教育资源为主的文档平台

当前位置: 查字典文档网> 所有文档分类> > 化学> 基于近红外光谱的食用油酸价和过氧化值自动化检测

基于近红外光谱的食用油酸价和过氧化值自动化检测

上传者:姜磊
|
上传时间:2015-04-24
|
次下载

基于近红外光谱的食用油酸价和过氧化值自动化检测

万方数据2012年9月农业机械学报第43卷第9期DOI:10.6041/j.issn.1000—1298.2012.09.028基于近红外光谱的食用油酸价和过氧化值自动化检测于修烛1张静亚1李清华1许春瑾1高锦明2(1.西北农林科技大学食品科学与工程学院,陕西杨凌712100;2.西北农林科技大学理学院,陕西杨凌712100)【摘要】为实现食用油酸价和过氧化值的自动化快速检测,以常见食用油为材料,利用近红外自动分析仪结合连续进样流通池,建立食用油酸价和过氧化值的定量模型并进行模型验证。结果表明:在波数范围为5500—4600em时,光谱预处理选择(6524,4823)两点基线校正和标准正交变换,酸价定量模型验证相关系数和预测标准偏差分别为0.9873和0.114mg/g;在波数范围为6050~4450cm“时,选择一阶求导和Norris导数平滑,过氧化值定量模型验证相关系数和预测标准偏差分别为0.9958和0.90mmol/kg;模型盲样验证效果良好,模型可行,通过近红外自动分析仪每小时可检测90个样品。关键词:食用油酸价过氧化值近红外光谱自动化检测中图分类号:TS227文献标识码:A文章编号:1000—1298(2012)09—0150.05AutomaticDeterminationofAcidValueandPeroxideValueofEdibleOilsbyNear?infraredSpectroscopyYuXiuzhulZhangJingyalLiQinghualXuChunjinlGaoJinmin92(1.CollegeofFoodScienceandEngineering,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China2.CollegeofScience,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China)AbstractForautomaticdeterminationofacidvalueandperoxidevalueofedibleoils,usingedibleoilsasrawmaterials,calibrationsweredevelopedandvalidatedfordeterminationofacidvalueandperoxidevaluebynear—infraredspectrometerwithcontinuoussamplesinjectioncell.ThecorrelationcoefficientRandtherootmeansquareerrorsofprediction(RMSEP)ofthecalibrationforacidvaluewere0.9873and0.114mg/ginrangeof5500~4600cm一1withbaselinecorrectionpointat6524am一1and4823am一1andstandardnormalvariant(SNV).TheRandRMSEPforperoxidevalueofcalibrationwere0.9958and0.90mmol/kginrangeof6050~4450cm~withfirstderivativeandNorrisfilter.Theresultsofblindsamplesvalidationweregood,thecalibrationswereworkable,throughputof90samplescanbeachievedperhour.KeywordsEdibleoils,Acidvalue,Peroxidevalue,Near—infraredspectroscopy,Automaticdetermination引言子的醛、酮、酸等化合物;氧化脂质对人体细胞膜、酶、蛋白质造成破坏作用,甚至可致癌,危害人体健食用油中不饱和脂肪酸,在贮藏过程中易受光、康m引。酸价和过氧化值是食用油重要的安全性指氧、微生物和酶作用发生水解和氧化反 应,产生游离标,而国标中酸价和过氧化值测定方法则需要消耗脂肪酸和氢过氧化物。氢过氧化物极易分解成小分大量的有机溶剂,如乙醚、三氯甲烷、冰乙酸等,操作收稿13期:2011—10—20修回日期:2011—12—15+中央高校基本科研业务费专项(QN2009074)和西北农林科技大学大型仪器设备新功能开发项目(DYSB090218)作者简介:于修烛,副教授,博士,主要从事功能性油脂及其安全检测研究,E—mail:xiuzhuyul004@hotmail.com通讯作者:高锦明,教授,博士生导师,主要从事有机化学、植物化学研究,E—mail:jinminggao@nwsuaf.edu.cn

第9期

于修烛等:基于近红外光谱的食用油酸价和过氧化值自动化检测

151

万方数据

过程繁琐且人为误差也比较大。

近红外光谱分析技术具有分析快速、高效、安全、成本低廉等优点,光谱主要由含碳、氢、氧基团的倍频和组频吸收峰组成’3“1。国内外学者利用近红外光谱技术在食用油的酸价和过氧化值检测方面进行了一定的研究“…。近红外光谱技术在油脂酸价和过氧化值检测方面的研究虽取得一定进展,但在标样选择上存在油种类较为单一,所建模型通用性差,另外对食用油酸价和过氧化值自动化快速检测研究尚未见报道。本文以常见食用油为原料,利用近红外光谱自动分析仪结合连续进样流通池,建立酸价和过氧化值的定量模型,并对所建模型进行验证。实现食用油酸价和过氧化值自动化快速检测,旨在为食用油多指标自动化检测提供参考。

l材料与方法

1.1

材料

实验所用食用油种类有菜籽油、大豆油、花生油、葵花仁油、玉米油、棕榈油、亚麻籽油、初榨特级橄榄油、芝麻油、苏籽油、油茶籽油、苦杏仁油等,来自不同品牌和等级食用油,基本涵盖我国常见的食

用油种类。

所用试剂有乙醚、95%乙醇、三氯甲烷、冰乙酸、碘化钾、硫代硫酸钠、氢氧化钾等,均为分析纯。

将采集的油样按质量比为1:1和1:1:1进行随机调配¨…,连同各类食用油共得到50个油样。将50个油样置于105℃干燥箱中进行加速氧化,隔一段时间后取出,取氧化程度较轻和氧化程度较重的100个油样,共得到150个不同的样品,将样品放于0℃冰箱中密闭保存。依照GB/T5009。37—2003测定所有样晶的酸价和过氧化值。校正集(110个)和验证集(40个)样品酸价和过氧化值实测值分析结

果如表1所示。

表1

食用油酸价和过氧化值实测值

Tab.1

Analysisfortrueacidvalueand

peroxidevalueofedibleoils

1.2仪器

自动分析仪由带有DTGS检测器的ABB

Bomen

傅里叶近红外分析仪(加拿大魁北克Bomen公司)、

233型Gilson自动进样盘(美国Gilson公司)、微型蠕动泵(加拿大Vissers公司)(图1)及相应计算机组成。流通池使用的是连续进样流通池(图2)…3。

2、

、\

銎~l篡

图1

自动分析仪结构简图

Fig.1

Schematicdiagram迸一

垂ofautomaticanalyzer

1.打印机2.计算机3.蠕动泵4.连续进样液体流通池5.近红外光谱仪6.自动进样盘

图2连续进样液体流通池示意图

Fig.2

Diagramofcellforcontinuoussamples

injection

1.进样瓶2.可变光程流通池3.废液缸4.真空泵

连续进样流通池包括可变光程长度的液体流通池、进样瓶、废液缸和真空系统。其工作原理是:在真空条件或者在蠕动泵作用下,把液体样品吸人预先设定光程长度的流通池中进行检测,检测完毕后,将测定的样品吸入废液缸中,下一个样品检测时,通过压力直接用待测样品对流通池进行润洗后采集待测样品光谱。

1.3光谱采集

光谱采集条件为:12

000~4000

cm‘1范围内,

温度设为40℃,分辨率为4cm~,扫描次数为32次,光谱扫描时间约为15s,以空气为背景,流通池光程设为5

mm。

1.4模型及其验证

采用偏最小二乘法(PLS法)㈡川建立酸价和过

氧化值定量模型。光谱预处理方法选择基线校正、多元散射校正(MSC)、标准正交变换(SNV)、Norris

导数平滑(NF)、Savitzky—Golay平滑(SF)、一阶求

导、二阶求导等。模型的评价指标选择相关系数

(尺)、校正标准偏差(RMSEC)和预测标准偏差

(RMSEP)。

1.5盲样验证分析

从市场收集不同种类和等级食用油样品40个,

采集光谱利用相应模型预测酸价和过氧化值;依照

GB/T

5009.37—2003测定所有盲样的酸价和过氧

152

农业机械学报

万方数据

化值,对预测值和实测值进行比较分析。

1.6

自动检测分析

近红外光谱仪、微型蠕动泵和自动进样盘都由Windows版多功能红外分析平台(universal

method

platformforinfrared

evaluation,简称UMPIREPro)软

件控制。UMPIREPro软件基于微软开发,可用于

Windows

XP或Windows7系统¨…。该软件是一个

多功能分析平台,它具有光谱自动采集、命名、数据分析、模型调用、结果输出和保存等功能,还可以驱动进样器、机械臂和蠕动泵等。定量分析时,预先设定好光谱预处理信息及建模分析方法,采集光谱后可调用模型,进行自动分析。所有测定结果可以自动保存,如分析结果、进样参数、模型预处理参数、分析方法及操作者信息等。软件可通过样品设定特征

吸收峰来检查流通池中样品是否含有气泡等。如果

检测该吸收峰出现异常,就说明流通池中含有气泡或者进样不完全(样品未完全充满流通池)。软件会自动终止运行,并提醒用户检查出现的问题。结

果可以直接打印、输出到其他软件(如Excel、Orgrin

等)作进一步分析和报告或直接输出光谱到其他分析软件进行分析…。。

本文将酸价和过氧化值模型参数设置于

UMPIRE

Pro软件中。35mL待测油样置于40mL的

进样瓶中依次编号放入自动进样盘中,进样前先扫描背景光谱,机械臂通过进样针借助蠕动泵把待测样吸进流通池中,采集光谱,以实现自动化检测。样品光谱扫描时间约为15S,机械臂移动时间约为

10S,进样和润洗流通池时间约为20S(相对于以约

20

mL的待测样品来清洗容积约1mL的流通池,通

过分析表明可以将流通池完全润洗,达到检测要

求),一个样品检测时间约为45S,每小时检测速度

可达90个样品。

2结果与分析

2.1光谱特征分析

图3a为食用油原始光谱图,光谱在8

280、

7074、5801~5795、5678、4663

em。1波数处有较强

的吸收峰。食用油是多种脂肪酸甘油三酯的混和物,其主要为甘油基以及多种脂肪酸基,其化学成分

有一cH,、--CH,、C—c、O—H、C—o等基团¨…,成

分较为单一,特征波段较明显,8

280

cm‘1处的吸收

峰认为与亚甲基和甲基的二级倍频吸收有关,7

200~

7000

cm“问的双峰与亚甲基第二组合频吸收有

关,在6

000~5500

cm。1有两个吸收峰与亚甲基组

合频谱吸收和甲基三级倍频吸收有关,4

700~

4600

cm“之间的吸收峰可能是双键的组合频吸收

谱带¨“。图3b、3C、3d分别是原始光谱经一阶求导、二阶求导、一阶求导+NF(15,6)处理后的图谱,其中NF(15,6)表示段长为15,段间距为6。经Norris平滑处理,提高分析信号的信噪比,降低噪声对模型的影响,经一阶求导处理,去除同波长无关的漂移,强化谱带特征、克服谱带重叠,光谱条带更为清晰。

波数/cm

(a)

OO3O02

0OI

OOO1

赵骤苌霉

OO2一OO3一OO4一

OO5

120001100010000900080007000600050004000

波数/cm“

(b)

00060.004a_0.002

哩0

晕一O

002

—0.004—0.006

120001100010000

9000

8000

7000

6000

5000

4000

波数/cm。1

(c)

O00

遥慧霞幂

一0一0一

00

∞屹叭。叭吆∞∞∞

1200011000lUUUU

9000

80UU

7000

60UU50004000

波数/cm

(d)

图3食用油光谱图

Fig.3

NIRspectraofedibleoils

(a)原始光谱(b)一阶导光谱

(c)二阶导光谱(d)一阶求导+NF(15,6)光谱

2.2酸价和过氧化值建模

2.2.1酸价建模

从收集的150个样品中随机选择110个样品数作为校正集样品,其余40个为验证集样品,选择不同的光谱预处理方式和光谱范围,酸价PLS建模效果见表2,表中(9

085,10

192)和(6

524,4

823)表示

采用9

085em~,10192

cm。两点和6

524cm~,

4823

em。1两点基线校正。

第9期

于修烛等:基于近红外光谱的食用油酸价和过氧化值自动化检测

153

万方数据

表2食用油酸价光谱不同预处理建模效果

Tab.2

Resultsofcalibrationswithdifferentpreprocessing

foracidvalueofedibleoils

由表2可知,在波数范围为5

500~4600cm。

时建模效果较为理想,这可能与O—H伸缩振动和

C—O伸缩振动组合频在5

290

cm“处吸收有

关。1“,而酸价是衡量食用油中游离脂肪酸含量的指标,与。一H和CmO基团有着密切相关。最佳建

模条件为在5

500—4600

cm。1范围内光谱采用

(6

524,4

823)两点基线校正和标准正交变换

(SNV),R达到0.9903,RMSEC达到0.082

mg/g。

在此建模条件下,校正集和验证集中实测值和预测值关系分布如图4和图5所示。验证集中R为

0.987

3,RMSEP为0.114

mg/g。

理§骚

实洲值/mg.g—l

图4校正集中食用油酸价实测值和模型预测值分布

Fig.4

Predicted"sreferenceacidvalueofedibleoilsincalibration

set

实测值/mg?g—I

图5

验证集中食用油酸价实测值和模型预测值分布

Fig.5

Predicted"sreferenceacidvalueofedibleoilsinvalidation

set

2.2.2过氧化值建模

收集的150个样品中110个样品数作为校正集

样品,40个为验证集样品,选择不同的光谱预处理方式和光谱范围,过氧化值PLS法建模结果如

表3所示,表中SF(13,3)表示在13个数据点、多项式次方为3。

表3食用油过氧化值光谱不同预处理建模效果

Tab.3

Resultsofcalibrationswithdifferentpreprocessing

forperoxidevalueofedibleoils

由表3可知,在过氧化值校正集建模中,在

8000—4450

cln“范围内采用原始光谱和Norris导

数平滑+一阶求导的建模效果均较好,相关系数R

分别达到0.9949和0.9960,校正误差均方根

RMSEC分别为0.88mmol/kg和0.78mmol/kg,最

佳建模条件为Norris导数平滑+一阶求导,在此建模条件下,校正集和验证集中实测值和预测值关系分布如图6和图7所示,验证集中R为0.995

8,

RMSEP为0.90

mmol/kg。

实测值/mmol?kg~I

图6校正集中食用油过氧化值实测值和模型预测值分布

Fig.6

Predicted口5referencevalueofperoxide

inedibleoilsincalibration

set

实测值/mmol?kg。。

图7验证集中食用油过氧化值实测值和模型预测值分布

Fig.7

Predicted口5referenceperoxidevalueof

edibleoilsinvalidation

set

2.3

酸价和过氧化值模型盲样验证

对收集的40个盲样,先扫描光谱,用国标方法

万方数据154农业机械学报2012生测定样品的酸价和过氧化值,并对预测酸价和过氧要求,进一步表明,近红外自动分析仪结合连续进样化值与实测值进行比较分析,其结果见图8和图9。流通池自动化快速检测食用油的酸价和过氧化值是可行的。2.4精密度和准确度分析对酸价和过氧化值验证集样品进行精密度和准确度检验,采用t检验法判断近红外光谱法和国标法是否存在显著性差异,对盲样预测集样品中40个样品的预测值与实测值进行配对t检验。酸价和过氧化值相应t值分别为2.03和一1.695,其绝对值图8食用油酸价实测值和模型预测值分布均小于临界值t。。.。。,=2.02,说明近红外法和国标Fig.8Predicted"sreferenceacidvalueofedible法无明显差异。对同一样品进行10次光谱扫描,由oilsinblindvalidationset模型获得各组分含量的预测值,并得到10次测量结果的相对标准偏差(RSD),酸价和过氧化值RSD分别为1.330%和0.865%,表明方法重现性较好。3结束语利用近红外自动分析仪结合连续进样流通池实现食用油酸价和过氧化值的快速检测,建模和模型验证结果表明:在5500~4600am“范围内,采用图9食用油过氧化值实测值和模型预测值分布(6524,4823)两点基线校正和标准正交变换Fig.9Predictedt】sreferenceperoxidevalueof(SNV),酸价模型验证尺为0.9873,RMSEP为edibleoilsinblindvalidationset0.114mg/g;在8000~4450cm。范围内,采用NF由图8、图9可以看出,盲样验证中所得到酸价(15,6)+一阶求导,过氧化值模型验证R为0.9958,和过氧化值预测值与实测值相关方程的斜率接近于RMSEC为0.90mmol/kg;盲样验证测定结果与国标1,截距接近于0,R值均大于0.98,表明模型预测值法测定结果相比非常接近,相对标准偏差均小于与实测值比较接近。通过各指标的相对标准偏差计10%,符合国标相关要求。方法与近红外自动分析算,其值均小于10%,测定结果符合有关国标规定仪相结合每小时可检测90个样品。参考文献1孙丽芹,董新伟,刘玉鹏,等,脂类的自动氧化机理[J].中国油脂,1998,23(5):56~57.SunLiqin,DongXinwei,LiuYupeng,eta1.Autoxidativemechanismoflipids[J].ChinaOilsandFats,1998,23(5):56~57.(inChinese)2ChoeE.MinDB.MechanismsandfactorsforedibleoiloxidationlJ1.ComprehensiveReviewsinFoodScienceandFoodSafety,2006,5(4):169~186.3王刚,祝诗平,阚建全,等.花椒挥发油含量的近红外光谱无损检测[J].农业机械学报,2008,39(3):79~81.WangGang,ZhuShiping,GanJianquan,eta1.NondestructivedetectionofvolatileoilcontentinZanthoxylumBungeagumMaximbynearinfraredspectroscopy[J].TransactionsoftheChineseSocietyforAgriculturalMachinery,2008,39(3):79—81.(inChinese)4吴静珠,徐云.基于CARS—PLS的食用油脂肪酸近红外定量分析模型优化[J].农业机械学报,2011,42(10):162~166.WuJingzhu,Xurun.NIRquantitativemodeloptimizationoffattyacidinedibleoilbasedonCARS—PLS[J].TransactionsoftheChineseSocietyforAgriculturalMachinery,2011,42(10):162~166.(inChinese)5毕艳兰,鲍丹青,田原,等.利用傅里叶近红外技术快速测定食用食用油的过氧化值[J:.中国油脂,2009,34(3):71~74.BiYanlan,BaoDanqing,TianYuan,eta1.Rapiddeterminationofperoxidevalueofedible vegetableoilsbynear—infraredspectroscopy[J].ChinaOilsandFats,2009,34(3):71—74.(inChinese)6王立琦,张礼勇,朱秀超.大豆油脂过氧化值的近红外光谱分析[J].食品科学,2010,31(6):205—207.WangLiqi,ZhangLiyong,ZhuXiuchao.Near—infraredspectroscopicanalysisofperoxidevalHeofsoybeanoil[J].FoodScience,2010,31(6):205—207.(inChinese)(下转第159页)

版权声明:此文档由查字典文档网用户提供,如用于商业用途请与作者联系,查字典文档网保持最终解释权!

下载文档

热门试卷

2016年四川省内江市中考化学试卷
广西钦州市高新区2017届高三11月月考政治试卷
浙江省湖州市2016-2017学年高一上学期期中考试政治试卷
浙江省湖州市2016-2017学年高二上学期期中考试政治试卷
辽宁省铁岭市协作体2017届高三上学期第三次联考政治试卷
广西钦州市钦州港区2016-2017学年高二11月月考政治试卷
广西钦州市钦州港区2017届高三11月月考政治试卷
广西钦州市钦州港区2016-2017学年高一11月月考政治试卷
广西钦州市高新区2016-2017学年高二11月月考政治试卷
广西钦州市高新区2016-2017学年高一11月月考政治试卷
山东省滨州市三校2017届第一学期阶段测试初三英语试题
四川省成都七中2017届高三一诊模拟考试文科综合试卷
2017届普通高等学校招生全国统一考试模拟试题(附答案)
重庆市永川中学高2017级上期12月月考语文试题
江西宜春三中2017届高三第一学期第二次月考文科综合试题
内蒙古赤峰二中2017届高三上学期第三次月考英语试题
2017年六年级(上)数学期末考试卷
2017人教版小学英语三年级上期末笔试题
江苏省常州西藏民族中学2016-2017学年九年级思想品德第一学期第二次阶段测试试卷
重庆市九龙坡区七校2016-2017学年上期八年级素质测查(二)语文学科试题卷
江苏省无锡市钱桥中学2016年12月八年级语文阶段性测试卷
江苏省无锡市钱桥中学2016-2017学年七年级英语12月阶段检测试卷
山东省邹城市第八中学2016-2017学年八年级12月物理第4章试题(无答案)
【人教版】河北省2015-2016学年度九年级上期末语文试题卷(附答案)
四川省简阳市阳安中学2016年12月高二月考英语试卷
四川省成都龙泉中学高三上学期2016年12月月考试题文科综合能力测试
安徽省滁州中学2016—2017学年度第一学期12月月考​高三英语试卷
山东省武城县第二中学2016.12高一年级上学期第二次月考历史试题(必修一第四、五单元)
福建省四地六校联考2016-2017学年上学期第三次月考高三化学试卷
甘肃省武威第二十三中学2016—2017学年度八年级第一学期12月月考生物试卷

网友关注视频

外研版英语七年级下册module3 unit2第一课时
冀教版小学英语五年级下册lesson2教学视频(2)
北师大版数学四年级下册3.4包装
【获奖】科粤版初三九年级化学下册第七章7.3浓稀的表示
二年级下册数学第二课
3月2日小学二年级数学下册(数一数)
30.3 由不共线三点的坐标确定二次函数_第一课时(市一等奖)(冀教版九年级下册)_T144342
沪教版牛津小学英语(深圳用) 四年级下册 Unit 3
七年级英语下册 上海牛津版 Unit3
人教版历史八年级下册第一课《中华人民共和国成立》
冀教版小学数学二年级下册1
冀教版小学数学二年级下册第二单元《有余数除法的整理与复习》
青岛版教材五年级下册第四单元(走进军营——方向与位置)用数对确定位置(一等奖)
北师大版数学四年级下册第三单元第四节街心广场
冀教版小学数学二年级下册第二单元《余数和除数的关系》
【部编】人教版语文七年级下册《泊秦淮》优质课教学视频+PPT课件+教案,湖北省
人教版二年级下册数学
第12章 圆锥曲线_12.7 抛物线的标准方程_第一课时(特等奖)(沪教版高二下册)_T274713
每天日常投篮练习第一天森哥打卡上脚 Nike PG 2 如何调整运球跳投手感?
冀教版小学数学二年级下册第二周第2课时《我们的测量》宝丰街小学庞志荣
外研版英语三起5年级下册(14版)Module3 Unit2
【部编】人教版语文七年级下册《过松源晨炊漆公店(其五)》优质课教学视频+PPT课件+教案,江苏省
《小学数学二年级下册》第二单元测试题讲解
七年级英语下册 上海牛津版 Unit5
沪教版牛津小学英语(深圳用) 五年级下册 Unit 10
六年级英语下册上海牛津版教材讲解 U1单词
【部编】人教版语文七年级下册《过松源晨炊漆公店(其五)》优质课教学视频+PPT课件+教案,辽宁省
沪教版牛津小学英语(深圳用) 四年级下册 Unit 4
【部编】人教版语文七年级下册《逢入京使》优质课教学视频+PPT课件+教案,安徽省
沪教版牛津小学英语(深圳用) 四年级下册 Unit 12