基于非線性化學(xué)指紋圖譜技術(shù)的乳品質(zhì)控方法研究及數(shù)學(xué)模型構(gòu)建.pdf

1、乳及乳制品具有較高的營養(yǎng)價(jià)值，其味道鮮美，深受消費(fèi)者喜愛。隨著乳及乳制品消費(fèi)群體與消費(fèi)量的逐漸增加，乳及乳制品的質(zhì)量安全問題也顯得越來越重要。然而，近年來由于種種原因，一些危害人們健康，甚至導(dǎo)致消費(fèi)者死亡的重大乳及乳制品安全事件屢有發(fā)生，這使得人們對(duì)乳及乳制品的質(zhì)量安全產(chǎn)生恐慌，同時(shí)也迫切要求給出更加切實(shí)可行的乳品質(zhì)控方法來保證其質(zhì)量。
　　研究表明，非線性化學(xué)指紋圖譜檢測(cè)方法作為一種新型的指紋圖譜技術(shù)，已被成功應(yīng)用于食品的質(zhì)量控

2、制中，事實(shí)表明，該技術(shù)能夠較好地解決食品的內(nèi)在質(zhì)量的定性和定量控制問題，從而能夠有效地保證食品這類復(fù)雜樣本的安全。
　　本課題以奶粉為研究對(duì)象，采用非線性化學(xué)指紋圖譜技術(shù)，利用兩種振蕩體系，對(duì)不同品牌奶粉、不同種類奶粉及摻雜奶粉進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)試驗(yàn)所得非線性化學(xué)指紋圖譜的信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同品牌奶粉、不同種類奶粉及摻雜奶粉的質(zhì)量進(jìn)行鑒別和評(píng)價(jià)。本論文完成的研究內(nèi)容如下：
　?。?）在用于奶粉檢測(cè)的非線性化學(xué)指紋圖譜振蕩體系的條件優(yōu)

3、化試驗(yàn)中，選擇體系Ⅰ和體系Ⅱ，即H2SO4-CH2(COOH)2-NaBrO3-NH4Ce(SO4)2體系和H2SO4-CH3COCH3-MnSO4-NaBrO3體系，采用非線性化學(xué)指紋圖譜技術(shù)，以奶粉指紋圖譜的最大振幅和誘導(dǎo)時(shí)間為檢測(cè)指標(biāo)，分別通過單因素試驗(yàn)考察溫度、奶粉樣品的用量和兩種體系主要試劑的濃度對(duì)振蕩體系的影響，并經(jīng)響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)得到兩種體系用于奶粉檢測(cè)的最優(yōu)條件組合。體系Ⅰ的最佳檢測(cè)條件為：溫度50℃，奶粉樣品用量1.0g

4、，硫酸鈰銨溶液濃度為0.05 mol/L，用量為3mL，溴酸鈉濃度為0.8mol/L，用量為5mL，硫酸濃度為1.0mol/L，用量為25mL，丙二酸濃度為1.0 mol/L，用量為10mL；體系Ⅱ的最佳檢測(cè)條件為：溫度50℃，奶粉樣品用量1.0g，硫酸的濃度為1.0 mol/L，用量為25 mL，硫酸錳的濃度為0.08 mol/L，用量為12mL，丙酮的濃度為1.0 mol/L，用量為15mL，溴酸鈉濃度為0.8 mol/L，用量為5

5、mL。
　?。?）使用經(jīng)過條件優(yōu)化的體系Ⅰ和體系Ⅱ?qū)Σ煌放颇谭壑刑砑拥暮M(jìn)行定量分析，獲得具有摻雜糊精的混合奶粉的非線性化學(xué)指紋圖譜，用最小二乘法構(gòu)建糊精添加量與指紋圖譜的特征參數(shù)值之間的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)而確定：在體系Ⅰ中，當(dāng)糊精添加量為0~30％時(shí)，糊精含量與誘導(dǎo)時(shí)間線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù) R2為0.9982~0.9998，回收率為94.00%~108.75%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD≤1.96%，檢測(cè)范圍為0~0.30 g/g，奶粉

6、1＃檢出限為4.5μg/g，奶粉2＃檢出限為7.9μg/g，奶粉3＃檢出限為6.6μg/g；在體系Ⅱ中，當(dāng)糊精添加量為0~0.30 g/g時(shí)，糊精含量與誘導(dǎo)時(shí)間線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù) R2為0.9972~0.9991，回收率為94.00%~104.89%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD≤1.17%，檢測(cè)范圍為0~0.30 g/g，奶粉1＃檢出限為2.6μg/g，奶粉2＃檢出限為3.0μg/g，奶粉3＃檢出限為4.7μg/g。通過對(duì)兩個(gè)體系的比較，從

7、非線性化學(xué)指紋圖譜的特征性來看，利用體系Ⅱ測(cè)得的指紋圖譜特征性相對(duì)較強(qiáng)，而從檢測(cè)時(shí)間的角度分析，利用體系Ⅰ進(jìn)行檢測(cè)時(shí)所用時(shí)間較短。基于兩種體系的非線性化學(xué)指紋圖譜法均具有操作簡單、樣品不用預(yù)處理和分析成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，是一種切實(shí)可行的測(cè)定奶粉中添加糊精的方法。
　　（3）在將經(jīng)過條件優(yōu)化的體系Ⅰ用于奶粉中人為添加尿素的檢測(cè)試驗(yàn)中，獲得具有摻雜尿素的混合奶粉非線性化學(xué)指紋圖譜，用最小二乘法對(duì)尿素添加量與指紋圖譜的特征參數(shù)值進(jìn)行數(shù)學(xué)模型

8、的構(gòu)建，進(jìn)而確定：在尿素?fù)饺肓繛?~40mg/g時(shí)，奶粉中摻入的尿素含量與相應(yīng)摻雜奶粉指紋圖譜的誘導(dǎo)時(shí)間之間存在很好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù) R2為0.9987~0.9995，回收率在95.48%~104.06%之間，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD≤1.82%，奶粉2＃檢出限為0.17μg/g，奶粉6＃檢出限為0.33μg/g，奶粉7＃檢出限為0.45μg/g。結(jié)果表明，該方法能較好地完成奶粉中人為添加尿素的檢測(cè)。
　?。?）在將經(jīng)過條件優(yōu)化的體

9、系Ⅰ用于奶粉中同時(shí)人工摻入糊精和尿素的檢測(cè)試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)當(dāng)奶粉中一元摻雜時(shí)，摻雜物含量與相應(yīng)奶粉所獲得的指紋圖譜的特征參數(shù)誘導(dǎo)時(shí)間線性關(guān)系良好；當(dāng)奶粉中同時(shí)摻雜糊精和尿素且兩種摻雜物的質(zhì)量比為1:1時(shí)，混合奶粉的指紋圖譜的特征參數(shù)誘導(dǎo)時(shí)間與摻雜物糊精與尿素含量也呈線性關(guān)系。根據(jù)糊精和尿素對(duì)非線性化學(xué)指紋圖譜誘導(dǎo)時(shí)間的影響的加和性，本文采用帶有不同混合比例的糊精和尿素的奶粉標(biāo)樣，以及在不同溫度下所獲得的非線性化學(xué)指紋圖譜誘導(dǎo)時(shí)間值，采用最小

10、二乘法得出系統(tǒng)分析模型，通過這個(gè)模型可求出混合奶粉中同時(shí)摻雜的糊精和尿素的含量。試驗(yàn)結(jié)果表明，非線性化學(xué)指紋圖譜技術(shù)結(jié)合最小二乘法用于奶粉中同時(shí)摻雜糊精和尿素的定量分析和質(zhì)量評(píng)價(jià)是可行的，而且具有較高的精密度和準(zhǔn)確度，奶粉2＃中糊精和尿素的檢出限分別為8.0μg/g和9.8μg/g。
　?。?）利用體系Ⅱ?qū)Σ煌放颇谭邸⒉煌N類奶粉及摻雜的奶粉進(jìn)行鑒別。采用系統(tǒng)相似度模型，以純奶粉指紋圖譜的共有模式參數(shù)信息的平均值為比較標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)摻

11、雜奶粉與相應(yīng)純奶粉指紋圖譜的整體系統(tǒng)相似度進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)待檢樣品同正常樣品非線性化學(xué)指紋圖譜的比對(duì)來確定該樣品是否摻假。試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)純羊奶基粉和純牛奶基粉以及不同品牌的配方奶粉中分別摻雜淀粉、三聚氰胺及亞硝酸鈉的混合奶粉所得到的指紋圖譜，可直觀的進(jìn)行鑒別，結(jié)合非線性化學(xué)指紋圖譜技術(shù)及整體系統(tǒng)相似度方法得出：同種類純奶粉相似度可達(dá)0.9905，而不同種類的試驗(yàn)樣品相似度最高也僅為0.9379；同品牌奶粉的系統(tǒng)相似度較高，而同品牌摻雜的