基于二維相關紅外光譜的摻雜肉糜定性定量檢測方法
【專利摘要】本發明公開一種基于二維相關紅外光譜的摻雜肉糜定性定量檢測方法，包括：制備多個純肉糜樣品和多個摻雜水平肉的混合肉糜樣品，并采集各樣品的中紅外光譜；計算所述中紅外光譜的動態光譜，以及同步和異步二維相關光譜；計算各個純肉糜樣品二維相關光譜間的歐氏距離，記為組內距離；計算各已知摻雜水平的肉糜樣品到純肉糜樣品二維相關光譜間的歐氏距離，記為組間距離；對所述組內距離和組間距離的差異顯著性進行檢驗，保留差異顯著樣品數據；選取待測樣品，并計算待樣品與所述純肉糜樣品二維相關光譜間的歐氏距離，記為未知距離；觀察未知距離與組內距離和所有組間距離間差異顯著性水平判斷取待測樣品是否摻雜及摻雜水平。
【專利說明】
基于二維相關紅外光譜的摻雜肉糜定性定量檢測方法
技術領域
[0001] 本發明涉及對非痕量摻雜物質的定性定量檢測，尤其涉及一種基于二維相關紅外 光譜的摻雜肉糜定性定量檢測方法。
【背景技術】
[0002] 肉及肉糜制品摻假現象嚴重，目前使用較多的檢測手段包括蛋白質等電子聚焦 法、高效液相層析法、十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳、尿素等電聚焦方法等，以上蛋 白質相關方法應用范圍較窄，不適用于所有種類的肉類樣品，尤其是肉糜類樣品。多聚酶鏈 式反應及DNA測序檢測雖然比較精準，但檢測試劑昂貴，檢驗成本高，檢驗時間長，而且對操 作人員的專業素質要求高。
[0003] 近些年還出現一些新技術針對肉糜、魚糜及其制品進行檢測，如近紅外光譜建模 分析。基于近紅外光譜的研究主要針對肉糜、魚糜中蛋白質、水分等營養成分進行了定量分 析，還有學者對磷酸鹽、淀粉等非同源外源添加物質進行了定量分析。很多近紅外模型預測 結果精準，但建模所需樣本量大，而且模型失效有待解決。
[0004] 中紅外光譜圖分為特征頻率區和指紋區。特征頻率區的吸收峰數目不多，但具有 很強的特征性，在基團鑒定工作上很有價值。指紋區峰多而復雜，沒有強的特征性，但當分 子結構稍有不同時，該區吸收峰就會產生細微差異。指紋區對于區別結構類似的化合物很 有幫助。所以中紅外光譜比近紅外光譜在物質鑒別上更具優勢。衰減全反射紅外光譜采樣 模式，大大拓寬了紅外光譜的應用領域，而且紅外手持式衰減全反射中紅外光譜儀已經成 為現實，并且發展迅速。但目前該儀器主要的應用領域為：消防、軍事，執法人員，主要用來 確定未知物質，在食品農產品檢測領域還未見應用。
[0005] 現有的二維相關光譜方法簡便、快速，無需對待測樣品進行分離，對于復雜體系的 鑒別研究，具有一定實際意義，且該方法結合中紅外光譜技術在我國傳統中藥檢測方面應 用廣泛。但是，簡單的二維相關紅外只能對樣品進行定性分析，不能實現定量分析。

【發明內容】

[0006] 本發明的目的在于針對上述問題和不足，提供一種基于二維相關紅外光譜的摻雜 肉糜定性定量檢測方法，采用衰減全反射采樣模式采集樣品在溫度外擾下的一系列中紅外 光譜;進一步獲得二維相關同步譜或異步譜，然后對不同樣本二維相關同步譜或異步譜間 差異進行量化，從而達到對樣品進行定性定量鑒別的目的；即解決了傳統濕法化學方法檢 測成本高，環境不友好，難以定量等缺點，也有效彌補了近紅外光譜建模分析法模型失效的 缺陷。
[0007] 本發明所采用的二維相關光譜差異量化法是二維相關光譜方法的延伸，常結合中 紅外光譜檢測技術一起使用，通過比較不同樣本二維相關紅外光譜間的差異情況，不僅可 以對樣品進行定性分析還可以對樣本進行定量分析。該方法不僅簡便，快速，無需對待測樣 品進行分離，而且環境友好，無化學試劑污染，對操作人員要求不高，同時還彌補了近紅外 光譜建模方法中遇到的模型失效的缺陷。
[0008] 本發明的具體技術方案如下：
[0009] -種基于二維相關紅外光譜的摻雜肉糜定性定量檢測方法，包括以下步驟：
[001 0] 1)制備多個純肉糜樣品和多個摻雜水平肉的混合肉糜樣品，并采集純肉糜樣品和 各混合肉糜樣品的中紅外光譜；
[0011] 2)計算所述中紅外光譜的動態光譜；
[0012] 3)對各樣品的動態光譜進行二維相關分析，獲得對應的同步二維相關光譜和異步 二維相關光譜；
[0013] 4)計算純肉糜樣品二維相關光譜間的歐氏距離，記為組內距離；
[0014] 5)計算各已知摻雜水平的肉糜樣品到純肉糜樣品二維相關光譜間的歐氏距離，記 為組間距離；
[0015] 6)對所述組內距離和組間距離的差異顯著性進行檢驗，保留差異顯著樣品數據；
[0016] 7)選取待測樣品，并計算待測樣品與所述純肉糜樣品二維相關光譜間的歐氏距 離，記為未知距離；
[0017] 8)對未知距離與組內距離和所有組間距離進行差異顯著性檢驗，通過觀察未知距 離與組內距離間差異顯著性水平判斷取待測樣品是否摻雜，并通過觀察未知距離與所有組 間距離間差異顯著性水平判斷取待測樣品屬于那一摻雜水平。
[0018] 講一步的，計覚所i術動杰光譜的公式如下：
[0019]
[0020] 式中，t代表外擾變量;y(v，t)代表從TmirJljTmax區域內外擾作用下光譜強度； 代表參比光譜；
[0021 ]其中，所述參比光譜的計算公式為：
[0022]
[0023]進一步的，所述同步二維相關光譜的計算公式為：
[0029] 式中，Njk代表Hilbert-Noda轉換矩陣中第kth列第jth行的元素。[0030]本發明中，計算所述歐氏距離的公式為：
[0024]
[0025]
[0026]
[0027]
[0028]
[0031；
[0032] 式中，為樣品x的二維相關光譜矩陣，^為樣品y的二維相關光譜矩陣，η為二維 相關光譜矩陣S的維度。
[0033] 作為優選的，在所述的步驟1)中，光譜采集模式選擇衰減全反射采集模式，采用空 白對照光譜為不放置樣本采集的空氣的中紅外光譜。
[0034] 進一步優選的，所述的步驟1)中，所有樣品中紅外光譜采集時采集條件一致:光譜 米集波段為:'光譜分辨率為Acnf 1，積分時間為12s，每一條光譜為64次掃描的 平均光譜。
[0035] 另外，根據計算紅外光譜間的相關系數，本發明還提供了另一種基于二維相關紅 外光譜的摻雜肉糜定性定量檢測方法，包括以下步驟：
[0036] 1)制備多個純肉糜樣品和多個摻雜水平肉的混合肉糜樣品，并采集純肉糜樣品和 各混合肉糜樣品的中紅外光譜；
[0037] 2)計算所述中紅外光譜的動態光譜；
[0038] 3)對各樣品的動態光譜進行二維相關分析，獲得對應的同步二維相關光譜和異步 二維相關光譜；
[0039] 4)計算純肉糜樣品二維相關光譜間的相關系數，記為組內系數；
[0040] 5)計算各已知摻雜水平的肉糜樣品到純肉糜樣品二維相關光譜間的相關系數，記 為組間系數；
[0041] 6)對所述組內系數和組間系數的差異顯著性進行檢驗，保留差異顯著樣品數據；
[0042] 7)選取待測樣品，并計算待測樣品與所述純肉糜樣品二維相關光譜間的相關系 數，記為未知系數；
[0043] 8)對未知系數與組內系數和所有組間系數進行差異顯著性檢驗，通過觀察未知系 數與組內系數間差異顯著性水平判斷取待測樣品是否摻雜，并通過觀察未知系數與所有組 間系數間差異顯著性水平判斷取待測樣品屬于那一摻雜水平。
[0044] 作為優選的，所述相關系數的計算公式為：
[0045]
[0046]
[0047]
[0048] 式中，％為樣品X的二維相關光譜矩陣，^為樣品y的二維相關光譜矩陣，η為二維 相關光譜矩陣S的維度。
[0049] 本發明具有如下有益效果：
[0050] 采用本發明的方法對摻雜肉糜、魚糜進行檢測時無需對待測樣品進行分離，純化 等預處理，而且該方法無化學試劑污染，環境友好，對操作人員要求不高，同時還彌補了近 紅外光譜建模方法中遇到的模型失效的缺陷。
【附圖說明】
[0051] 圖1為二維相關光譜的獲得示意圖；
[0052] 圖2為二維相關光譜差異量化法鑒別樣品流程示意圖。
【具體實施方式】
[0053] 下面結合附圖對本發明的摻雜肉糜定性定量檢測方法作進一步詳細描述。
[0054]本實施例中，所制備的樣本包括：
[0055] 魚糜樣本(即純肉糜樣品）：不同產地，相同級別純鰱魚糜樣本9個；
[0056] 摻雜魚糜樣本（混合肉糜樣品）：摻雜帶魚糜水平分別為5 %、10%、20 %、40 %、 60 %、80 %的鰱魚糜樣本各3個
[0057]如圖1和圖2所示，本實施例中對摻雜肉糜定性定量檢測方法的具體步驟有：
[0058]步驟1:采集所有魚糜樣本和摻雜魚糜樣本的中紅外光譜。
[0059]光譜采集模式選擇衰減全反射采集模式，每次采集樣本光譜前鍺晶體都用分析純 無水酒精擦拭干凈，空白對照光譜為不放置樣本采集的空氣的中紅外光譜。且所有樣本紅 外光譜采集時采集條件一致:光譜采集波段為:650-4000(31^ 1，光譜分辨率為4CHT1，積分時 間為12s，每一條光譜為64次掃描的平均光譜。
[0060]將魚糜樣本和摻雜魚糜樣本置于控溫附件上，然后利用控溫附件控制溫度，在溫 度外擾下測得一系列的中紅外光譜；
[0061 ] 步驟2:計算得到的中紅外光譜的動態光譜R vj):
[0062]
(1)
[0063] 式中，t代表外擾變量;y(v，t)代表從TmirJIjTmax區域內外擾作用下光譜強度;Rv) 代表參比光譜。
[0064] 通常將系統一系列光譜的平均光譜選作參比光譜，參比光譜的計算公式如式(2) 所示；
[0065] (2)
[0066] 假如在外擾變量t作用下，獲得的m組數據其動態光譜也可以由式(3)表達。
[0067]
(3)
[0068] 步驟3:計算同步和異步二維相關光譜：
[0069] 同步二維相關光譜計算公式如式(4)所示；
[0070] (4)
[0073] 式中，Njk代表Hilbert-Noda轉換矩陣中第kth列第jth行的元素；
[0071]
[0072] (5)
[0074]
(6)
[0075]步驟4:采用歐氏距離，對二維相關光譜差異量化：[0076] 而個不同垤太一維相羊I譜問的歐Ff*昍商桉公忒m許尊；：
[0077] (7)
[0078]計算所有純魚糜樣本間的歐氏距離，獲得一組歐式距離數據，將其記為組內距離。 然后計算每個摻雜水平魚糜樣本到9個純魚糜樣本間的歐式距離，又獲得一組歐式距離數 據，記作組間距離。每一個樣本的組間距離作為一個整體，且用于組內距離計算的純肉糜或 魚糜樣品取樣要具有代表性(不同產地，不同廠家等）。
[0079] 如圖2所示對組內距離和組間距離共7組數據進行差異顯著性檢驗。保留差異顯著 樣品數據，剔除掉差異不顯著樣品數據，則可以利用這些數據對摻雜帶魚糜的鰱魚糜進行 定性定量分析。
[0080] 步驟5:對3個未知摻雜水平:Ul (6.5% )、U2(20% )、U3(60% )的鰱魚糜樣本進行鑒 另IJ，先計算每個樣本到所有純魚糜樣本的歐式距離，獲得其組間距離。然后使用統計檢驗方 法檢測該組間距離與上述已知7組組間距離間的差異顯著性。通過差異顯著行水平，就可以 判斷該魚糜是否摻雜了帶魚糜，也可以判斷大約的摻雜水平。
[0082] 上表為未知魚糜樣本與已知各組魚糜樣本差異顯著性LSD檢驗結果，可以看出該 方法可以準確對樣本大約的摻雜水平進行估計，可以區分的最低摻雜水平為5%。
[0083] 以上所述僅為本發明的較佳實施舉例，并不用于限制本發明，凡在本發明精神和 原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種基于二維相關紅外光譜的滲雜肉糜定性定量檢測方法，其特征在于，包括W下 步驟： 1) 制備多個純肉糜樣品和多個滲雜水平肉的混合肉糜樣品，并采集純肉糜樣品和各混 合肉糜樣品的中紅外光譜； 2) 計算所述中紅外光譜的動態光譜； 3) 對各樣品的動態光譜進行二維相關分析，獲得對應的同步二維相關光譜和異步二維 相關光譜； 4) 計算各個純肉糜樣品二維相關光譜間的歐氏距離，記為組內距離； 5) 計算各已知滲雜水平的肉糜樣品到純肉糜樣品二維相關光譜間的歐氏距離，記為組 間距離； 6) 對所述組內距離和組間距離的差異顯著性進行檢驗，保留差異顯著樣品數據； 7) 選取待測樣品，并計算待測樣品與所述純肉糜樣品二維相關光譜間的歐氏距離，記 為未知距離； 8) 對未知距離與組內距離和所有組間距離進行差異顯著性檢驗，通過觀察未知距離與 組內距離間差異顯著性水平判斷取待測樣品是否滲雜，并通過觀察未知距離與所有組間距 離間差異顯著性水平判斷取待測樣品屬于那一滲雜水平。2. 如權利要求1所述的基于二維相關紅外光譜的滲雜肉糜定性定量檢測方法，其特征 在于，計算所述動態光譜的公式如下：式中，t代表外擾變量;y(V，t)代表從Tmin到Tmax區域內外擾作用下光譜強度，^(0代表 參比光譜； 所述參比光譜的計算公式為：3. 如權利要求2所述的基于二維相關紅外光譜的滲雜肉糜定性定量檢測方法，其特征 在于： 所述同步二維相關光譜的計算公式為：所述異步二維相關光譜的計算公式為：式中N化代表化化ert-Noda轉換矩陣中第k化列第j化行的元素。4. 如權利要求1所述的基于二維相關紅外光譜的滲雜肉糜定性定量檢測方法，其特征 在于，計算所述歐氏距離的公式為：式中，&：；為樣品X的樣品的二維相關光譜矩陣，為樣品y的二維相關光譜矩陣，η為二 維相關光譜矩陣S的維度。5. 如權利要求1所述的基于二維相關紅外光譜的滲雜肉糜定性定量檢測方法，其特征 在于，在所述的步驟1)中，光譜采集模式選擇衰減全反射采集模式，采用空白對照光譜為不 放置樣本采集的空氣的中紅外光譜。6. 如權利要求5所述的基于二維相關紅外光譜的滲雜肉糜定性定量檢測方法，其特征 在于，所述的步驟1)中，所有樣品中紅外光譜采集時采集條件一致:光譜采集波段為:650- 4000cnfi，光譜分辨率為4cnfi，積分時間為12s，每一條光譜為64次掃描的平均光譜。7. -種基于二維相關紅外光譜的滲雜肉糜定性定量檢測方法，其特征在于，包括W下 步驟： 1) 制備多個純肉糜樣品和多個滲雜水平肉的混合肉糜樣品，并采集純肉糜樣品和各混 合肉糜樣品的中紅外光譜； 2) 計算所述中紅外光譜的動態光譜； 3) 對各樣品的動態光譜進行二維相關分析，獲得對應的同步二維相關光譜和異步二維 相關光譜； 4) 計算各個純肉糜樣品二維相關光譜間的相關系數，記為組內系數； 5) 計算各已知滲雜水平的肉糜樣品到純肉糜樣品二維相關光譜間的相關系數，記為組 間系數； 6) 對所述組內系數和組間系數的差異顯著性進行檢驗，保留差異顯著樣品數據； 7) 選取待測樣品，并計算待測樣品與所述純肉糜樣品二維相關光譜間的相關系數，記 為未知系數； 8) 對未知系數與組內系數和所有組間系數進行差異顯著性檢驗，通過觀察未知系數與 組內系數間差異顯著性水平判斷取待測樣品是否滲雜，并通過觀察未知系數與所有組間系 數間差異顯著性水平判斷取待測樣品屬于那一滲雜水平。8. 如權利要求7所述的基于二維相關紅外光譜的滲雜肉糜定性定量檢測方法，其特征 在于，所述相關系數的計算公式為：其中：式中，巧;:為樣品X的二維相關光譜矩陣，&_；為樣品y的二維相關光譜矩陣，η為二維相關 光譜矩陣S的維度。
【文檔編號】G01N21/3563GK105842186SQ201610168547
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月23日
【發明人】成芳, 由昭紅, 張偉, 楊小玲
【申請人】浙江大學