一种复原椰汁的三维同步荧光光谱检测方法与流程

本发明涉及的是一种复原椰汁的的三维同步荧光光谱检测方法，具体是采用分子荧光分光光度计采集三维复原和非复原椰汁三维荧光光谱数据，并通过支持向量机建模和预测未知椰汁的方法。

背景技术：

椰汁是一种椰肉榨汁而成的天然饮品，富含17种人体必需氨基酸的植物蛋白，维生素c、维生素e等抗氧化物质及锌、钙、铁、镁、钾等人体所必需的微量元素。大量饮用椰汁能够降低体内血脂含量，保护心血管的功能；抗氧化成分能有效增强人体免疫力和抵抗力，具有一定的预防癌症的功效；富含大量的氨基酸和微量元素具有天然的抗衰老和养容美颜功效。

目前，市场上销售的椰汁主要有鲜榨和复原椰汁两种。鲜榨椰汁直接采用压榨生产工艺浓缩获得椰汁，可以最大限度的保存其营养成分，此加工方法存在生产成本较高、保存周期较短等缺点。复原椰汁则是将鲜椰汁加工成椰汁粉，根据需要再配制成不同浓度的椰汁。此加工方法可以大大减少运输成本、延长保质期、降低生产成本，因此许多厂商存在着将复原椰汁冒充非复原（鲜榨）椰汁销售的可能。

复原椰汁和非复原椰汁检测方法主要基于其抗氧化物质和美拉德反应产物变化进行检测。常规可行性检测方法有高效液相色谱法、高效液相色谱-质谱联用法、感官评价法、化学分析法和电子舌检测法等方法。这些方法存在检测周期长、成本高和操作难度大等缺点，难以对市场上的复原椰汁和非复原椰汁进行快速、简便检测和识别。

近些年出现了一种三维同步荧光光谱检测技术，能针对复原椰汁加工过程中的维生素e和维生素c等抗氧化物质，蛋白质和小分子物质进行的美拉德反应产物进行有效检测。因此，本专利拟采用三维同步荧光光谱法结合平行因子和支持向量机等方法对复原椰汁和非复原椰汁进行辨别。

技术实现要素：

本发明针对复原椰汁现有检测技术存在的不足，针对复原椰汁粉生产过程中的抗氧化物质降低和美拉德产物的生成，提供一种基于三维同步荧光光谱的复原椰汁快速辨别方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种三维同步荧光光谱法数据采集和分析方法，采集复原椰汁三维同步荧光光谱谱图作为训练集，提取荧光光谱图中的激发波长和发射波长所对应的荧光强度值；通过平行因子法对椰汁三维同步荧光光谱谱图进行光谱矫正，去除荧光数据中的瑞利散射、反射和杂峰等数据。分析荧光光谱loading得分图，筛选特征性δλ值，将三维荧光光谱降维成二维荧光谱图。建立基于支持向量机的复原椰汁和非复原椰汁训练集模型。通过预测集中的样品数据对数学模型进行分析，评估模型辨别复原椰汁和非复原椰汁能力。

所述的三维荧光光谱训练集是指在建立数学模型时，随机或定向提取采集的三维荧光光谱进行化学计量学分析。

所述的测试集是指针对训练集建立好的数学模型，需要一个合理的评估方法对其建模结果进行评估。主要依赖于非训练集中的测试集数据在模型中的结果进行判别。

所述的特征性δλ值是指，在三维荧光光谱采集过程中，激发波长和发射波长之间保持一个固定的差值，δλ=发射波长-激发波长。

所述的loading得分图是平行因子法对所有的三维荧光光谱采集数据进行一个分析，并依据loading图筛选恰当的特征性δλ值，对三维荧光光谱进行降维处理。

本发明的有益效果在于：

针对复原椰汁成本较低，部分厂家为降低成本有采用复原椰汁替代非复原椰汁的倾向，然而复原椰汁氧化程度较高、营养价值较低难以达到非复原椰汁的营养价值。相比传统检测方法中的检测周期长、成本高和操作要求高等特点，本专利采用三维同步荧光光谱对复原和非复原椰汁进行快速、无损辨别。

附图说明

图1为典型复原椰汁三维荧光光谱图；

图2为典型非复原椰汁三维荧光光谱图；

图3为平行因子法得到的loading图；

图4为降维后得到的特征性二维光谱图；

图5为测试复原椰汁和非复原椰汁的分类图。

具体实施方式

为更好理解本发明，下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述，以下实施例仅是对本发明进行说明而非对其加以限定。

步骤一，待测样品前处理：选用至少30个还原型椰汁粉和30个鲜榨或品牌厂商椰汁作为被测样品，其中还原型和非还原性椰汁各20个作为训练样品集，10个作为测试样品集。

步骤二，采集三维荧光光谱图：将被测的椰汁样品置入液体测试附件，通过具有三维同步荧光光谱数据采集功能的荧光光谱仪，设定检测条件并依次采集复原和非复原椰汁样品的ex×em×m形式的三维荧光数据（eem），其中m代表被测样品数量，ex代表激发波长，em代表发射波长。如图1和2所示，分别为典型复原椰汁和非复原椰汁的三维荧光光谱图，图中显示δλ=10nm和δλ=20nm处有三个特征性荧光光谱峰，通过这三个特征峰可以判别饮料为椰汁饮料或其他饮料。复原椰汁和非复原椰汁主要区别在激发波长为300nm处有一个特征性荧光谱带。该谱带荧光强度较弱者为复原椰汁，荧光强度强者为非复原椰汁。

步骤三，三维同步荧光光谱数据矫正处理：使用科学数据处理软件matlab中的平行因子算法对eem数据进行数据校准，消除杂峰、瑞利散射等影响因素。

步骤四，三维同步荧光光谱降维处理：对所采集的三维荧光光谱图谱进行分析，利用平行因子数据处理方法将eem三维荧光矩阵转化为loading得分值，依据loading得分值大小将eem矩阵分解为特征性和非特征性二维荧光数据，筛选特征性强、具有代表性的二维数据替代原有的三维荧光光谱进行数学建模。图3为采用平行因子法对三维荧光光谱数据进行特征性分析，δλ载荷值越高，相对应该δλ下的激发光谱特征性更强，更加具有代表性，采用该δλ下的二维荧光激发数据能有效代表原三维荧光光谱数据。图4为降维后的复原椰汁和非复原椰汁的特征性二维光谱图，这两种椰汁在300nm和395nm有两处特征性荧光光谱，其中非复原椰汁荧光光谱强度明显高于复原椰汁。（注：主要是复原椰汁加工过程中抗氧化物质降低引起的）。

步骤五，建立基于支持向量机的复原椰汁快速辨别方法：筛选特征δλ下的二维荧光光谱数据作为输入值，将复原椰汁荧光数据标签为1，非复原椰汁荧光数据标签为2，建立支持向量机数学模型。图5为采用测试集中的数据对建立的模型进行检测。其中复原椰汁标签为1，非复原椰汁标签为2。对于未知来源的椰汁将其荧光光谱数据代入模型中，得到其输出值。输出值为1时则为复原椰汁，标签为2时则为非复原椰汁。

步骤六，测定待测样品：重复步骤一到步骤四，得到待测样品的二维荧光数据作为训练好的支持向量机的输入值进行预测，输出结果则为还原性和非还原性椰汁的判定结果。

以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种复原椰汁的三维同步荧光光谱检测方法，包括以下步骤：三维同步荧光光谱数据采集，三维同步荧光光谱数据矫正处理，三维同步荧光光谱降维处理，建立训练集模型，分析和检测。针对复原椰汁成本较低，部分厂家为降低成本有采用复原椰汁替代非复原椰汁的倾向，然而复原椰汁氧化程度较高、营养价值较低难以达到非复原椰汁的营养价值。相比传统检测方法中的检测周期长、成本高和操作要求高等特点，本发明采用三维同步荧光光谱对复原和非复原椰汁进行快速、无损辨别。

技术研发人员：顾海洋;丁小丹;孙艳辉;蔡华珍;刘淑兰;苗文娟;李双芳
受保护的技术使用者：滁州学院
技术研发日：2017.06.20
技术公布日：2017.10.24