专利名称：近红外光谱法检测面粉中石灰类物质的方法
技术领域：
本发明涉及食品安全技术领域，特别涉及一种近红外光谱法检测面粉中石灰类物质的方法。
背景技术：
面粉是人们日常食物的主要来源之一。面粉质量安全直接关系着人们的身体健康。然而近年来，面粉质量安全问题备受社会各界的广泛关注。除增白剂导致的问题面粉外，添加过量的石灰(氧化钙、氢氧化钙)、碳酸钙等无机污染物以获得增重等效果的问题面粉亦被频频曝光，不仅造成极大的负面影响，而且严重危害人们的饮食安全和身体健康。 目前尚未见到采用近红外光谱方法对面粉中掺入的石灰类物质进行检测的报道。对面粉中添加剂的传统检测方式以色谱分析法为主，其缺陷是需要对被检测样本进行分离和复杂的预处理，检测步骤繁琐，耗时长，且检测过程中使用化学试剂，造成环境污染，因此制约了其广泛的推广应用。近红外光谱(Near Infrared Spectroscopy, NIR)是最近几十年发展起来的分析技术，随着化学计量学的发展和计算机技术的进步，近红外光谱分析法具有快速、无损、对环境友好以及可以实现在线分析等优点，目前已被广泛地应用于农产品及食品的品质分析等诸多领域。由于人们对近红外光谱的传统认识，即含氢基团的合频与倍频吸收，以及无机物在近红外谱区的吸收特征或较弱、或较难解释等原因，尽管近红外光谱法以其独有的优势在食品及农产品品质分析方面具有广泛的应用，但上述应用皆为对有机物的定性、定量测定。采用近红外光谱法对农产品中无机物的直接分析尚未见报道。近年来，有近红外光谱法在测定烟草以及土壤等基质中金属元素含量方面的报道，然而这些报道中的近红外定量分析模型的建立仍然基于无机离子以一定形式与具有近红外吸收的有机基团结合的理论，所建立的模型并非所分析的金属元素直接的近红外定量分析模型，而是和金属元素相关联的有机物的模型。亦即采用上述报道中的方法对基质中的无机元素的分析仍然是间接分析，对于向面粉中外源添加的无机物的定性、定量分析则不能得到上述理论的支持。通过实验所得数据可知，一些无机物，如氧化钙、氢氧化钙，由于金属离子能级禁带跃迁，在近红外区域亦具有特征吸收，这是近红外光谱法对该种类无机物定性、定量分析的光谱学依据。由于近红外光对物质的穿透能力较中红外光强，因此近红外光不仅可以采集到待测样本表面的信息，而且可以在一定程度上深入待测样本内部采集信息，因此非常适合面粉中石灰类物质的检测。
发明内容
(一)要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是，提供一种步骤简单、无污染的近红外光谱法检测面粉中石灰类物质的方法。(二)技术方案为解决上述技术问题，本发明提供一种近红外光谱法检测面粉中石灰类物质的方法，包括步骤SlOO 采集待测面粉样本的近红外光谱；S200:根据石灰类物质和纯面粉的近红外光谱特征，判断所述待测面粉样本中是否含有石灰类物质。其中，如果所述步骤S200的判断结果显示所述待测面粉样本中含有石灰类物质， 所述步骤S200之后还包括步骤S300 采集标准系列面粉样本的近红外光谱；S400 根据所述标准系列面粉样本的近红外光谱，建立定量校正模型；S500:根据所述定量校正模型，检测所述待测面粉样本中石灰类物质的含量。所述石灰类物质包括氧化钙、氢氧化钙或碳酸钙，所述纯面粉为未混有任何添加剂的面粉。所述步骤S300中标准系列包括一系列已知面粉样本，在所述已知面粉样本中添加有氧化钙、氢氧化钙和碳酸钙，并且所述氧化钙、氢氧化钙和碳酸钙的含量之间没有相关性，即三种石灰类物质的含量彼此相互独立，所述多个已知面粉样本的氧化钙含量在一定区间范围内均勻分布，所述多个已知面粉样本的氢氧化钙含量在一定区间范围内均勻分布，所述多个已知面粉样本的碳酸钙含量在一定区间范围内均勻分布。所述标准系列中已知面粉的样本容量不少于20个。所述步骤S400包括S401 采用数据规范化、数据平滑、数据标准化或者基线校正算法对所述标准系列面粉样本的近红外光谱数据进行预处理；S402 使用偏最小二乘算法结合全交互验证算法建立所述定量校正模型。所述步骤SlOO和S300中，采集所述待测面粉样本以及所述标准系列面粉样本的近红外光谱，所用近红外光谱仪的信噪比不小于10000。(三)有益效果由于近红外光对物质的穿透能力较中红外光强，因此近红外光不仅可以采集到待测样本表面的信息，而且可以在一定程度上深入待测样本内部采集信息，因此非常适合面粉中石灰类物质的检测。本发明所述近红外光谱法检测面粉中石灰类物质的方法步骤简单、无污染，可以对面粉中是否含有石灰类物质进行快速定性检测。并且，结合标准系列面粉样本的近红外光谱及定量校正模型，可以对面粉中多种石灰类物质进行同时快速的定量测定，所得结果准确可靠。本发明采用近红外光谱法对面粉中石灰类物质进行快速定性、定量分析，建立面粉中石灰类物质的近红外光谱快速检测方法，为市售面粉的快速质量安全筛查提供新的方法。本发明的方法简单、快速、准确、无需复杂的预处理、无污染，对于面粉市场质量监控，保障消费者饮食健康具有重要意义。
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图1为本发明近红外光谱法检测面粉中石灰类物质的方法流程图；图2为本发明实施例1所述待测面粉样本的近红外光谱图；图3为本发明实施例2所述基于氧化钙含量的定量校正模型的预测值与真值对应关系图；图4为本发明实施例2所述基于氢氧化钙含量的定量校正模型的预测值与真值对应关系图；图5为本发明实施例2所述基于碳酸钙含量的定量校正模型的预测值与真值对应关系图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式
作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。图1是本发明所述近红外光谱法检测面粉中石灰类物质的方法流程图。如图1所示，近红外光谱法检测面粉中石灰类物质的方法，包括步骤SlOO 采集待测面粉样本的近红外光谱，采集过程所用近红外光谱仪的信噪比不小于10000。S200:根据石灰类物质和纯面粉的近红外光谱特征，判断所述待测面粉样本中是否含有石灰类物质。所述石灰类物质包括氧化钙、氢氧化钙和碳酸钙，所述纯面粉为未混有任何添加剂的面粉。如果所述步骤S200的判断结果显示所述待测面粉样本中含有石灰类物质，所述步骤S200之后还包括步骤S300 采集标准系列面粉样本的近红外光谱。所述标准系列包括不少于20个面粉样本，在所述已知面粉样本中添加有氧化钙、氢氧化钙和碳酸钙，并且所述氧化钙、氢氧化钙和碳酸钙的含量之间没有相关性，即三种石灰类物质的含量彼此相互独立，所述多个已知面粉样本的氧化钙含量在一定区间范围内均勻分布，所述多个已知面粉样本的氢氧化钙含量在一定区间范围内均勻分布，所述多个已知面粉样本的碳酸钙含量在一定区间范围内均勻分布。比如，氧化钙含量(重量百分比，下同)可在0.2%-8.0%范围内均勻分布，氢氧化钙含量在0. 5% -9. 0%范围内均勻分布，碳酸钙含量在0. 2% -7. 0%范围内均勻分布。 采集标准系列面粉样本的近红外光谱所用近红外光谱仪的信噪比不小于10000。S400:采用数据规范化、数据平滑、数据标准化或者基线校正等数据预处理算法对所述标准系列面粉样本的近红外光谱数据进行预处理；使用偏最小二乘算法结合全交互验证算法建立定量校正模型。所述定量校正模型建立完成后，对该模型的优劣以及预测性能进行评价，评价步骤如下采用决定系数R2、校正误差均方根RMSEC、交互验证误差均方根RMSECV作为评价模型优劣的参数。模型评价标准为R2尽可能接近100%，RMSEC和RMSECV各自数值尽可能小且 RMSECV/RMSEC 不超过 10。CN 102213674 A
说明书4/7页R2的计算如公式(1)所示。
权利要求
1.一种近红外光谱法检测面粉中石灰类物质的方法，其特征在于，包括步骤SlOO 采集待测面粉样本的近红外光谱；S200 根据石灰类物质和纯面粉的近红外光谱特征，判断所述待测面粉样本中是否含有石灰类物质。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，如果所述步骤S200的判断结果显示所述待测面粉样本中含有石灰类物质，所述步骤S200之后还包括步骤S300 采集标准系列面粉样本的近红外光谱；5400根据所述标准系列面粉样本的近红外光谱，建立定量校正模型；S500 根据所述定量校正模型，定量测定所述待测面粉样本中石灰类物质的含量。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述石灰类物质包括氧化钙、氢氧化钙或碳酸钙，所述纯面粉为未混有任何添加剂的面粉。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S300中标准系列包括一系列已知面粉样本，在所述已知面粉样本中添加有氧化钙、氢氧化钙和碳酸钙，并且所述氧化钙、氢氧化钙和碳酸钙的含量彼此相互独立，所述多个已知面粉样本的氧化钙、氢氧化钙、碳酸钙含量分别在一定区间范围内均勻分布。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述氧化钙重量百分含量在0.2% -8. 0%范围内均勻分布，所述氢氧化钙重量百分含量在0.5% -9.0%范围内均勻分布，所述碳酸钙重量百分含量在0.2% -7.0%范围内均勻分布。
6.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述标准系列中已知面粉的样本容量不少于20个。
7.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S400包括5401采用数据规范化、数据平滑、数据标准化或者基线校正算法对所述标准系列面粉样本的近红外光谱数据进行预处理；5402使用偏最小二乘算法结合全交互验证算法建立所述定量校正模型。
8.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤SlOO和S300中，采集所述待测面粉样本和所述标准系列面粉样本的近红外光谱，所用近红外光谱仪的信噪比不小于10000。
全文摘要
本发明提供了一种近红外光谱法检测面粉中石灰类物质的方法，其包括步骤采集待测面粉样本的近红外光谱；根据石灰类物质和纯面粉的近红外光谱特征，判断所述待测面粉样本中是否含有石灰类物质。如果上述判断结果显示所述待测面粉样本中含有石灰类物质，还包括步骤采集标准系列面粉样本的近红外光谱；根据所述标准系列面粉样本的近红外光谱，建立定量校正模型；根据所述定量校正模型，检测所述待测面粉样本中石灰类物质的含量。本发明所述近红外光谱法检测面粉中石灰类物质的方法，步骤简单、无污染，可以对面粉中是否含有石灰类物质进行快速定性检测；并且，结合标准系列面粉样本的近红外光谱及定量校正模型，可以对面粉中的多种石灰类物质进行同时快速定量测定，所得结果准确可靠。
文档编号G01N21/35GK102213674SQ20111008807
公开日2011年10月12日 申请日期2011年4月8日 优先权日2011年4月8日
发明者潘立刚, 王冬, 王纪华, 赵柳, 韩平, 马智宏 申请人:北京市农林科学院