一種用于鑒別煎炸油質(zhì)量的nir光譜分析模型及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于近紅外光譜檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于鑒別煎炸油質(zhì)量的NIR光譜 分析模型及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 食品煎炸是中國(guó)的傳統(tǒng)烹調(diào)方法之一，在煎炸過(guò)程中，油脂作為熱交換介質(zhì)，吸附 于食品的表面，滲入食品的內(nèi)部，可以殺滅食品中的細(xì)菌、改善食品的風(fēng)味和質(zhì)地以及延長(zhǎng) 食品保質(zhì)期等。食品行業(yè)和餐飲業(yè)中食用油的消耗量大，因此使用反復(fù)煎炸油烹制食物是 普遍的。在反復(fù)高溫煎炸過(guò)程中，煎炸油與氧、水分接觸，發(fā)生水解、熱氧化、熱聚合、熱綜 合等一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生一些揮發(fā)性的醛、酮、酯等有害人體健康的物質(zhì)。同時(shí)伴 隨著黏度增加、色澤加深等感官變化，油脂中酸價(jià)與羰基價(jià)等理化指標(biāo)也嚴(yán)重超過(guò)國(guó)家標(biāo) 準(zhǔn)。煎炸油脂的安全問(wèn)題已經(jīng)成為消費(fèi)者、政府監(jiān)管機(jī)構(gòu)和煎炸食品制造業(yè)等共同關(guān)注的 問(wèn)題。因此研宄煎炸過(guò)程中油脂理化指標(biāo)的變化，明確油脂安全使用限值，以確保煎炸油脂 的安全具有重要意義。
[0003] 酸價(jià)、過(guò)氧化值與羰基價(jià)是評(píng)價(jià)煎炸油質(zhì)量的安全性指標(biāo)，國(guó)標(biāo)中上述指標(biāo)的測(cè) 定均需消耗大量的有機(jī)試劑，對(duì)環(huán)境和人體都有較大的污染，操作過(guò)程費(fèi)時(shí)、繁瑣，人為誤 差也較大。近紅外（near infrared，NIR)光譜技術(shù)具有簡(jiǎn)單、快速、無(wú)損便捷等優(yōu)點(diǎn)，國(guó)內(nèi) 外研宄人員在采用NIR光譜用于煎炸油質(zhì)量評(píng)價(jià)方面已經(jīng)取得一定的進(jìn)展。但在定性鑒別 分析中，大多采用酸價(jià)、過(guò)氧化值為指標(biāo)。酸價(jià)與煎炸時(shí)間呈正相關(guān)，但這一變化遲緩，不能 及時(shí)反映出煎炸油的變質(zhì)程度，過(guò)氧化值與煎炸時(shí)間變化無(wú)規(guī)律，難以評(píng)判；而且NIRS建 模方法較為單一。本法以餐飲行業(yè)收集的煎炸油為實(shí)驗(yàn)樣本，確立了以羰基價(jià)為煎炸油質(zhì) 量評(píng)價(jià)最靈敏指標(biāo)，采用透反射模式采集光譜，結(jié)合多種模式識(shí)別方法，建立煎炸油質(zhì)量快 速檢測(cè)方法，將為煎炸油質(zhì)量安全監(jiān)管提供參考。
[0004] 近紅外光譜作為一種分子光譜分析手段，具有快速、便捷、非破壞性等優(yōu)點(diǎn)，其在 煎炸油中脂肪酸、酸價(jià)、過(guò)氧化值、極性組分等指標(biāo)的含量檢測(cè)以及摻假、摻雜鑒別等領(lǐng)域 均有應(yīng)用，然而，上述應(yīng)用的領(lǐng)域、檢測(cè)的對(duì)象、項(xiàng)目及檢測(cè)分析的具體方法都存在較大差 異，而且迄今仍未有人提出以羰基價(jià)為指標(biāo)，采用NIR光譜技術(shù)應(yīng)用于煎炸油質(zhì)量的定性 檢測(cè)，這不僅是因?yàn)榧逭ㄓ椭恤驶鶅r(jià)值較難測(cè)定，而且本領(lǐng)域技術(shù)人員很少會(huì)以羰基價(jià)含 量是否超標(biāo)為指標(biāo)，將煎炸油質(zhì)量定性檢測(cè)與近紅外光譜技術(shù)的應(yīng)用聯(lián)系起來(lái)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明提供一種操作簡(jiǎn)單、檢測(cè)迅速、安全環(huán) 保、檢測(cè)精度高用于鑒別煎炸油質(zhì)量的NIR光譜分析模型及方法。
[0006] 其技術(shù)方案如下：
[0007] -種NIR光譜分析模型，所述NIR光譜分析模型的建立包括以下步驟：
[0008] (1)樣本選取及其合格煎炸油的判定：隨機(jī)選擇足夠數(shù)量的不同煎炸油樣本，并 采用《GB/T 5009. 37-2003食用植物油衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的分析方法》中比色法與滴定法測(cè)定所選擇 的每個(gè)煎炸油樣本中羰基價(jià)與酸價(jià)，根據(jù)《GB7102. 1-2003食用植物油煎炸過(guò)程中衛(wèi)生標(biāo) 準(zhǔn)》中羰基價(jià)與酸價(jià)限量，確定羰基價(jià)為最靈敏指標(biāo)。將羰基價(jià)合格的煎炸油樣本的判定值 設(shè)為-1，羰基價(jià)超標(biāo)的煎炸油樣本的判定值設(shè)為1 ;
[0009] (2)樣本光譜數(shù)據(jù)的采集：采用近紅外光譜法分別對(duì)選擇的每個(gè)煎炸油樣本進(jìn)行 光譜采集，并將采集到的煎炸油樣本的標(biāo)準(zhǔn)光譜數(shù)據(jù)隨機(jī)分為訓(xùn)練集和預(yù)測(cè)集兩部分； [0010] (3)樣本光譜數(shù)據(jù)的處理：對(duì)步驟（2)中采集到的訓(xùn)練集的標(biāo)準(zhǔn)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù) 據(jù)處理，以抵消斜坡背景干擾，提高近紅外光譜信噪比；
[0011] (4)初步分析模型的確立：根據(jù)以上述步驟（3)中處理過(guò)的訓(xùn)練集的標(biāo)準(zhǔn)光譜數(shù) 據(jù)作為選擇來(lái)源對(duì)象，并結(jié)合步驟（1)中測(cè)定的所述訓(xùn)練集中對(duì)應(yīng)煎炸油樣本的判定值， 建立初步分析模型；
[0012] (5)初步分析模型的驗(yàn)證：將上述步驟（2)中預(yù)測(cè)集的標(biāo)準(zhǔn)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行上述步 驟（3)的數(shù)據(jù)處理，并結(jié)合所述步驟（4)的初步分析模型進(jìn)行驗(yàn)證，完成所述鑒別煎炸油質(zhì) 量是否合格的NIR光譜定性分析模型的建立。
[0013] 進(jìn)一步的，步驟（2)中近紅外光譜法的采集參數(shù)為：
[0014] 近紅外光譜掃描波數(shù)為lOOOOcnT1~4000CHT1，
[0015] 近紅外光譜掃描次數(shù)為16~64次，
[0016] 分辨率為 4cm 1 ~16cm 1O
[0017] 進(jìn)一步的，所述步驟（3)中所述數(shù)據(jù)處理的方法為：對(duì)所述訓(xùn)練集的標(biāo)準(zhǔn)光譜數(shù) 據(jù)先進(jìn)行平滑處理，對(duì)平滑處理后的標(biāo)準(zhǔn)光譜數(shù)據(jù)再進(jìn)行一階導(dǎo)數(shù)處理，對(duì)一階導(dǎo)數(shù)處理 后的標(biāo)準(zhǔn)光譜數(shù)據(jù)再進(jìn)行中心化處理。
[0018] 一種采用NIR光譜分析模型鑒別煎炸油質(zhì)量的方法，其特征在于，包括以下步驟：
[0019] (a)近紅外光譜法采集待檢測(cè)煎炸油樣本的標(biāo)準(zhǔn)光譜數(shù)據(jù)；
[0020] (b)在步驟（a)采集的標(biāo)準(zhǔn)光譜數(shù)據(jù)中選擇譜帶在lOOOOcnT1~4000CHT1范圍內(nèi) 的標(biāo)準(zhǔn)光譜數(shù)據(jù)先進(jìn)行平滑處理，對(duì)平滑處理后的標(biāo)準(zhǔn)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行一階導(dǎo)數(shù)處理，對(duì)一 階導(dǎo)數(shù)處理后的標(biāo)準(zhǔn)光譜數(shù)據(jù)再進(jìn)行中心化處理；
[0021] (c)分析模型的判定：將所述經(jīng)過(guò)步驟（b)處理過(guò)的標(biāo)準(zhǔn)光譜數(shù)據(jù)入到前述的NIR 光譜分析模型中，利用偏最小二乘判別分析法（PLS-DA)分析所述特征光譜數(shù)據(jù)，根據(jù)樣本 屬性鑒別所述待檢測(cè)煎炸油樣本質(zhì)量是否合格。
[0022] 進(jìn)一步的，所述步驟（C)中，當(dāng)樣本屬性為-1時(shí)，則所述待檢測(cè)煎炸油樣本為質(zhì)量 合格的煎炸油；當(dāng)所述特征光譜數(shù)據(jù)的樣本屬性為1時(shí)，則所述待檢測(cè)煎炸油樣本為質(zhì)量 不合格的煎炸油。
[0023] 進(jìn)一步的，近紅外光譜儀的參數(shù)控制如下：
[0024] 近紅外光譜掃描波數(shù)為lOOOOcnT1~4000CHT1，
[0025] 近紅外光譜掃描次數(shù)為16~64次，
[0026] 分辨率為 4cm_l ~16cm、
[0027] 本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明提供的用于鑒別煎炸油質(zhì)量是否合格的NIR光譜分析 模型，采用化學(xué)方法鑒別所選擇大量煎炸油樣本的羰基價(jià)與酸價(jià)是否超標(biāo)的基礎(chǔ)上，采集 樣本的近紅外透反射光譜，結(jié)合偏最小二乘判別分析法，建立基于近紅外光譜技術(shù)和化學(xué) 計(jì)量學(xué)方法的煎炸油質(zhì)量是否合格的鑒別模型。充分考慮了用于鑒別模型的煎炸油樣本的 代表性，使用了平滑、微分、中心化相結(jié)合的數(shù)據(jù)處理方法，消除了光譜散射影響與量綱以 及數(shù)量級(jí)的限制，提高了檢測(cè)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。
[0028] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0029] (1)本發(fā)明提供的鑒別煎炸油質(zhì)量是否合格的NIR光譜分析模型，消除了光譜散 射影響與量綱以及數(shù)量級(jí)的限制，準(zhǔn)確率高達(dá)97. 3%以上，相比于其他的檢測(cè)模型，其準(zhǔn)確 率更高，檢測(cè)精度更高，模型性能更好。
[0030] (2)本發(fā)明提供的鑒別煎炸油質(zhì)量是否合格的方法，克服了現(xiàn)有煎炸油品質(zhì)分析 檢測(cè)方法中操作煩瑣、化學(xué)試劑用量多、方法誤差較難控制以及成本高等缺點(diǎn)，操作非常簡(jiǎn) 單，只需將油脂樣品倒入反射杯中就可進(jìn)行光譜采集。
[0031] ⑶本發(fā)明提供的鑒別煎炸油質(zhì)量是否合格的方法，檢測(cè)過(guò)程時(shí)間短，采集煎炸油 樣品的近紅外光譜后就可進(jìn)行預(yù)測(cè)和屬性判定，整個(gè)檢測(cè)過(guò)程僅需2~3分鐘，便于控制。
[0032] (4)本發(fā)明的檢測(cè)方法不需要加入有機(jī)試劑，對(duì)待測(cè)樣品沒(méi)有任何損壞，也不會(huì)損 害檢測(cè)人員的健康；更不會(huì)發(fā)生因使用化學(xué)試劑所導(dǎo)致的環(huán)境污染問(wèn)題，可用于大批量樣 品的快速檢測(cè)，適宜于質(zhì)量監(jiān)督部門、工商部門與食品藥品監(jiān)督部門的現(xiàn)場(chǎng)品質(zhì)監(jiān)控及市 場(chǎng)監(jiān)督抽樣檢測(cè)，具有快速、高效、環(huán)保等優(yōu)勢(shì)。
【附圖說(shuō)明】
[0033] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中選取的煎炸油樣本的近紅外光譜圖，其中1表示質(zhì)量合 格的煎炸油，2表示質(zhì)量超標(biāo)的煎炸油。
[0034] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中煎炸油樣本的紅外光譜數(shù)據(jù)經(jīng)平滑、一階導(dǎo)數(shù)和中心化 處理后的近紅外光譜圖。
[0035] 圖3為實(shí)施例1中PLS-DA的訓(xùn)練集樣本分類結(jié)果圖。
[0036] 圖4為實(shí)施例1中PLS-DA的預(yù)測(cè)集樣本分類結(jié)果圖。
[0037] 圖5為實(shí)施例1中采用ROC曲線下面積圖，用于PLS-DA模型的評(píng)價(jià)。
【具體實(shí)施方式】
[0038] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步