白鲢鱼糜中水分含量检测方案(近红外光谱仪)

食品技食品科技——分析检测分析检测Vol.29，No.02，2008Science and Technologyof Food Induslry 利用近红外光谱技术测定康中的水分量 黄 艳，王锡昌，邓德文” (1.上海水产大学食品学院，上海200090； 2.瑞士步琪有限公司上海办事处，上海200030) 摘要：利用近红外光谱技术测定白鲢鱼鱼中的水分含量。光谱通过标准正态变量转换法的处理后经过偏最小二乘法建立模型，并且以定标集预测误差、验证集预测误差及其相关系数作为评判模型好坏。结果发现，定标集预测误差和验证集预测误差分别为0.392和0.485，定标集和验证集的相关系数都高于0.98。研究发现，近红外光谱技术能快速测定鱼糜中水分含量，且用于实际生产中水分的控制是可可的。 关键词：鱼糜，近红外光谱，水分 Rapid determination of moisture in silver carp surimiby near infrared reflectance spectroscopy(NIRS) HUANG Yan'，WANG Xi-chang，DENG De-wen (1.College of Food Science and Technology，Shanghai Fisherics Universily，Shanghai 200090，China；2.BUCHI Shanghai Trading LLC， Shanghai 200030，China) Abstract： Moisture of silver carp surimi was determined by near infrared reflectance spectroscopy(NIRS). TheNIRS data were pretreated by the standard normal variate (SNV)，and the calibration model was developed usingpartial least square (PLS). Prediction of calibration (SEC) and validation (SEP)， correlation coefficient ofcalibration (Rc) and validation (Rv) were used to evaluate the quality of the model. The result showed that SECand SEP were 0.392 and 0.485，respectively. Both Rc and Rv were higher than 0.98. The study demonstraied thatNIR spectroscopy technology could be successfully applied as a rapid method to determine moisture in surimi tocontrol industrial processes. Key words：surimi； NIRS； moisture 中图分类号：TS254.7 文献标识码：A 文章编号：1002--0306(2008)02-0282-03 鱼糜作为(水产)食品加工的中间素材，可以制造出品种繁多的食品，这正是鱼麋能成为世界范围广泛利用的原料的原因"。我国淡水渔业资源丰富，淡水鱼糜的研制对于持续发展淡水渔业，提供优质、方便的动物蛋白具有十分重要的意义。现发现淡水鱼麋中含水量在凝胶形成中起着至关重要的作用，水分含量越高，凝胶强度和抗拉应力越小。制作鱼糜制品时，调节含水量在78%~82%之间为佳，然而运用常规方法烘箱下燥测定水分比较费时*。近红外光谱(Near Infrared Reflectance Spectroscopy，NIRS)分析是近年来迅速发展和推广应用的一种绿色分析技术，不需任何预处理就能直接进行测试，操作方便，非常适合于食品的定性和定量分析。本实 ( 收稿日期：2007-07-02 ) ( 基金项目： 上海市重点学科建设项目资助(T110 2). ) ( 作 者简介：黄 艳(1 98 3-)，女， 在 读硕士研究生，研究方向：食品 营 养与 卫生 。 ) 验以白鲢鱼糜为检测对象，用傅立叶变换近红外光谱仪采集其近红外光谱，用传统化学分析方法检测其水分含量。建立定量分析模型，并将模型的预测值与两种水分测定方法进行比较，分析利用近红外光谱法快速测定鱼糜水分含量的可行性。 材料与方法 1.1 实验仪器 快速水分测定仪(Sarlorious MA100)，傅立叶变换近红外光谱仪(NIRFlexN-500)，烘箱(ModelPHO30)。 1.2样品的制备 将不同时期收集的冷冻白鲢鱼糜在实验前ld5℃过夜解冻，取大约60g左右的鱼糜样品放入研钵中碾磨均匀，然后用小勺将样晶添人培氏玻璃Ⅲ中。注意在填压的过程中，要充分的压实，不要在玻璃Ⅲ.底部存在大的气泡。在本次实验中，由于样品采集量的有限，需要人为制作一些具有代表性的样晶品，所以我们采取在鱼麋中人为添加水，从而得到营养成 分含量不同的鱼糜，用于模型的建立。加水的过程要少量多次的加，控制好每个样品样溃10min，这样才能得到搅拌均匀的样品，最终我们得到44个成分含量不同的白鲢鱼糜样品。从收集的样品中随机挑选1/3 的样品作为验证样品集，以最终评价定标的稳定性和准确性。有关定标样品集和验证样品集的信息见表1。 表11鱼糜定标集和预测集样品中 水分含量的范围、平均值和标准误差 样品集 样品数平均值 最大值最小值 标准偏差 定标集 77.81 82.06 73.15 2.32 验证集 77.28 81.43 73.55 2.52 1.3 光谱分析 1.3.1 近红外光谱仪及参数设定 NIRFlex N-500傅立叶变换-近红外光谱仪(瑞士BUCHI公司)：光源为钨灯，检测器为珀耳帖温控 InGaAs，波长精度为+0.2cm"'，带固体测量池和培氏培养附件。近红外光谱仪参数设定：扫描范围10000~4000cm'，扫描次数32次，分辨率8cm。 1.3.2 样品光谱值的采集 每个定标样品通过重新装样连续扫描3次，采集反射强度(R)。将所有鱼糜样品的近红外光谱储存在计算机中，扫描温度控制在20~25℃之间，样品填充量控制在60g左右，鱼糜扫描光谱见图1 图1 鱼麋近红外反射光谱 1.3.3 数据处理利用定标软件NIRCal 5.1对采集的光谱数据进行处理，并利用 wizard 自动选择预处理的方法，为进一步得到最佳建模方法提供依据。 1.4 化学分析测定方法 水分含量：采用烘箱法(温度为95~105℃，至恒重)，参见国标GB/T5009.3-2003。 2 结果与讨论 2.1 水分的建模 利用定标软件 NICal5.1对采集的光谱数据进行处理。通过软件的初步结果结合选择最优模型的原则-定标集预测误差、验证集预测误差要小以及其相关系数靠近1.0，最终选定标准正态变量转换法SNV ( Standard Normal Variate transformation) 对5012~10000cm 谱区进行预处理，再通过偏最小二乘法(PLS)进行建模。定标集和预测集的相关系数分别为0.985和0.982，并且预测误差分别为0.392和0.485。最佳的预处理方法如图2-1。SVN既可以取消光散射影响，又可以解决基线漂移问题，从比较原始谱图和现经过 SVN 处理的谱图来看也可以证明这点。 图2-1经过 SVN 预处理的鱼麋光谱图 图2-2鱼糜水分测定值与模型预测值的散点图 图2-2反映的是定标集以及预测集鱼糜样品水 2.2 模型检验 分含量的化学值与 NIRS 定标模预预测值之间的相关关系，从图中直观地可以看出模型的预测值和化学分析值之间具有很好的相关性。 定标模型建立后，选择5个样品验证分析模型的准确性，并同标准方法以及与现有的快速水分测定仪测定的值进行比较，结果如表2。 表2 儿种方法测定结果的对比统计结果 近红外光谱分析 快速水分测定 样品编号化学分析值(%) 预测值 偏差 预测值 偏差 (%) (%) (%) (%) 74.75 74.24 0.51 68.06 6.69 75.28 75.57 -0.29 69.07 6.21 3 74.49 75.25 0.76 66.71 7.78 4 78.46 79.48 -1.02 72.55 5.91 5 79.35 78.63 0.72 72.77 6.58 采用t检验方法，判定近红外分析方法和标准方法是否存在最著性差异：给定显著水平α=0.05，查得(0.05，4)为2.78，t检验结果为0.49，小于2.78，说明两种分析方法测定结果是一致的，即近红外光谱法代替标准方法分析测定是完全可行的. 通过对偏差的比较可以清晰发现，近红外光谱分析仪检测值的准确性是远远高于用快速水分测定仪的检测值；此外，利用快速水分测定仪测定一个样品也需大约 30min，面近红外光谱分析仪仅需短短数分钟。在检测速度上近红外光谱分析法测水分具有明最优势。 3 结论与展望 木实验选取白鲢鱼糜为研究对象，利用傅立叶变换近红外光谱采集鱼糜的近红外反射光谱，经过SNV 对光谱预处理，结合偏最小二乘法建立水分模型。定标集和预测集的相关系数分别为0.985和0.982，并且预测误差分别为0.392和0.485。 通过对未知样品水分测定中发现：a.与标准方法比较，测定数据也较接近，而时间上大大克服了传统 方法在水分测定过程中需要大量时间的难题。一个样品数分钟的测定时间使得近红外光谱分析技术在鱼糜的水分快速测定应用中得到了新的发现；b.近红外光谱法较一般的水分测定仪在时间上和准确性上有着更加的优越性。 由于受条件所限，本实验仍然存在一些不足之处，如采用的样晶数量还不够大；另外，一些指标常规分析的精度还不够，这也是造成实验误差增大的因素之一。日前，我们正向定标数据库扩充更多的鱼糜品种，提高定标预测的稳定性。 利用近红外光谱分析技术快速测定鱼糜中的水分含量只是对鱼糜中营养成分建立快速测定机制的一个开始，我们已经对鱼糜中其他营养成分快速测定续开展工作，为今后同步快速测定鱼糜及其制品中的组成成分提供最新的数据支持。 (上接第276页】 图4 不同纳米包装袋对柿果失重率的影响 势，但总体变化幅度不大， TSS 含量都处于 11%~13%之间。三种型号纳米袋包装组 TSS 含量的下降趋势比对照和普通纳米包装组较缓，表明纳米材料包装能够减缓柿果 TSS 含量的下降，保持柿果较低的代谢，延缓其后熟。三种型号纳米袋包装之间在第4d时有显著差异，Ⅱ号纳米袋组 TSS 含量最高，其次是Ⅰ、Ⅲ纳米袋包装组。但随着货架期的延长，三种型号之间的差异不显著，在货架期结束时渔于相同，但明显高于普通 PE 保鲜袋(10.64%)包装组，备组TSS 含量均大于11% 图5 不同纳米包装袋对柿果 TSS 含量的影响 3 讨论 纳米材料具有特殊的分子结构和光催化活性，可降解果实代谢产生的乙烯，并通过缓慢的自发气调形成低氧、高二氧化碳的微环境，从而可抑制柿果的呼吸强度，延缓呼吸高峰的出现，延缓衰老，时减少养分的损失，降低失重率。应用纳米材料对果 ( 参考文献： ) ( [1]王锡昌.鱼糜制品加工[M].北京：中国轻工业出版社， 1997，10.4. ) ( [2]曲映红，陈舜胜，中日合作开发利用淡水渔业资源[.J]. 渔业现代化，2004(3)：37~38. ) ( [3]吴光红，史婷华.淡水鱼糜的特性[』].上海水产大学学 报，1999，8(2)：154~162 ) ( [4]周德成.近红外光谱分析在食品药品检测中的应用[J]. 红外，2006，27(3)：28~31. ) ( 5] M u sleh Uddin，Emiko Okazaki. 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