羊肉嫩度傅里叶变换近红外光谱偏最小二乘法定量分析研究

以从内蒙、宁夏、甘肃、新疆4个肉羊产区筛选的有代表性的98份羊肉样品为试材,应用傅里叶变换近红外光谱技术探讨了羊肉嫩度无损检测的方法。以模型决定系数(r2)、校正标准差(RMSECV)和预测标准差(RMSEP)为模型精度评价指标,采用偏最小二乘法(PLS)对近红外光谱信息与样品的质构仪剪切力值进行了拟合,确定了最佳的光谱预处理方法、主成分数和波段范围。结果表明:所选98个羊肉样品的剪切力值分布范围为1.673～6.631 kg,其中75%以上的样品剪切力值在2～5 kg,基本覆盖了我国现有的肉羊嫩度值分布;在11 995～5 446 cm-1和4 601～4 246 cm-1的波段范围内,最佳主成分数为10,光谱经矢量归一法处理后,建立的羊肉嫩度模型精度最高,r2达到86.2%,RMSECV为0.445;用此模型对预测集29个样品进行预测,预测值与实测值的相关系数r达到0.87,预测平均偏差为0.385,RMSEP为0.524。     

基于高光谱成像技术的猪肉嫩度检测研究

提出了基于高光谱成像技术的猪肉嫩度检测方法。利用高光谱成像系统获取78个猪肉样本在400～1100nm范围的高光谱图像数据;通过主成分分析高光谱数据进行降维,从中优选出3幅特征图像,并从每幅特征图像中分别提取对比度、相关性、角二阶矩和一致性等4个基于灰度共生矩阵的纹理特征变量,这样每个样本共有12个特征变量,再通过主成分分析提取6个主成分变量,并参照剪切力方法测得的样本嫩度等级结果,利用神经网络方法构建猪肉嫩度等级判别模型。模型对校正集样本的回判率为96.15%,预测集样本的判别率为80.77%。研究表明高光谱图像技术可以用于猪肉嫩度等级水平的检测。     

基于稳态空间分辨光谱技术的猪肉嫩度测量方法研究

猪肉嫩度是肉的主要感官和食用品质之一,常规嫩度测试方法费时繁琐,难以达到大批量快速无损检测。基于组织光学原理和稳态空间分辨光谱技术,首先采用多通道可见近红外光谱仪检测猪背最长肌样品,获得样品的约化散射系数;之后每个样品一分为二,其中一块鲜肉用C-LM4型嫩度仪测试,另一块按常规测试方法测试。研究结果表明700 nm波长点处样品约化散射系数与鲜肉剪切力值线性回归R2=0.834 9,鲜肉剪切力值与按常规测试方法剪切力值线性回归R2=0.771 6。因此,可以用鲜肉约化散射系数来得到猪肉嫩度,获得和常规嫩度测试方法同等效果;采用基于组织光学的稳态空间分辨光谱技术直接预测猪肉嫩度,可以实现快速无损检测的目的。     

高光谱技术结合特征波长筛选的牛肉品种多波段识别

利用可见/近红外(400～1 000 nm)及近红外(900～1 700 nm)高光谱成像技术结合特征波长筛选方法对安格斯牛、力木赞牛、西门塔尔牛3个品种的牛肉进行鉴别研究,且测定肉样的色泽、嫩度、pH值以及水分、脂肪、蛋白质含量。根据不同波段光谱的特点,分别对原始光谱进行预处理,并利用SPA、IRF和IRF-SPA方法筛选特征波长,建立基于全波段及特征波长下的PLS-DA牛肉品种鉴别模型。结果显示:400～1 000 nm波段采用SNV-IRF-SPA-PLS-DA方法建立的模型最优,校正集与预测集准确率分别为98.56%和97.12%,900～1 700 nm波段采用SG-SPA-PLS-DA方法建立的模型准确率为94.09%和96.04%,说明不同波段高光谱对牛肉品种识别均有较好的效果;400～1 000 nm波段的识别准确率优于900～1 700 nm,说明3种牛肉在色泽纹理上的差异比成分含量显著。研究表明,利用高光谱成像技术结合特征波长筛选方法能够获得较好的牛肉品种鉴别效果。     

近红外光谱法定性定量检测蜂蜜中掺入甜菜糖浆的可行性研究

为进一步检验近红外光谱技术(NIRS)快速检测蜂蜜掺假的能力,利用近红外光谱结合化学计量学方法对蜂蜜中掺入甜菜糖浆进行了定性和定量检测.偏最小二乘-判别分析法(PLS-DA)对真假蜂蜜预测集的判别总正确率为90.2％;不同判别方法对掺假量等级预测集的判别总正确率都低于33.3％; PLS回归只对同一蜂蜜样本掺假的定量分析结果满意:预测集真实值与预测值的相关系数(r)为0.982 9,预测均方差(RMSEP)为1.394 2,而对不同植物来源和同一植物来源的不同样本的掺假量的定量分析结果不满意.研究表明,蜂蜜中掺入甜菜糖浆后,NIRS可实现真假蜂蜜的快速鉴别,而不能实现掺假量等级的鉴别及掺假量的定量分析.     

基于高光谱散射特征的牛肉品质参数的预测研究

研究利用光谱散射特性预测牛肉的pH值、嫩度和颜色。使用高光谱成像系统,获取400～1 100nm波长范围内新鲜牛肉表面的高光谱散射图像,预测牛肉的品质参数。提取高光谱图像在400～1 100 nm波长范围内的散射特征,利用洛伦兹分布函数,拟合各个波长处的散射曲线,获取不同波长散射曲线的洛伦兹函数参数。使用逐步回归方法,选择优化波长及其相应的拟合参数,建立多元线性回归模型预测牛肉的品质参数,使用全交叉验证方法评价模型性能。对嫩度的预测相关系数达到0.86,预测标准差为11.7 N,分级准确率达到91%;pH值的预测相关系数为0.86,预测标准差为0.07;对颜色参数L*,a*,b*的预测相关系数分别达到0.92,0.90和0.88,预测标准差分别为0.90,1.34和0.41。研究结果表明,利用光谱散射特征可以较好的预测牛肉的品质参数。     

近红外光谱结合ELM快速检测固态发酵过程参数pH值

pH值是固态发酵过程关键参数之一,为此提出基于近红外光谱技术的秸秆蛋白饲料固态发酵过程参数pH值检测方法。利用近红外光谱系统获取140个固态发酵过程产物样本在10 000～4 000cm-1范围内的近红外光谱数据,通过酸度计测得近红外光谱预测模型的参考测量值;运用ELM算法建立pH值的预测模型,在模型建立过程中由交互验证法确定最佳主成分因子数和ELM网络隐含层节点数。试验结果显示:最佳ELM网络模型的拓扑结构为10-40-1,模型预测集相关系数(Rp)和预测均方根误差(RMSEP)分别为0.961 8和0.104 4。研究结果可为固态发酵过程参数的在线检测提供技术基础。     

应用近红外光谱技术快速检测果醋糖度

为了对果醋糖度值进行快速准确检测,应用近红外光谱技术并结合最小二乘支持向量机分析方法建立了果醋糖度检测模型.应用近红外透射光谱获取五种类型共计300份果醋样本的光谱透射曲线,利用主成分分析方法对原始光谱数据进行降维处理,根据主成分的累计贡献率选取6个主成分.选取的主成分即作为光谱优化特征子集以替代原来复杂的光谱数据.随后将300份果醋样本数据随机分为定标集和预测集,利用最小二乘支持向量机在225个定标集样本数据基础上建立起果醋糖度预测模型,应用此模型对75个预测集样本进行糖度预测.根据预测均方根误差(RMSEP)和预测结果的相关系数(r)对预测模型进行评价,利用此模型得到的样本糖度预测值r=0.993 9,RMSEP=0.363,均达到了较好的预测效果.     

近红外光谱分析测定鱼丸中的水分和淀粉含量

用近红外光谱技术分析了草鱼鱼丸中水分和淀粉的含量,并建立了数学模型.以定标集和验证集的相关系数(rc,rv)及预测标准误差(SEC,SEP)作为模型优劣的判定依据.结果表明,采用偏最小二乘法(PLS)建立的数学模型效果最佳,具有较高的相关系数和较低的预测标准误差.水分和淀粉模型中,定标集样本的相关系数rc分别为0.9834,0.9634;预测标准误差分别为0.6293,0.8875;验证集样本的相关系数rv为0.9841,0.9699;预测标准误差分别为0.6358,0.8850.该研究说明利用近红外光谱分析技术测定鱼丸中水分和淀粉的含量是可行的.     

水果坚实度的近红外光谱检测分析试验研究

应用傅里叶漫反射近红外光谱技术探讨了水果坚实度无损检测的方法.利用偏最小二乘法建立了坚实度与漫反射光谱的无损检测数学模型,同时对不同光谱预处理方法和不同建模波段范围对模型的预测性能进行了对比分析.结果表明:利用傅里叶变换光谱仪采集的原始光谱的平滑预处理对结果并没有太大影响;原始光谱在800～2 500 nm范围的模型得到了最好的预测结果:校正集样本的相关系数r为0.869,校正均方根误差RMSEC为3.88 N;预测集样本的相关系数r为0.840,预测均方根误差RMSEP为4.26 N.通过本研究得出:应用近红外漫反射光谱检测水果坚实度是可行的,为今后快速无损评价水果成熟度提供了理论依据.     

基于可见光和近红外光谱鲜猪肉蒸煮损失和嫩度检测的研究

蒸煮损失和嫩度是决定猪肉的食用品质的重要指标,文章提出了可见光/近红外漫反射光谱检测真空包装猪肉的蒸煮损失和嫩度的新方法,从而实现对其快速、无损、无污染测定。利用光谱专用分析软件Unscrambler9.6对采集的近红外漫反射光谱分别进行卷积平滑、二阶微分法和多元散射校正预处理,用偏最小二乘法(PLS)建立其定量校正模型。结果表明近红外光谱漫反射法的预测值与常规方法测定值的相关系数分别为0.81和0.78。该研究结果说明基于可见光/近红外光谱漫反射光谱的检测方法简便易行,是无损检测猪肉的蒸煮损失和嫩度的较好方法。     

Using near-infrared reflectance spectroscopy to predict physical parameters of beef

The objective of this study was to develop near-infrared reflectance spectroscopy models for predicting the physical parameters of beef from commercial cuts. Four hundred and forty-two minced beef samples from various commercial cuts of two cattle breeds were used for the modeling process and randomly divided into two subsets: a calibration set and an independent prediction set (75 vs. 25%). Reflectance spectra (1000–1800?nm) were collected from both subsets of samples, and calibration models were built using partial least square regression on the calibration set of samples. Different mathematical pretreatments were tested and mean centering or multiplicative scatter correction combined with first-derivative preprocessing gave the best calibration models on all the beef physical traits. Based on the selected calibration equations, the coefficients of determination in calibration and prediction for Warner-Bratzler shear force, pH, color L*, and a* were higher than 0.60, which means models in the calibration were acceptable. However, the ratio performance deviation for all parameters was less than 2.0, indicating that the prediction abilities on independent validation set were not adequate for routine analysis. Further studies are required to establish more robust models for practical application of using near-infrared reflectance spectroscopy to predict physical traits of beef.     

Effects of ultrasound on the beef structure and water distribution during curing through protein degradation and modification

The objective of this study was to explore the mechanisms of power ultrasound (PUS, 150 and 300 W) and treatment time (30 and 120 min) on the water-holding capacity (WHC) and tenderness of beef during curing. Beef muscle at 48 h post mortem was subjected to PUS treatment at a frequency of 20 kHz. Analysis of compression loss and shear force showed that PUS-assisted curing significantly increased the WHC and the tenderness of beef compared to static brining (p < 0.05). According to the analysis of LF-NMR, PUS treatment could increase the P₂₁ values which indicated an improvement in water-binding ability of beef muscle. SDS-PAGE and LC-ESI-MS/MS analysis suggested that PUS induced moderate oxidation of myosin causing polymerization, which may contribute to increased water retention. On the other hand, an increased tenderness of beef is suggested by the increased MFI values and proteolysis of desmin and troponin-T. Transmission electron microscopy (TEM) further supported the effects of PUS on WHC and tenderness changes due to the swelling and disruption of myofibrils. Thus, these results provide knowledge about the mechanism for improving WHC and tenderness of beef by PUS curing, which could be employed as an emerging technology for various meat curing processes.     

空间分辨散射光谱多参数信息融合方法的生鲜肉嫩度无损检测

嫩度是猪肉食用品质最重要的指标之一。猪肉嫩度取决于猪肉组织复杂的物理、化学特性，目前难以实现快速无损伤检测。探索空间分辨光谱技术用于生鲜肉嫩度无损检测的可行性。首先利用点光源高光谱扫描系统采集54块猪肉背最长肌的空间可分辨散射光谱，经过感兴趣区域选择，提取出猪肉样本表面光斑的空间扩散轮廓，结合4-参数洛伦兹分布函数对扩散轮廓进行非线性拟合，拟合优度R2>0.992，并通过残差分析，表明4-参数洛伦兹分布函数符合肉样表面光强的空间散射规律，进而提取出480～950 nm波长下空间分辨光谱的四个形态学参数：渐进值a、峰值b、半带宽c以及半带宽处的斜率d。然后将单参数谱分别与猪肉样本Warner-Bratzler剪切力（WBSF）测量值进行偏最小二乘回归（PLSR）分析。结果表明不同参数谱都含有猪肉嫩度信息，其中峰值参数谱b建模效果最佳，其回归模型的校正集决定系数R2_c为0.674，均方根误差SEC为8.396N，预测集决定系数R2_p为0.610，均方根误差SEP为8.643N。为提高模型的预测精度和稳定性，实现多参数谱信息的融合，先通过PLSR分析，分别提取出每个参数谱中对猪肉嫩度方差贡献大的公共因子，然后将其因子得分组合在一起作为参数谱的特征变量，与猪肉样本WBSF测量值作多元统计回归分析。为避免数据冗余，对不同参数谱特征变量进行多重共线性判别，进一步采用PLSR算法对参数谱特征变量进行降维和变换，采用交叉验证方法，选择前两维因子得分进行校正模型的建立。其中所提取第一维公共因子对猪肉WBSF值方差解释率达92.28%。与单参数谱所建PLSR模型相比，多参数谱信息融合模型预测效果有了较大提高，其R2_c和R2_p分别为0.923和0.800，SEC和SEP分别为4.083N和5.655N。通过对回归系数进行统计量t检验，结果表明所有回归系数极显著（p<0.01）。本研究通过采取多参数信息融合方法为空间分辨光谱在生鲜肉嫩度无损检测应用提供一种思路，该方法有效将空间分辨光谱解析为4个形态学参数，并实现不同参数谱信息的提取和融合，为开发基于空间分辨光谱的生鲜肉嫩度无损快速检测装备提供技术支撑。     

Quality properties of pre- and post-rigor beef muscle after interventions with high frequency ultrasound

The delivery of a consistent quality product to the consumer is vitally important for the food industry. The aim of this study was to investigate the potential for using high frequency ultrasound applied to pre- and post-rigor beef muscle on the metabolism and subsequent quality. High frequency ultrasound (600 kHz at 48 kPa and 65 kPa acoustic pressure) applied to post-rigor beef striploin steaks resulted in no significant effect on the texture (peak force value) of cooked steaks as measured by a Tenderometer. There was no added benefit of ultrasound treatment above that of the normal ageing process after ageing of the steaks for 7 days at 4 °C. Ultrasound treatment of post-rigor beef steaks resulted in a darkening of fresh steaks but after ageing for 7 days at 4 °C, the ultrasound-treated steaks were similar in colour to that of the aged, untreated steaks. High frequency ultrasound (2 MHz at 48 kPa acoustic pressure) applied to pre-rigor beef neck muscle had no effect on the pH, but the calculated exhaustion factor suggested that there was some effect on metabolism and actin-myosin interaction. However, the resultant texture of cooked, ultrasound-treated muscle was lower in tenderness compared to the control sample. After ageing for 3 weeks at 0 °C, the ultrasound-treated samples had the same peak force value as the control. High frequency ultrasound had no significant effect on the colour parameters of pre-rigor beef neck muscle. This proof-of-concept study showed no effect of ultrasound on quality but did indicate that the application of high frequency ultrasound to pre-rigor beef muscle shows potential for modifying ATP turnover and further investigation is warranted.     

一种基于近红外光谱的天然产物抗氧化活性预测评价方法

提出了一种基于近红外(NIR)光谱的黄酮类提取物抗氧化活性计算预测新方法.采用1,1-二苯一2-苦肼基(DPPH)法测定28种黄酮类中药材提取物的抗氧化活性,并在4 000～10 000 cm-1范围扫描样品的红外光谱,采用偏最小二乘(PLS)算法建立了黄酮类组分近红外光谱与抗氧化活性之间的校正模型.建模过程中,以交叉验证相关系数(R2),交叉验证误差均方根(RMSECV)为指标,确定了用于建模的最优近红外波段和光谱预处理方法.校正模型的RSECV为9.50%,R2为0.901 7,预测误差均方根(RMSEP)为14.8%.该方法快速无损、操作简便,可用于中药及天然产物提取物抗氧化活性的快速评价.     

异丙醇对油溶性CdSe团簇量子点荧光的影响

为了探究异丙醇对胶体CdSe团簇量子点荧光光谱的影响,使用胶体化学法在油酸-石蜡体系下合成CdSe团簇量子点,对团簇量子点和异丙醇采用不同的混合比例,得到了其修饰之后的荧光发光谱(PL)和紫外吸收(UV)光谱,并采用曲线拟合的方法对团簇量子点的光学性能进行了研究。通过对AFM和傅里叶红外光谱的分析,探讨了CdSe团簇量子点光学性能改变的内在联系。结果表明:随着异丙醇浓度的增加,量子点的荧光峰出现11 nm的蓝移,且蓝移曲线呈阶梯状变化;相对荧光强度也呈现出先上升再下降的波动性变化,且波动幅度最大能达到1 000 a.u.;量子点的第一吸收峰和第二吸收峰都会发生不同程度的红移,且最大红移达到12 nm。     

高钢级管线钢中锰分析方法研究

高钢级管线钢可以有效提高管道长距离运输天然气的安全性并能减少成本,将成为未来输气管道工程的主要用钢.本文基于过硫酸铵对锰(Ⅱ)的氧化作用,建立了过硫酸铵直接氧化分光光度法测定高钢级管线钢中锰的方法.采用硫酸-磷酸混合酸溶解试样,于加热下用过硫酸铵作为氧化剂,以硝酸银为催化剂,将锰(Ⅱ)氧化成锰(Ⅵ)进行吸光度测定,本法采用不同锰含量的标钢溶液绘制工作曲线,这样更接近于真实样品,实验表明,该方法准确、简便、成本低,具有实用和推广价值,并以此方法成功测定了高钢级管线钢样品中的锰.