近紅外光譜法快速檢測牛奶成分儀設(shè)計(jì)及其相關(guān)模型建立.pdf

1、近紅外光譜技術(shù)在食品科學(xué)、食品安全、環(huán)境污染檢測和生命科學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用,該技術(shù)具有快速、無損、不破壞樣品等優(yōu)點(diǎn),并由于其特征性強(qiáng),可以提供物質(zhì)結(jié)構(gòu)的豐富信息,可對微量樣品進(jìn)行測試,因此它不僅是物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析研究的強(qiáng)有力工具,也是分析鑒定的有效方法。但由于使用近紅外光譜儀器進(jìn)行測試對周圍環(huán)境的溫度和光線等條件有著比較苛刻的要求,因此目前絕大多數(shù)近紅外光譜分析都在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行。對于一些需要在現(xiàn)場進(jìn)行測量分析的工作,也不得不在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行

2、,特別是對突發(fā)公共衛(wèi)生、環(huán)境污染事件的性質(zhì)不能做到在現(xiàn)場及時(shí)做出判別。目前食品安全領(lǐng)域中急需對原料奶樣品進(jìn)行快速現(xiàn)場檢測。本論文主要研究低成本、便攜快速檢測牛奶品質(zhì)的技術(shù),通過采用近紅外光譜的方法檢測液體牛奶中的蛋白質(zhì)、脂肪等主要物質(zhì)含量。
　　為了提高儀器精度,本文采用InGaAs陣列探測器的快速掃描式光譜儀。通過MEMS(微機(jī)電加工)工藝加工的微型振動(dòng)光柵擺動(dòng)分光,可以省去大量的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)和精密機(jī)械加工,最大限度降低儀器成本和裝

3、調(diào)成本。為保證儀器在測量應(yīng)用中的一致性,半導(dǎo)體探測器采用恒溫制冷測量方式,即將探測器降溫到-10℃并恒定,降低測量噪聲,提高探測器靈敏度,提高儀器環(huán)境適應(yīng)能力,提高測量精度。整體的檢測技術(shù)包含儀器硬件技術(shù)和軟件技術(shù)研究兩大部分。硬件技術(shù)包括恒溫樣品池、光譜儀、光源和電源的設(shè)計(jì)開發(fā)工作,軟件技術(shù)包括數(shù)據(jù)采集和分析軟件開發(fā)平臺設(shè)計(jì)和開發(fā)基于間隔偏最小二乘回歸方法(iPLS)的數(shù)學(xué)建模兩部分。其中數(shù)學(xué)建模部分采用數(shù)據(jù)平滑、多元散射矯正和數(shù)據(jù)微

4、分對奶樣原始圖譜中酪蛋白、蛋白質(zhì)、脂肪、總固態(tài)物、非脂肪固態(tài)物、乳酸、凝固點(diǎn)、質(zhì)量控制參數(shù)、檸檬酸、游離脂肪酸等指標(biāo)信息進(jìn)行預(yù)處理,進(jìn)而采用iPLS方法將原始圖譜和預(yù)處理后的圖譜信息針對牛奶中上述指標(biāo)建立校正模型,接著對預(yù)測樣品進(jìn)行了模型預(yù)測,并對結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。驗(yàn)證結(jié)果顯示除了凝固點(diǎn)、檸檬酸、非自由脂肪酸這三個(gè)指標(biāo)外,模型計(jì)算值和定標(biāo)值之間的線性關(guān)系都在0.90之上,得到的預(yù)測效果也比較理想。
　　本論文樣機(jī)和丹麥產(chǎn)FOSS乳品