一種基于多源光譜數(shù)據(jù)融合的牛奶新鮮度檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及牛奶檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于多源光譜數(shù)據(jù)融合的牛奶新鮮度檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]牛奶是最古老的天然飲料之一，被譽(yù)為“白色血液”，對(duì)人體的重要性可想而知；牛奶含有豐富的礦物質(zhì)、鈣、磷、鐵、鋅、銅、錳、鉬，且牛奶是人體鈣的最佳來(lái)源，而且鈣磷比例非常適當(dāng)，利于鈣的吸收。但是牛奶不利于久存，時(shí)間一長(zhǎng)便會(huì)不新鮮，人一旦飲用了便會(huì)出現(xiàn)不適，甚至可能會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重后果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)上述技術(shù)中存在的不足之處，本發(fā)明提供了一種安全可靠、快速準(zhǔn)確的基于多源光譜數(shù)據(jù)融合的牛奶新鮮度檢測(cè)方法。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:一種基于多源光譜數(shù)據(jù)融合的牛奶新鮮度檢測(cè)方法，包括如下步驟:步驟一、樣品采集:采集同一品種不同日期生產(chǎn)的牛奶樣品若干，將其分成校正集牛奶樣品和測(cè)試集牛奶樣品；步驟二、酸度值測(cè)定:測(cè)定校正集牛奶樣品和測(cè)試集牛奶樣品的酸度值，牛奶樣品的酸度值范圍為20°T?30°T;步驟三、光譜采集:采集校正集牛奶樣品和測(cè)試集牛奶樣品的近紅外光譜和拉曼光譜;步驟四、光譜數(shù)據(jù)融合:分別對(duì)近紅外光譜和拉曼光譜進(jìn)行預(yù)處理，并將預(yù)處理后的近紅外光譜和拉曼光譜進(jìn)行數(shù)據(jù)層融合，得到融合光譜;步驟五、定量模型建立:建立校正集牛奶樣品的酸度值與校正集牛奶樣品的融合光譜的定量模型；步驟六、定量模型驗(yàn)證:通過(guò)步驟四中建立的定量模型預(yù)測(cè)測(cè)試集牛奶樣品的酸度值，并與步驟二中測(cè)定的測(cè)試集牛奶樣品的酸度值比較，要求誤差< 10%，相關(guān)系數(shù)I 95% ;步驟七、待測(cè)牛奶樣品新鮮度分析:采集待測(cè)牛奶樣品的近紅外光譜和拉曼光譜，采用定量模型預(yù)測(cè)待測(cè)牛奶樣品的酸度值;其中，當(dāng)酸度值2 25°Τ時(shí)，則判定待測(cè)牛奶樣品不新鮮;當(dāng)酸度值<25° T時(shí)，則判定待測(cè)牛奶樣品新鮮。
[0005]優(yōu)選的，所述步驟二中的酸度值測(cè)定方法如下:吸取1ml牛奶樣品注入10ml三角瓶中，并用20ml中性蒸餾水稀釋，再加入0.5%酚酞指示劑0.5ml混勾，采用0.lmol/L氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，時(shí)時(shí)搖動(dòng)直至微紅色在30秒內(nèi)不消失為止;其中，酸度值(° T) = 10*(V1-V0)*C; Vl為耗用氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，單位為ml ； VO為空白試驗(yàn)時(shí)耗用氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，單位為ml ； C為氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，單位為mol/L。
[0006]優(yōu)選的，所述步驟三中近紅外光譜的采集條件為:牛奶樣品溫度20?30°C，光譜范圍1200?1800nm，采集方式為透射，重復(fù)采集3次并取其平均值作為該牛奶樣品的近紅外光
L曰O
[0007]優(yōu)選的，所述步驟三中拉曼光譜的采集條件為:牛奶樣品溫度40±2°C，光譜波數(shù)范圍4000?650cm—S采集方式為透射，重復(fù)采集3次并取其平均值作為該牛奶樣品的拉曼光
L曰O
[0008]優(yōu)選的，所述步驟四中的光譜數(shù)據(jù)融合方法為:將預(yù)處理后的近紅外光譜和拉曼光譜的橫坐標(biāo)首尾相接融合，并共用同一縱坐標(biāo)，即得到融合光譜。
[0009]優(yōu)選的，所述步驟四中的近紅外光譜預(yù)處理采用Savitzky-Golay濾波11點(diǎn)平滑消除光譜噪聲，所述拉曼光譜預(yù)處理采用自適應(yīng)迭代重加權(quán)懲罰最小二乘算法進(jìn)行基線校正。
[0010]優(yōu)選的，所述步驟五中建立定量模型采用PLS回歸分析方法建立，要求定量模型的 R2>0.95，RMSECV<0.01。
[0011]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果是:本發(fā)明提供的基于多源光譜數(shù)據(jù)融合的牛奶新鮮度檢測(cè)方法，安全可靠，快速準(zhǔn)確，具有很好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
【具體實(shí)施方式】
[0012]本發(fā)明提供了一種基于多源光譜數(shù)據(jù)融合的牛奶新鮮度檢測(cè)方法，包括如下步驟:
[0013]步驟一、樣品采集:采集同一品種不同日期生產(chǎn)的牛奶樣品若干，將其分成校正集牛奶樣品和測(cè)試集牛奶樣品；
[0014]步驟二、酸度值測(cè)定:測(cè)定校正集牛奶樣品和測(cè)試集牛奶樣品的酸度值，牛奶樣品的酸度值范圍為20° T?30° T，酸度值測(cè)定方法如下:吸取1ml牛奶樣品注入10ml三角瓶中，并用20ml中性蒸餾水稀釋，再加入0.5 %酚酞指示劑0.5ml混勻，采用0.lmol/L氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，時(shí)時(shí)搖動(dòng)直至微紅色在30秒內(nèi)不消失為止；其中，酸度值(° T) = 10*(Vl-V0)*C; Vl為耗用氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，單位為ml ； VO為空白試驗(yàn)時(shí)耗用氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，單位為ml ； C為氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，單位為mol/L；
[0015]步驟三、光譜采集:采集校正集牛奶樣品和測(cè)試集牛奶樣品的近紅外光譜和拉曼光譜:
[0016]近紅外光譜的采集條件為:牛奶樣品溫度20?30°C，光譜范圍1200?1800nm，采集方式為透射，重復(fù)采集3次并取其平均值作為該牛奶樣品的近紅外光譜；
[0017]拉曼光譜的采集條件為:牛奶樣品溫度40±2°C，光譜波數(shù)范圍4000?650cm—S采集方式為透射，重復(fù)采集3次并取其平均值作為該牛奶樣品的拉曼光譜；
[0018]步驟四、光譜數(shù)據(jù)融合:分別對(duì)近紅外光譜和拉曼光譜進(jìn)行預(yù)處理，近紅外光譜預(yù)處理采用Savi tzky-Go lay濾波11點(diǎn)平滑消除光譜噪聲，所述拉曼光譜預(yù)處理采用自適應(yīng)迭代重加權(quán)懲罰最小二乘算法進(jìn)行基線校正，并將預(yù)處理后的近紅外光譜和拉曼光譜進(jìn)行數(shù)據(jù)層融合，得到融合光譜，光譜數(shù)據(jù)融合方法為:將預(yù)處理后的近紅外光譜和拉曼光譜的橫坐標(biāo)首尾相接融合，并共用同一縱坐標(biāo)，即得到融合光譜；
[0019]步驟五、定量模型建立:建立校正集牛奶樣品的酸度值與校正集牛奶樣品的融合光譜的定量模型，建立定量模型采用PLS回歸分析方法建立，要求定量模型的R2 2 0.95，RMSECV <0.01；
[0020]步驟六、定量模型驗(yàn)證:通過(guò)步驟四中建立的定量模型預(yù)測(cè)測(cè)試集牛奶樣品的酸度值，并與步驟二中測(cè)定的測(cè)試集牛奶樣品的酸度值比較，要求誤差<10%，相關(guān)系數(shù)295% ；
[0021]步驟七、待測(cè)牛奶樣品新鮮度分析:采集待測(cè)牛奶樣品的近紅外光譜和拉曼光譜，采用定量模型預(yù)測(cè)待測(cè)牛奶樣品的酸度值；
[0022]其中，當(dāng)酸度值I 25° T時(shí)，則判定待測(cè)牛奶樣品不新鮮；當(dāng)酸度值<25° T時(shí)，則判定待測(cè)牛奶樣品新鮮。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于多源光譜數(shù)據(jù)融合的牛奶新鮮度檢測(cè)方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟一、樣品采集:采集同一品種不同日期生產(chǎn)的牛奶樣品若干，將其分成校正集牛奶樣品和測(cè)試集牛奶樣品； 步驟二、酸度值測(cè)定:測(cè)定校正集牛奶樣品和測(cè)試集牛奶樣品的酸度值，牛奶樣品的酸度值范圍為20° T?30° T; 步驟三、光譜采集:采集校正集牛奶樣品和測(cè)試集牛奶樣品的近紅外光譜和拉曼光譜；步驟四、光譜數(shù)據(jù)融合:分別對(duì)近紅外光譜和拉曼光譜進(jìn)行預(yù)處理，并將預(yù)處理后的近紅外光譜和拉曼光譜進(jìn)行數(shù)據(jù)層融合，得到融合光譜； 步驟五、定量模型建立:建立校正集牛奶樣品的酸度值與校正集牛奶樣品的融合光譜的定量模型； 步驟六、定量模型驗(yàn)證:通過(guò)步驟四中建立的定量模型預(yù)測(cè)測(cè)試集牛奶樣品的酸度值，并與步驟二中測(cè)定的測(cè)試集牛奶樣品的酸度值比較，要求誤差< 10%，相關(guān)系數(shù)2 95% ; 步驟七、待測(cè)牛奶樣品新鮮度分析:采集待測(cè)牛奶樣品的近紅外光譜和拉曼光譜，采用定量模型預(yù)測(cè)待測(cè)牛奶樣品的酸度值； 其中，當(dāng)酸度值I 25° T時(shí)，則判定待測(cè)牛奶樣品不新鮮；當(dāng)酸度值<25° T時(shí)，則判定待測(cè)牛奶樣品新鮮。2.如權(quán)利要求1所述的基于多源光譜數(shù)據(jù)融合的牛奶新鮮度檢測(cè)方法，其特征在于，所述步驟二中的酸度值測(cè)定方法如下:吸取1ml牛奶樣品注入10ml三角瓶中，并用20ml中性蒸餾水稀釋，再加入0.5%酚酞指示劑0.5ml混勻，采用0.1mo 1/L氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，時(shí)時(shí)搖動(dòng)直至微紅色在30秒內(nèi)不消失為止； 其中，酸度值(° T) = I O* (Vl -VO) *C; VI為耗用氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，單位為ml ； VO為空白試驗(yàn)時(shí)耗用氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，單位為ml ； C為氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，單位為mol/L3.如權(quán)利要求1所述的基于多源光譜數(shù)據(jù)融合的牛奶新鮮度檢測(cè)方法，其特征在于，所述步驟三中近紅外光譜的采集條件為:牛奶樣品溫度20?30 °C，光譜范圍1200?1800nm，采集方式為透射，重復(fù)采集3次并取其平均值作為該牛奶樣品的近紅外光譜。4.如權(quán)利要求1所述的基于多源光譜數(shù)據(jù)融合的牛奶新鮮度檢測(cè)方法，其特征在于，所述步驟三中拉曼光譜的采集條件為:牛奶樣品溫度40±2°C，光譜波數(shù)范圍4000?650CHT1，采集方式為透射，重復(fù)采集3次并取其平均值作為該牛奶樣品的拉曼光譜。5.如權(quán)利要求1所述的基于多源光譜數(shù)據(jù)融合的牛奶新鮮度檢測(cè)方法，其特征在于，所述步驟四中的光譜數(shù)據(jù)融合方法為:將預(yù)處理后的近紅外光譜和拉曼光譜的橫坐標(biāo)首尾相接融合，并共用同一縱坐標(biāo)，即得到融合光譜。6.如權(quán)利要求1所述的基于多源光譜數(shù)據(jù)融合的牛奶新鮮度檢測(cè)方法，其特征在于，所述步驟四中的近紅外光譜預(yù)處理采用Savitzky-Golay濾波11點(diǎn)平滑消除光譜噪聲，所述拉曼光譜預(yù)處理采用自適應(yīng)迭代重加權(quán)懲罰最小二乘算法進(jìn)行基線校正。7.如權(quán)利要求1所述的基于多源光譜數(shù)據(jù)融合的牛奶新鮮度檢測(cè)方法，其特征在于，所述步驟五中建立定量模型采用PLS回歸分析方法建立，要求定量模型的R2 >0.95, RMSECV <.0.0l
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于多源光譜數(shù)據(jù)融合的牛奶新鮮度檢測(cè)方法，包括如下步驟：采集牛奶樣品若干，將其分成校正集牛奶樣品和測(cè)試集牛奶樣品，并測(cè)定其酸度值、近紅外光譜和拉曼光譜，并將預(yù)處理后的近紅外光譜和拉曼光譜進(jìn)行數(shù)據(jù)層融合，得到融合光譜；建立校正集牛奶樣品的酸度值與校正集牛奶樣品的融合光譜的定量模型；通過(guò)定量模型預(yù)測(cè)測(cè)試集牛奶樣品的酸度值，并與測(cè)試集牛奶樣品的酸度值比較；采集待測(cè)牛奶樣品的近紅外光譜和拉曼光譜，采用定量模型預(yù)測(cè)待測(cè)牛奶樣品的酸度值。該基于多源光譜數(shù)據(jù)融合的牛奶新鮮度檢測(cè)方法，安全可靠，快速準(zhǔn)確，具有很好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
【IPC分類】G01N21/359, G01N21/65
【公開號(hào)】CN105588817
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510941205
【發(fā)明人】王鐵軍, 史寒琴, 惠建明
【申請(qǐng)人】新希望雙喜乳業(yè)（蘇州）有限公司
【公開日】2016年5月18日
【申請(qǐng)日】2015年12月16日