Vis-NIR光谱的奶粉掺杂判别及多品牌鉴别的方法研究

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食品安全是关系国计民生的重大战略问题。自从“三聚氰胺掺杂”等事件以来,奶粉的安全问题备受关注,并发展了一些相关检测手段。但是,为了牟取暴利,不法商家用廉价奶粉掺杂/假冒高端婴幼儿奶粉的事件仍有发生。由于样品组分相似性很大,品牌奶粉的掺杂/假冒鉴别十分繁琐而困难。可见-近红外(Vis-NIR)光谱定性判别分析,利用同类相似性及异类差异性进行光谱模式识别,具有直接快速高效等优点,在奶粉鉴别方面具有应用潜力。本文采用Vis-NIR光谱结合偏最小二乘-判别分析(PLS-DA),开展两方面研究:1)婴幼儿奶粉品牌(I)中掺杂不同比例其他品牌奶粉的“二分类”光谱判别分析方法;2)婴幼儿奶粉品牌(I、II、III、IV)的“四分类”光谱判别分析方法。同时开展相关波长模型优化方法研究,探讨Vis-NIR光谱判别分析用于奶粉鉴别(掺杂/假冒)的可能性。主要内容和结果如下:1.基于Vis-NIR光谱的掺杂奶粉的判别分析方法研究:1)采用I品牌奶粉为鉴别样品(阴性,96份),将不同比例的II、III品牌奶粉添加到I品牌奶粉中,配制成掺杂样品(阳性,91份)。构建定标-预测-检验的独立样品体系,确保检验的客观性。提出针对各样品属性的9个识别准确率(RAR,%)及其标准差(RARSD),作为模型评价指标。以总准确率(RARTotal)为优化指标确定参数,兼顾各样品属性的判别效果平衡。2)基于PLS-DA算法确定单波长判别效率曲线,进一步提出波长效率优先组合(WEPC)的波长选择方法,分别应用于原光谱和标准正态变量变换(SNV)预处理光谱。最优模型的波长数(N)分别为25,134,PLS潜变量数(LV)分别为7,7。3)基于光谱种群特征,提出I型、II型分离度谱,及I型、II型相对分离度谱,进一步提出基于分离度优先组合(SDPC)的四种波长选择方法,分别应用于原光谱和SNV光谱。基于II型相对分离度优先的SNV模型(N=19,LV=10)取得最优的检验效果,阴、阳、总准确率均达到100%。2.基于Vis-NIR光谱的四品牌奶粉的判别分析方法研究:1)采用四品牌奶粉(I、II、III、IV)各60个样品,构建定标-预测-检验的独立样品体系。采用“一对其余法”,分别建立I-非I、II-非II、III-非III、IV-非IV的四个“二分类”判别分析模型;然后,采用获得的四个优选模型对检验样品进行四次判别、赋分,根据得分向量确定样品的“四分类”判别结果。2)基于四种SDPC方法,分别建立I-非I、II-非II、III-非III、IV-非IV判别的PLS-DA模型并比较,最优模型的波长数N分别为1,3,1,3。对不参与建模的72个检验样品进行“四分类”判别,总准确率达到100%。研究表明:Vis-NIR光谱结合PLS-DA方法可用于掺杂奶粉及多品牌奶粉鉴别的判别分析。提出的四种分离度优先组合方法具有新颖性,体现了光谱种群的分类特征。所建立的波长模型取得了高精度的判别分析效果,并可为奶粉鉴别专用光谱仪设计提供有价值的参考。该技术快速简便,在奶粉食品安全方面具有应用潜力。
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