖如圖2所不。
[0027](I)樣品採集
[0028]從市場上採集88份生鮮羊肉樣品。
[0029](2)樣品近紅外光譜採集
[0030]採集步驟(I)中88份生鮮羊肉樣品的近紅外光譜信息(圖3)。近紅外光譜信息採集前，羊肉樣品無需做任何處理和破壞。近紅外光譜信息採集過程中，將羊肉樣品表面緊貼於可攜式近紅外儀(圖1)光譜檢測探頭3，避免因漏光導致採集的光譜信息不準確。因近紅外光譜的採集對溫度敏感，所有羊肉樣品在光譜採集過程中始終保持在0-4°C。採集的近紅外光譜波長範圍為1000nm-1800nm，解析度為10nm，每個樣品進行3次光譜採集，每次間隔5秒鐘，每次光譜採集，光譜掃描次數為10次。
[0031](3)揮發性鹽基氮含量化學測定值的檢測
[0032]根據國標GB/T5009.44-2003肉與肉製品衛生標準的分析方法中介紹的微量擴散法對步驟(I)中的88個生鮮羊肉樣品進行揮發性鹽基氮化學測定值的檢測。
[0033](4)校正集和驗證集的劃分
[0034]將步驟(2)採集的所有生鮮羊肉樣品的近紅外光譜數據信息與步驟(3)檢測的生鮮羊肉樣品的揮發性鹽基氮含量化學測定值一一對應建立樣品集，按照3:1的比例分為校正集和驗證集即將其中66個樣品的近紅外光譜數據信息及對應的揮發性鹽基氮含量化學測定值作為校正集，22個樣品的近紅外光譜數據信息及對應的揮發性鹽基氮含量化學測定值作為驗證集。
[0035](5)光譜的預處理與模型建立
[0036]對步驟(4)中校正集和驗證集的近紅外光譜數據信息進行預處理以去除光譜中的無關幹擾信息、降低隨機噪聲和強化譜帶特徵。將不同的預處理方法包括Savitzky-Golay平滑、求導(Savitzky-Golay—階導數、差分一階導數)、信號矯正(多元散射校正MSC、標準正太變量變換SNV、淨分析信號NAS、正交信號校正0SC，去趨勢校正DT、基線校正)、標準化(均值中心化、標準化)進行組合，應用偏最小二乘法(PLS)建立多個生鮮羊肉中揮發性鹽基氮含量預測模型。
[0037](6)模型的評價
[0038]根據模型校正集標準偏差(SEC)、交互驗證標準偏差(SECV)、驗證集標準偏差(SEP)值越接近O且同時相互之間越接近越好；校正集相關係數(Re)、驗證集相關係數(Rp)值越接近I越好；主因子數較少的原則對步驟(5)建立的模型的預測準確性、重複性、穩健性等性能進行評價。選出針對生鮮羊肉中揮發性鹽基氮含量的最佳預測模型和最佳近紅外光譜數據信息預處理方法，同時應用學生殘差對模型中的異常值進行剔除，優化模型。
[0039]最佳近紅外光譜數據信息預處理方法為標準化、Savitzky-Golay —階導數、Savitzky-Golay平滑和淨分析信號。
[0040]最佳揮發性鹽基氮含量預測模型的主因子數為4 (圖4)，校正集相關係數Rc=0.96，校正集標準偏差SEC=0.40 (圖5)，驗證集相關係數Rp=0.87，驗驗證集標準偏差SEP=0.91 (圖 6)。
[0041]將針對生鮮羊肉中揮發性鹽基氮含量的最佳近紅外光譜數據信息預處理方法和最佳可靠地預測模型載入到可攜式近紅外儀中的系統程序內，通過建立的檢測方法對生鮮羊肉樣品中的揮發性鹽基氮含量進行快速無損檢測。
[0042]應用可攜式近紅外儀及載入的最佳近紅外光譜數據信息預處理方法和最佳揮發性鹽基氮含量預測模型，對從市場上採集的9個生鮮羊肉樣品的揮發性鹽基氮含量進行檢測，同時按照國家標準規定的標準檢測方法對樣品的揮發性鹽基氮含量進行檢測。結果如表I所示。
[0043]表I生鮮羊肉樣品中揮發性鹽基氮含量預測值與化學測定值的比較
[0044]
【權利要求】
1.生鮮羊肉中揮發性鹽基氮含量的快速無損檢測方法，其特徵在於，包括以下步驟: 1)首先大量採集生鮮羊肉樣品，對樣品進行近紅外光譜數據信息採集；同時按照國家標準規定的化學檢測方法對樣品的揮發性鹽基氮含量進行檢測； 2)將步驟I)中採集的所有生鮮羊肉樣品的近紅外光譜數據信息與揮發性鹽基氮含量化學測定值一一對應建立樣品集，按比例分為校正集和驗證集，使用不同光譜預處理方法對採集的光譜數據信息進行預處理後，利用校正集的光譜數據信息和揮發性鹽基氮含量化學測定值，建立生鮮羊肉中揮發性鹽基氮含量的預測模型；利用驗證集的光譜數據信息、揮發性鹽基氮含量化學測定值和模型參數評價預測模型的精準度，確定針對生鮮羊肉中揮發性鹽基氮含量的最佳近紅外光譜數據信息預處理方法和最佳預測模型； 3)利用步驟2)中確定的針對生鮮羊肉中揮發性鹽基氮含量的最佳近紅外光譜數據信息預處理方法和最佳預測模型，對待測生鮮羊肉樣品的揮發性鹽基氮含量進行檢測。
2.根據權利要求1所述的檢測方法，其特徵在於，步驟I)中對樣品進行近紅外光譜數據信息採集使用的光譜範圍為IOOOnm?1800nm。
3.根據權利要求1所述的檢測方法，其特徵在於，步驟I)中按照國家標準GB/T5009.44-2003規定的化學檢測方法對樣品的揮發性鹽基氮含量進行檢測。
4.根據權利要求1所述的檢測方法，其特徵在於，步驟2)中針對生鮮羊肉中揮發性鹽基氮含量的近紅外光譜數據信息預處理方法包括Savitzky-Golay平滑、Savitzky-Golay一階導數、差分一階導數、多元散射校正MSC、標準正太變量變換SNV、淨分析信號NAS、正交信號校正0SC，去趨勢校正DT、基線校正、均值中心化、標準化中的至少一種。
5.根據權利要求1所述的檢測方法，其特徵在於，步驟2)中校正集和驗證集的比例為2-3:1。
6.根據權利要求1所述的檢測方法，其特徵在於，步驟2)中針對生鮮羊肉中揮發性鹽基氮含量的最佳預測模型的精準度評價參數包括但不限於校正集標準偏差、交互驗證標準偏差、驗證集標準偏差、校正集相關係數、驗證集相關係數。
7.根據權利要求1-6任一項所述的檢測方法，其特徵在於，步驟1)-3)中，利用可攜式近紅外儀對生鮮羊肉中揮發性鹽基氮的含量進行快速無損檢測。
【文檔編號】G01N21/359GK103712948SQ201310654421
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月5日 優先權日:2013年12月5日
【發明者】鄒昊, 田寒友, 劉文營, 史智佳, 李家鵬, 喬曉玲 申請人:中國肉類食品綜合研究中心