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高光谱相机在牛奶尿素鉴别的应用研究

来源:赛斯拜克 发表时间:2023-07-14 浏览量:545 作者:awei

高光谱相机在牛奶尿素鉴别方面的应用研究已经得到广泛关注。牛奶中尿素的含量是评价牛奶质量的一个重要指标,而高光谱相机可以有效地检测牛奶中的尿素含量。

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高光谱相机应用于牛奶尿素鉴别的研究中。以下是可能的应用情况:


1. 牛奶质量检测:尿素是非法添加物,通常用于增加牛奶的氮含量,从而欺骗乳制品质量检测。高光谱相机能够捕捉大量波长范围内的光谱信息,通过对牛奶样本进行光谱分析,可以检测出其中的尿素含量。这有助于快速、准确地鉴别牛奶样本是否被添加了尿素。

2. 牛奶成分分析:高光谱成像可以提供牛奶样本各个波段的光谱特征,这使得分析牛奶成分变得更加准确和详尽。通过对牛奶样本进行高光谱分析,可以确定其中脂肪、蛋白质、乳糖等成分的含量和比例。这有助于评估牛奶的纯度和质量。

3. 异常检测:高光谱相机可以检测牛奶样本中的异常特征。因为尿素的存在会导致牛奶样本的光谱特征发生变化,通过比较正常牛奶样本和添加尿素的牛奶样本的光谱特征,可以快速识别出是否存在添加尿素的情况。

4. 数据分析与模型建立:在牛奶尿素鉴别的应用研究中,高光谱图像可以提供丰富的数据。可以通过对高光谱数据进行统计分析和机器学习方法的应用,建立牛奶尿素鉴别的模型。这一模型可以用于快速、准确地判断未知样本中是否含有尿素。


高光谱相机在牛奶尿素鉴别的应用研究实例

本研究应用了400-1000nm的高光谱相机,可采用SINESPEC赛斯拜克有限公司产品SP130M进行相关研究。光谱范围在400-1000nm,波长分辨率优于2.5nm,可达1200个光谱通道。采集速度全谱段可达128FPS,波段选择后最高3300Hz(支持多区域波段选择)。

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众所周知,牛奶富含多种必需营养成分,如蛋白质、脂肪、乳糖和其他固体物,可促进人体生长发育和维持健康水平。随着人们生活水平的提高,奶制品在国内的消费量不断增加。然而,由于巨大经济利益的驱使,乳品掺假现象越来越严重。曾经出现在市场上的“阜阳奶粉事件”、“还原奶事件”、“光明牛奶回奶事件”、“雀巢奶粉事件”,以及目前更加严重的“三聚氰胺事件”,都凸显了牛奶质量控制的重要性和紧迫性。值得一提的是,由于尿素是蛋白质代谢产物,因此在哺乳动物的乳汁中存在少量尿素属于正常情况,一般认为尿素含量在20-30g/L是正常范围。


目前一些违法商贩为了实现以次充好、赚取非法利润的目标,在牛奶中加入尿素以提高蛋白质含量,直接对人体健康造成威胁,可能导致潜在危险或中毒,同时给乳制品加工企业带来巨大的经济损失。目前牛奶中尿素的快速检测方法包括比色测定法、PH值差异测定法、酶与选择性电极联用等分析方法。尽管上述方法适用于常规检测,但是操作复杂、耗时较长,不适合原料奶的及时质量控制。

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近红外光谱分析技术有许多优势,例如无需对样品进行处理、成本低、对样品无损检测等等,非常适合用来检测乳制品中是否掺杂了其他物质。本文在研究了尿素掺杂的牛奶的二维红外相关谱特性的基础上,选择了最适合建模的波数区间,建立了定性和定量分析的尿素掺杂牛奶鉴别模型。这对于维护乳制品市场的稳定,保护消费者的利益具有重要的意义。

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基于尿素掺杂牛奶的近红外光谱信息,我们选择了对掺杂物浓度变化敏感的特定光谱区间,并应用了PLS-DA建立了掺杂尿素牛奶的鉴别模型。该模型可以准确识别纯牛奶和掺杂牛奶,识别率达到了100%。同时,我们还使用PLS建立了牛奶中尿素掺杂的数学模型,其交叉验证均方差为0.242g/L。对于未知样品集的预测,相关系数R达到了0.999,预测标准偏差为0.57g/L。这种方法简单快速,为快速检测牛奶中的掺杂物奠定了实验基础。


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