基于拉曼光谱和svm算法的果汁香精香料的鉴别方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于食品成分鉴别技术领域，特别涉及了基于拉曼光谱和SVM算法的果汁 香精香料的鉴别方法。
【背景技术】
[0002] 香料是指适合人类消费的具有香气和/或香味的物质。相对分子质量一般小于 300,具有相当大的挥发性，一般不直接消费，而是配制成香精用于加香产品后间接消费。按 用途可将香料分为日用和食用两大类。能够用于调配食品用香精的香料称为食品用香料， 包括天然香味物质、天然等同香味物质和人造香味物质三类。
[0003] 在食品中使用食品用香料、香精的目的是使食品产生、改变或提高食品的风味。食 品用香料一般配制成食品用香精后用于食品加香，部分也可直接用于食品加香。食品用香 精、香料在各类食品中按生产需要适量使用，GB-2760中规定巴士杀菌乳、新鲜水果和蔬菜、 原粮、大米、部分婴幼儿配方食品和饮用纯净水等食品没有加香的必要，不得添加食品用香 精香料，法律、法规或国家食品安全标准另有明确规定者除外。该标准中还规定允许使用的 食品用天然香料名单（共400种物质）和允许使用的食品用合成香料名单（共1453种物 质）。
[0004] 在中国，食品香精香料生广中不允许使用GB-2760食品用香料名单之外的食品香 料。食品香料生产商、销售商和使用者都必须严格保证食品香料的质量，使用者必须保证在 允许的使用量范围内使用食品香料。
[0005] 食用香料香精质量控制一直是香料香精生产企业和食品生产企业高度关注的问 题。由于化学指纹图谱具有指纹特征分析、宏观推断分析等特点，故适合于分析复杂化学物 质组成的稳定性，可以成为香料香精质量评价的有效手段。指纹图谱能基本反映香料香精 的全貌，使其质量控制指标由原有的单一成分的测定上升为对整个内在品质的检测，实现 对香精香料内在质量的综合评价和全面控制。
[0006] 香精香料指纹图谱的仪器分析方法主要有气相色谱法、液相色谱法、紫外光谱法、 红外光谱法，各种仪器分析方法的研宄都较为成熟。香精香料指纹图谱一般常用的算法有 改进的Nei系数法、相关系数法、夹角余弦法、距离法，其算法一般都是直接引用中药指纹 图谱的算法，对香精香料指纹图谱算法进行独立研宄、比较性研宄、权重分配研宄及各算法 的适应性研宄较少。目前，香精香料指纹图谱技术基本上还处在研宄阶段，还没有将其直接 应用于果汁生产方面的报道。因此，很有必要在现有技术的基础之上，研宄涉及一种操作便 捷，能准确、快速、全面鉴定果汁用香精香料的新方法。
【发明内容】
[0007] 为了解决上述【背景技术】提出的技术问题，本发明旨在提供基于拉曼光谱和SVM算 法的果汁香精香料的鉴别方法，该方法能够准确、快速、高效地对果汁中的香精香料进行鉴 别。
[0008] 为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：
[0009] 基于拉曼光谱和SVM算法的果汁香精香料的鉴别方法，包括以下步骤：
[0010] (1)对果汁样品进行前处理，依次包括提取、富集和浓缩三个过程；
[0011] (2)采集果汁样品的拉曼光谱谱图数据；
[0012] (3)采用SVM算法分析果汁样品的拉曼光谱谱图数据，得到果汁样品香精香料的 分类结果，具体步骤为：
[0013] (a)对果汁样品的拉曼光谱谱图数据进行平滑和归一化处理；
[0014] (b)采用PCA算法对拉曼光谱谱图数据进行特征降维，将降维后的拉曼光谱谱图 数据投影到低维特征向量张成的空间中，构建训练样本集X::
[0015] X= [X⑴，X(2)，? ? ?，X(k)]GRnxk
[0016] 其中，k为果汁样品的种类，每类果汁样品包括n个训练样本数据，
[0017] x/1表示第i类果汁样品的第j个训练样本数据，j
[0018] (c)选取核函数K，构建k(k-1) /2个SVM分类器，计算每个SVM分类器中特征向量 的核函数K的值，并根据核函数K的值构成的对称矩阵计算协方差矩阵空间；
[0019] (d)对协方差矩阵进行Householder变换，得到对应的超平面矩阵；
[0020] (e)根据协方差矩阵和对应的超平面矩阵，计算每个特征向量的特征系数，并将特 征系数对协方差矩阵进行缩放，对缩放的协方差矩阵求逆后得到模型参数《，b;
[0021] (f)将果汁样品的测试样本数据X代入模型f(x，《) = ?Tx+b中，根据f(x，《) 得到果汁样品香精香料的分类结果。
[0022] 进一步地，步骤（1)中对果汁样品进行前处理的具体过程：取果汁样品加入提取 溶剂，采用液-液萃取法进行萃取，合并萃取液，溶液过〇. 45ym滤膜后，加无水硫酸钠干燥 过夜，浓缩除去提取溶剂后得到处理后的果汁样品。
[0023] 进一步地，上述提取溶剂为下述一种或几种的混合物：甲醇、乙醇、乙酸乙酯、丙 酮、二氯甲烷、正己烷、石油醚和乙醚。
[0024] 进一步地，步骤（C)中的核函数为高斯核函数[ = ,其中，p为高斯核函数 的带宽参数，X1S测试样本点，X2S核函数中心。
[0025] 进一步地，采用D3便携式色散型稳频激光Raman光谱仪采集果汁样品的拉曼光谱 谱图数据。
[0026] 进一步地，设定D3便携式色散型稳频激光Raman光谱仪的参数如下：激光光源为 785nm稳频激光，激光功率为450mW，C⑶温度为制冷-85°C，光谱范围为100~3300011'系 统解析度为2. 5~3.OcnT1，激光线宽为< 0. 15nm，波数矫正为+/-lcnT1，强度校正为YES，讯 号质量为12000:1，重量为11kg，操作温度为(TC~50°C。
[0027] 进一步地，采集果汁样品的拉曼光谱谱图数据在暗室内进行，CCD冷却温度控制 在-75°C~-76°C之间，扫描时间为3s，平均扫描次数为3次。
[0028] 采用上述技术方案带来的有益效果：
[0029]本发明通过采集果汁的拉曼光谱数据进行分析，从而得到果汁香精香料的鉴别结 果，拉曼光谱提供快速、简单、可重复、且更重要的是无损伤的定性定量分析，它无需样品准 备，样品可直接通过光纤探头或者通过玻璃、石英、和光纤测量。拉曼光谱谱峰清晰尖锐，更 适合定量研宄、数据库搜索、以及运用差异分析进行定性研宄。本发明将香精香料指纹图谱 技术直接应用于果汁生产方面，并具有检测速度快、操作简单、可重复性好、灵敏度高等优 点，对果汁生产安全具有较大意义。
【附图说明】
[0030] 图1是本发明的基本流程图。
【具体实施方式】
[0031] 以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
[0032] 本实施例采用3种来自不同品牌的果汁作为测试样品：样品1、样品2、样品3,并 按图1所示流程进行处理。
[0033] 步骤1、对样品1、样品2、样品3分别进行前处理：
[0034] 取果汁样品加入提取溶剂，采用液-液萃取法，合并萃取液，溶液过0. 45ym滤膜 后，加无水硫酸钠干燥过夜，浓缩除去提取溶剂后得到供试品；
[0035] 上述提取溶剂为下述一种或几种的混合物：甲醇、乙醇、乙酸乙酯