基于非線性化學指紋圖譜技術的乳品質控方法研究及數(shù)學模型構建.pdf

1、乳及乳制品具有較高的營養(yǎng)價值，其味道鮮美，深受消費者喜愛。隨著乳及乳制品消費群體與消費量的逐漸增加，乳及乳制品的質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，甚至導致消費者死亡的重大乳及乳制品安全事件屢有發(fā)生，這使得人們對乳及乳制品的質量安全產(chǎn)生恐慌，同時也迫切要求給出更加切實可行的乳品質控方法來保證其質量。
　　研究表明，非線性化學指紋圖譜檢測方法作為一種新型的指紋圖譜技術，已被成功應用于食品的質量控

2、制中，事實表明，該技術能夠較好地解決食品的內在質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雜樣本的安全。
　　本課題以奶粉為研究對象，采用非線性化學指紋圖譜技術，利用兩種振蕩體系，對不同品牌奶粉、不同種類奶粉及摻雜奶粉進行檢測，根據(jù)試驗所得非線性化學指紋圖譜的信息，實現(xiàn)對不同品牌奶粉、不同種類奶粉及摻雜奶粉的質量進行鑒別和評價。本論文完成的研究內容如下：
　?。?）在用于奶粉檢測的非線性化學指紋圖譜振蕩體系的條件優(yōu)

3、化試驗中，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，采用非線性化學指紋圖譜技術，以奶粉指紋圖譜的最大振幅和誘導時間為檢測指標，分別通過單因素試驗考察溫度、奶粉樣品的用量和兩種體系主要試劑的濃度對振蕩體系的影響，并經(jīng)響應面試驗設計得到兩種體系用于奶粉檢測的最優(yōu)條件組合。體系Ⅰ的最佳檢測條件為：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對不同品牌奶粉中添加的糊精進行定量分析，獲得具有摻雜糊精的混合奶粉的非線性化學指紋圖譜，用最小二乘法構建糊精添加量與指紋圖譜的特征參數(shù)值之間的數(shù)學模型，進而確定：在體系Ⅰ中，當糊精添加量為0~30％時，糊精含量與誘導時間線性關系良好，相關系數(shù) R2為0.9982~0.9998，回收率為94.00%~108.75%，相對標準偏差RSD≤1.96%，檢測范圍為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，當糊精添加量為0~0.30 g/g時，糊精含量與誘導時間線性關系良好，相關系數(shù) R2為0.9972~0.9991，回收率為94.00%~104.89%，相對標準偏差RSD≤1.17%，檢測范圍為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。通過對兩個體系的比較，從

7、非線性化學指紋圖譜的特征性來看，利用體系Ⅱ測得的指紋圖譜特征性相對較強，而從檢測時間的角度分析，利用體系Ⅰ進行檢測時所用時間較短?；趦煞N體系的非線性化學指紋圖譜法均具有操作簡單、樣品不用預處理和分析成本低廉的優(yōu)點，是一種切實可行的測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試驗中，獲得具有摻雜尿素的混合奶粉非線性化學指紋圖譜，用最小二乘法對尿素添加量與指紋圖譜的特征參數(shù)值進行數(shù)學模型

8、的構建，進而確定：在尿素摻入量為0~40mg/g時，奶粉中摻入的尿素含量與相應摻雜奶粉指紋圖譜的誘導時間之間存在很好的線性關系，相關系數(shù) R2為0.9987~0.9995，回收率在95.48%~104.06%之間，相對標準偏差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。結果表明，該方法能較好地完成奶粉中人為添加尿素的檢測。
　?。?）在將經(jīng)過條件優(yōu)化的體

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

10、二乘法得出系統(tǒng)分析模型，通過這個模型可求出混合奶粉中同時摻雜的糊精和尿素的含量。試驗結果表明，非線性化學指紋圖譜技術結合最小二乘法用于奶粉中同時摻雜糊精和尿素的定量分析和質量評價是可行的，而且具有較高的精密度和準確度，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對不同品牌奶粉、不同種類奶粉及摻雜的奶粉進行鑒別。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準，對摻

11、雜奶粉與相應純奶粉指紋圖譜的整體系統(tǒng)相似度進行計算，根據(jù)待檢樣品同正常樣品非線性化學指紋圖譜的比對來確定該樣品是否摻假。試驗結果表明，對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，可直觀的進行鑒別，結合非線性化學指紋圖譜技術及整體系統(tǒng)相似度方法得出：同種類純奶粉相似度可達0.9905，而不同種類的試驗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