[发明专利]基于光谱的原料牛奶中掺加豆粉及其掺加比例的鉴别模型

说明书

本发明属于奶品分析技术领域，具体涉及基于光谱的原料牛奶中掺加豆粉及其掺加比例的鉴别模型。本发明的步骤为：1)原料牛奶中掺加不同比例豆奶作为待检测样品；2)在中红光谱范围内，对样品进行扫描，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)筛选建模光谱波段；6)在训练集上，使用最近邻等算法，通过10折交叉验证建立原料牛奶中掺加豆粉及其掺加比例的鉴别模型，使用准确性、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，具体涉及一种基于光谱的原料牛奶中掺加豆粉及其掺加比例的鉴别模型

背景技术

牛奶富含脂肪，蛋白质，维生素和矿物质等营养物质且配比均衡是人类饮食中的重要组成部分，。奶制品掺假是最广为人知的食品欺诈行为之一,豆奶或豆粉常被用于牛奶的掺杂物，因为豆奶或豆粉价格较低，并且具有相似的蛋白质组合物不容易被识别。故在未进行任何加工处理的原料牛奶中掺加豆奶或豆粉，而豆粉掺假更易于操作。牛奶掺假现象会导致消费者消费信心下降，有些掺假可能引起牛奶安全和健康问题，例如过敏反应等。掺假现象的存在也可能会损害乳业品牌和声誉。因此，有必要建立原料牛奶中豆粉掺假的快速高效的鉴定技术。

Qiangqiang Li等人(2016)基于核磁共振的牛奶代谢物分析方法对牛奶中掺豆奶的掺假现象进行了鉴别，该方法的灵敏度阈值为2％(v/v)，此方法需要去除牛奶中的脂肪、利用化学试剂使蛋白变性等一系列复杂的处理。(Li,Yu et al.2017)该方法对技术、时间、化学试剂、仪器和操作人员均有较高的要求。

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。已有研究表明，基于中红外光谱，可以检测和定量水牛奶中的豆奶，并可以达到较好的效果。(Jaiswal,Jha et al.2015)。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，且不难避免数据不完整、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，因此，可利用中红外光谱(MIR)建立原料牛奶中掺加豆粉及其掺加比例的快速鉴定方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种基于光谱的原料牛奶中掺加豆粉及其掺加比例的鉴别模型。

本发明为了确定最佳的预处理和建模算法组合，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个原料牛奶中掺加豆粉及其掺加比例的鉴别模型。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的准确率均可达到1。

本发明的技术方案如下所述：

一种基于光谱的原料牛奶中掺加豆粉及其掺加比例的鉴别模型，其制备包括以下步骤：

1)奶样选取

采集同一奶牛场的生鲜奶作为原料奶，共计120个样本；取适量商购的豆粉加开水配制成豆奶，使豆奶中蛋白质含量与原料牛奶中蛋白质的含量相似，将配制的豆奶按照体积百分比为0％、2％、5％、10％、20％、50％、100％的梯度分别掺加到原料牛奶中，得到7个模拟掺假原料奶的样本作为检测样本，试验累计735个检测样本；

2)中红外光谱的采集

采用乳成分检测仪对步骤1)的检测样本进行扫描，通过相连的计算机输出每个样本对应的透光率；

3)数据预处理