生鮮牛肉中揮發(fā)性鹽基氮含量的快速無損檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及光譜檢測領(lǐng)域、計(jì)算機(jī)領(lǐng)域、化學(xué)計(jì)量學(xué)及食品無損檢測技術(shù)領(lǐng)域，具 體地說，設(shè)及應(yīng)用便攜式近紅外光譜儀對生鮮牛肉中揮發(fā)性鹽基氮含量的快速無損檢測方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 牛肉是國人消費(fèi)最大的一種營養(yǎng)價(jià)值較高的保健型肉類食品，其營養(yǎng)豐富，蛋白 質(zhì)含量很高，脂肪含量相對較低，氨基酸組成更適合人體的需求，且含有較多的礦物質(zhì)，味 道鮮美，享有"肉中驕子"的美稱。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的大幅提 高，人們的膳食結(jié)構(gòu)也發(fā)生了相應(yīng)變化，牛肉的消費(fèi)水平持續(xù)快速增長，同時(shí)牛肉的品質(zhì)也 受到很大的重視，人們對生鮮牛肉新鮮程度的要求不斷提升。但由于現(xiàn)階段我國在肉牛養(yǎng) 殖、屠宰、運(yùn)輸、銷售及可追溯體系等方面尚不健全，致使市面上銷售的牛肉存在質(zhì)量參差 不齊，品質(zhì)較差的現(xiàn)象，目前優(yōu)質(zhì)高檔的牛肉制品主要依靠進(jìn)口，究其原因主要有W下幾方 面：一、我國生鮮牛肉質(zhì)量安全檢測手段單一，導(dǎo)致市場上牛肉優(yōu)劣混雜，良莽難分，無法體 現(xiàn)優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)；二，我國現(xiàn)行的牛肉質(zhì)量安全檢測方法主要采用理化檢驗(yàn)方法，存在效率低、 耗時(shí)長、操作繁瑣、產(chǎn)品破壞大等一系列問題，無法滿足大批量實(shí)時(shí)和在線快速檢測的需 求己，雖然已經(jīng)引進(jìn)國外各種先進(jìn)的質(zhì)量安全檢測技術(shù)，但是目前在國內(nèi)尚在論證和技術(shù) 應(yīng)用的試驗(yàn)階段，沒有實(shí)際應(yīng)用到我國牛肉產(chǎn)業(yè)的檢測工作中去。建立一種能夠?qū)ιr牛 肉的新鮮程度進(jìn)行大批量、安全、快速、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確且無損的檢測手段已經(jīng)提到日程上來。
[0003] 我國對于生鮮牛肉新鮮程度進(jìn)行評價(jià)的重要指標(biāo)是揮發(fā)性鹽基氮（TVB-N)的含 量。該物質(zhì)是動(dòng)物性食品中的蛋白質(zhì)在腐敗過程中，經(jīng)酶和微生物作用產(chǎn)生的氨及胺類等 具有揮發(fā)性的堿性含氮物質(zhì)，在堿性條件下可從水溶液中蒸饋出來，經(jīng)棚酸吸收后，通過標(biāo) 準(zhǔn)鹽酸溶液滴定測定其含量，揮發(fā)性鹽基氮含量會(huì)隨著生鮮牛肉的腐敗加劇而增加。目前， 揮發(fā)性鹽基氮是國標(biāo)中用于評價(jià)肉質(zhì)新鮮程度的唯一理化指標(biāo)。
[0004] 現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)中測定肉類制品中揮發(fā)性鹽基氮的方法是GB/T5009. 44-2003的 半微量定氮法和微量擴(kuò)散法，該兩種方法對待測樣品需進(jìn)行樣品破碎、溶出物浸提及待測 物質(zhì)收集等處理，操作過程繁瑣、費(fèi)時(shí)、檢測周期長，受人為因素干擾大且具有破壞性，被檢 測的樣品不能繼續(xù)用于生產(chǎn)或銷售，造成實(shí)際生產(chǎn)的大量浪費(fèi)，已不能滿足批量、快速、實(shí) 時(shí)和無損的檢測要求。而近紅外光譜技術(shù)作為一種新型光學(xué)檢測檢測技術(shù)，在農(nóng)產(chǎn)品、畜產(chǎn) 品及食品檢測領(lǐng)域中得到越來越廣泛的應(yīng)用。近年來國內(nèi)外科研人員已嘗試將該項(xiàng)技術(shù)應(yīng) 用于對生鮮肉品中揮發(fā)性鹽基氮的含量進(jìn)行初步評定工作。侯瑞鋒（2006年）采用臺式傅 里葉近紅外光譜儀對生鮮豬肉中揮發(fā)性鹽基氮的含量進(jìn)行檢測。該方法需將待測樣品中肉 眼可視的肌間脂肪和筋膜予W剔除，并需在光譜數(shù)據(jù)信息采集時(shí)將樣品根據(jù)樣品杯的尺寸 和形狀修型，此外臺式傅里葉近紅外儀不便于攜帶，由于該法樣品前處理步驟復(fù)雜，對樣品 的形狀和尺寸有限制并且對樣品有破壞，故采用臺式傅里葉近紅外光譜儀不適應(yīng)于對樣品 中揮發(fā)性鹽基氮含量的在線快速無損檢測。馬世榜等（2013年）采用自行搭建的由暗箱、 光源、載物臺、光譜儀、計(jì)算機(jī)五部分組成的可見/近紅外光譜檢測系統(tǒng)對生鮮牛肉中的揮 發(fā)性鹽基氮含量進(jìn)行檢測。此法需采用暗箱屏蔽外界光線對檢測結(jié)果的影響，自行安裝外 部光源并調(diào)節(jié)光源角度，實(shí)際檢測時(shí)需調(diào)節(jié)載物臺與光纖探頭的距離。該法樣品前處理步 驟簡單，但由于近紅外檢測系統(tǒng)需自行裝配，并在每次樣品檢測前需對光源和載物臺與樣 品之間的角度和距離進(jìn)行調(diào)節(jié)，故采用自行搭建的可見/近紅外光譜檢測系統(tǒng)也不適應(yīng)于 對樣品中揮發(fā)性鹽基氮含量的在線快速無損檢測。目前，國內(nèi)外鮮有應(yīng)用近紅外光譜分析 技術(shù)檢測生鮮牛肉中揮發(fā)性鹽基氮含量的報(bào)道。
[0005] 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)W及現(xiàn)代檢測技術(shù)的發(fā)展，為填補(bǔ)近紅外光譜分析技 術(shù)在檢測生鮮牛肉中揮發(fā)性鹽基氮含量的應(yīng)用空白，改善我國生鮮牛肉質(zhì)量安全檢測技 術(shù)，保障我國生鮮牛肉食品衛(wèi)生質(zhì)量安全，開發(fā)檢測生鮮牛肉中揮發(fā)性鹽基氮含量的在線 快速無損檢測方法，具有十分重要的意義。
[0006]
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種生鮮牛肉中揮發(fā)性鹽基氮含量的快速無損檢測方法。 [000引為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，本發(fā)明的一種生鮮牛肉中揮發(fā)性鹽基氮含量的快速無損檢 測方法，包括W下步驟：
[0009] 1)批量采集生鮮牛肉樣品，采集樣品的近紅外光譜數(shù)據(jù)信息，按照國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 的化學(xué)檢測方法檢測樣品的揮發(fā)性鹽基氮含量；
[0010] 2)將步驟1)中所采集的樣品近紅外光譜數(shù)據(jù)信息與揮發(fā)性鹽基氮含量化學(xué)測定 值相互對應(yīng)并建立樣品集，按比例分為校正集和驗(yàn)證集。通過對采集的樣品光譜數(shù)據(jù)信息 進(jìn)行不同的光譜預(yù)處理后，使用校正集的光譜數(shù)據(jù)信息和揮發(fā)性鹽基氮含量化學(xué)測定值， 建立生鮮牛肉中揮發(fā)性鹽基氮含量的預(yù)測模型；利用驗(yàn)證集的光譜數(shù)據(jù)信息、揮發(fā)性鹽基 氮含量化學(xué)測定值和模型參數(shù)來評價(jià)預(yù)測模型的精準(zhǔn)度，確定針對生鮮牛肉中揮發(fā)性鹽基 氮含量的近紅外光譜數(shù)據(jù)信息最佳預(yù)處理方法和最佳預(yù)測模型；
[0011] 3)利用步驟2)中已確定的生鮮牛肉中揮發(fā)性鹽基氮含量的近紅外光譜數(shù)據(jù)信息 最佳預(yù)處理方法和最佳預(yù)測模型，檢測待測生鮮牛肉樣品的揮發(fā)性鹽基氮含量。
[001引步驟1)中對樣品進(jìn)行近紅外光譜信息采集使用的光譜范圍為lOOOnm?ISOOnm。
[0013] 步驟1)中按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5009. 44-2003規(guī)定的化學(xué)檢測方法對樣品的揮發(fā) 性鹽基氮含量進(jìn)行檢測。
[0014] 步驟2)中針對生鮮牛肉中揮發(fā)性鹽基氮含量的近紅外光譜數(shù)據(jù)信息預(yù)處理方法 包括標(biāo)準(zhǔn)化（均值中屯、化、標(biāo)準(zhǔn)化）、求導(dǎo)（Savitzky-Golay-階導(dǎo)數(shù)、差分一階導(dǎo)數(shù)）、 Savitzky-Golay平滑、信號校正（多元散射校正MSC、標(biāo)準(zhǔn)正太變量變換SNV、凈分析信號 NAS、正交信號校正0SC，去趨勢校正DT、基線校正）等方法中的至少一種。
[0015] 步驟2)中校正集和驗(yàn)證集的比例為2:1或3:1，優(yōu)選3:1。
[0016] 步驟2)中針對生鮮牛肉中揮發(fā)性鹽基氮含量的最佳預(yù)測模型的精準(zhǔn)度評價(jià)參 數(shù)包括但不僅限于校正集標(biāo)準(zhǔn)偏差（SEC)、交互驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)偏差（SECV)、驗(yàn)證集標(biāo)準(zhǔn)偏差 (SEP)、校正集相關(guān)系數(shù)巧C)、驗(yàn)證集相關(guān)系數(shù)（化）。
[0017] 步驟2)中根據(jù)校正集標(biāo)準(zhǔn)偏差（SEC)升序排列、交互驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)偏差（SECV)升序 排列、驗(yàn)證集標(biāo)準(zhǔn)偏差（SE巧升序排列、校正集相關(guān)系數(shù)化C)降序排列、驗(yàn)證集相關(guān)系數(shù) 巧P)降序排列，獲得五組排列數(shù)據(jù)，每組取前10個(gè)模型，將檢驗(yàn)集各光譜數(shù)據(jù)帶入各個(gè)模 型，獲得生鮮牛肉揮發(fā)性鹽基氮的預(yù)測值。將檢驗(yàn)集的生鮮牛肉揮發(fā)性鹽基氮的化學(xué)值分 為兩組；1、小于lOmg/lOOg ;2、大于等于lOmg/lOOg且小于等于15mg/100g，并將各組預(yù)測 值與化學(xué)值相對應(yīng)比較，W確定預(yù)測準(zhǔn)確率，選取預(yù)測準(zhǔn)確率最高的一組作為生鮮牛肉中 揮發(fā)性鹽基氮含量的近紅外光譜數(shù)據(jù)信息最佳預(yù)測模型，該組的光譜數(shù)據(jù)信息預(yù)處理方法 為最佳預(yù)處理方法。
[001引本發(fā)明中，實(shí)現(xiàn)上述生鮮牛肉中揮發(fā)性鹽基氮含量的快速無損檢測方法的裝置為 便攜式近紅外光譜儀（圖1)，該裝置是由光源（面鶴燈）和光柵1、輸出光纖2、檢測探頭3、 輸入光纖4、檢測器5和微處理器6等六部分組成。其中，檢測探頭3通過輸出光纖2和輸 入光纖4與檢測器5連接；采集樣品近紅外光譜信息時(shí)，樣品無需進(jìn)行任何破壞性前處理， 將樣品表面緊貼于檢測探頭3上，光由光源發(fā)出后經(jīng)光柵分光形成近紅外光譜范圍內(nèi)的單 色光，單色光經(jīng)過輸出光纖2到達(dá)檢測探頭3照射在樣品上，其表面形成的漫反射光由檢測 探頭3采集，經(jīng)過輸入光纖4到達(dá)檢測器5,檢測器5記錄該波長下樣品的光譜信息并傳送 至微處理器6 ;微處理器6將光譜信息轉(zhuǎn)換成光譜數(shù)據(jù)信息，根據(jù)載入的生鮮牛肉中揮發(fā)性 鹽基氮含量的光譜數(shù)據(jù)信息最佳預(yù)處理方法和最佳預(yù)測模型自動(dòng)對采集的待測樣品近紅 外光譜數(shù)據(jù)信息進(jìn)行預(yù)處理后，輸入到最佳預(yù)測模型中，對樣品的揮發(fā)性鹽基氮含量進(jìn)行 檢測。該裝置可作為隨身攜帶的便攜式近紅外光譜儀，從而達(dá)到在線快速無損檢測的要求。
[0019] 本方法基于便攜式近紅外光譜儀對生鮮牛肉中揮發(fā)性鹽基氮含