專利名稱：果汁中苯甲酸鈉的近紅外光譜快速無損檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用近紅外光譜分析與化學(xué)計(jì)量學(xué)多元校正方法對(duì)市場上常見的果汁產(chǎn)品中的防腐劑(苯甲酸鈉)含量進(jìn)行快速無損檢測的方法。
背景技術(shù)：
果汁中的有機(jī)防腐劑對(duì)人體的健康有不良影響，苯甲酸鈉是果汁中常用的防腐劑(抗菌譜細(xì)菌)。因此，我國的有關(guān)法規(guī)明確規(guī)定的了苯甲酸鈉在果汁食品中的使用限量(國標(biāo)＜0.1％，W/V)。建立對(duì)果汁產(chǎn)品中苯甲酸鈉含量的快速、無損的檢測方法(測量范圍0-0.5％，W/V)，可以現(xiàn)場檢測對(duì)監(jiān)督果汁產(chǎn)品的安全性、保障消費(fèi)者的權(quán)益有直接的現(xiàn)實(shí)意義。
由于果汁中的成分及背景復(fù)雜，因此不經(jīng)過分離難以用常規(guī)的分析方法進(jìn)行測定，已有的檢測苯甲酸鈉的方法是采用液相色譜的方法，該方法費(fèi)時(shí)，且容易帶入雜質(zhì)等，不能適應(yīng)快速無損測定的要求，因此如何快速無損測定果汁中苯甲酸鈉含量是大家共同關(guān)心的課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種果汁中苯甲酸鈉的近紅外光譜快速無損檢測方法，該方法樣品前處理簡單，結(jié)果可靠，誤差小于10％。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述步驟本發(fā)明提出了利用果汁的近紅外光譜中包含樣品的主要成分及待測量的信息，因此用果汁的近紅外光譜就可以取得其中苯甲酸鈉以及它們背景的信息；本發(fā)明還利用化學(xué)計(jì)量學(xué)中多元校正的方法實(shí)現(xiàn)了從果汁的近紅外光譜復(fù)雜背景中無損測定苯甲酸鈉的含量。這種方法需要選擇好合適的譜區(qū)(對(duì)于連續(xù)波長的多元校正方法)或合適的波長(對(duì)于離散波長的多元校正方法)，通過化學(xué)計(jì)量學(xué)多元校正的方法建立樣品的近紅外光譜特征和待測量(苯甲酸鈉)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，即數(shù)學(xué)模型，利用該數(shù)學(xué)模型只要無損測定果汁的近紅外光譜即可以確定果汁中苯甲酸鈉的含量。
本發(fā)明中采用的化學(xué)計(jì)量學(xué)多元校正包括對(duì)連續(xù)波長近紅外光譜的算法和離散波長近紅外光譜的算法，對(duì)連續(xù)波長近紅外光譜的算法為偏最小二乘法(PLS)或主成分回歸(PCR)或人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法(ANN)等。離散波長近紅外光譜的算法為逐步回歸或多元線性回歸(MLR)等。標(biāo)準(zhǔn)樣品的苯甲酸鈉的濃度在0.0025～0.5％之間，如0.01％、0.025％等。
本發(fā)明收集了一批有代表性的果汁樣品例如桃汁、蘋果汁、杏汁、橙汁、彌猴桃汁、山楂汁等，測定樣品中的苯甲酸鈉的含量(或定量加入苯甲酸鈉)，以這批樣品作為建立數(shù)學(xué)模型的校正集，來建立數(shù)學(xué)模型1.取樣收集果汁中的代表性樣品，取未添加苯甲酸鈉的食用果汁或已知苯甲酸鈉的食用果汁，混勻。
2.建模樣品集的準(zhǔn)備用分析純的苯甲酸鈉樣品配制一批不同濃度的果汁溶液(濃度范圍0～0.5％W/W)，作為建立數(shù)學(xué)模型的樣品集。
3.建模樣品近紅外光譜的測定將不同苯甲酸鈉含量的樣品由低濃度到高濃度依次導(dǎo)入近紅外光譜檢測儀的檢測池，波長范圍選擇800～2500nm，樣品池光程為0.2～60mm。記錄各樣品在近紅外光譜區(qū)的吸收光譜。
4.數(shù)學(xué)模型的建立使用多元校正方法，建立被測樣品中苯甲酸鈉等有機(jī)防腐劑的含量與吸收光譜之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。
5.模型的驗(yàn)證取已知的不同苯甲酸鈉含量的果汁，在相同條件下測定其近紅外區(qū)的吸收光譜，根據(jù)已建立的多元校正數(shù)學(xué)模型計(jì)算樣品中的苯甲酸鈉含量，要求誤差小于10％。
6.待測樣品的分析待測樣品掃描近紅外光譜后，用相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型由其光譜計(jì)算出苯甲酸鈉的含量。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)1.樣品前處理簡單，唯一的內(nèi)容是混勻。
2.檢測快速無損，在檢測池為流動(dòng)池的設(shè)備上，每個(gè)樣品的檢測時(shí)間不足1分鐘。
3.結(jié)果可靠，誤差小于10％。
該方法為發(fā)明軟飲料中苯甲酸鈉的含量的專用現(xiàn)場檢測設(shè)備提供了技術(shù)基礎(chǔ)。


圖1果汁樣品的近紅外光譜2桃汁的近紅外光譜3桃汁數(shù)學(xué)模型的散點(diǎn)圖(圖中橫、縱坐標(biāo)均為0～1‰)圖4蘋果汁的近紅外光譜5蘋果汁數(shù)學(xué)模型的散點(diǎn)圖(圖中橫、縱坐標(biāo)均為0～1‰)圖3中，a為0.000，b為1.000，R(相關(guān)系數(shù))為0.961，標(biāo)準(zhǔn)差0.021，校對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差4.046％，決定系數(shù)99.45％。
圖5中，a為0.000，b為1.000，R(相關(guān)系數(shù))為0.974，標(biāo)準(zhǔn)差0.044，校對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差0.562％，決定系數(shù)99.733％。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例一測定食用鮮桃汁中苯甲酸鈉的含量1.取樣取未添加苯甲酸鈉的食用鮮桃汁40份，混勻。
2.建模樣品集的準(zhǔn)備用分析純的苯甲酸鈉樣品配制不同濃度的果汁溶液(濃度范圍0～0.1％W/W)，作為建立數(shù)學(xué)模型的樣品集。
3.建模樣品近紅外光譜的測定將不同苯甲酸鈉含量的樣品由低濃度到高濃度依次導(dǎo)入近紅外光譜檢測儀的檢測池，采用波長為800～1100nm，樣品池光程為50mm，記錄各樣品在近紅外光譜區(qū)的吸收光譜。(見圖2)4.數(shù)學(xué)模型的建立使用多元校正方法，建立被測樣品中苯甲酸鈉的含量與吸收光譜之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。
5.模型的驗(yàn)證取已知的不同苯甲酸鈉含量的果汁，在相同條件下測定其近紅外區(qū)的吸收光譜，根據(jù)已建立的多元校正數(shù)學(xué)模型計(jì)算樣品中的苯甲酸鈉含量，要求誤差小于10％。與標(biāo)準(zhǔn)方法測定結(jié)果相比，擬合相關(guān)系數(shù)為0.97～0.99。
6.待測樣品的分析待測樣品掃描近紅外光譜后，用相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型由光譜計(jì)算出苯甲酸鈉的含量。
實(shí)施例二測定食用鮮蘋果汁中苯甲酸鈉的含量1.取樣取市場上含有苯甲酸鈉的食用鮮蘋果汁40份，分別混勻；用高壓液相色譜法測定蘋果汁中的苯甲酸鈉含量。
2.建模樣品集的準(zhǔn)備用分析純的苯甲酸鈉樣品根據(jù)蘋果汁中原含量配制不同濃度的果汁溶液(濃度范圍0～0.1％W/W)，作為建立數(shù)學(xué)模型的樣品集。
3.建模樣品近紅外光譜的測定將不同苯甲酸鈉含量的樣品由低濃度到高濃度依次導(dǎo)入近紅外光譜檢測儀的檢測池，采用波長為800～1100nm，樣品池光程為50mm，記錄各樣品在近紅外光譜區(qū)的吸收光譜。(見圖4)。
4.數(shù)學(xué)模型的建立使用多元校正方法，建立被測樣品中苯甲酸鈉的含量與吸收光譜之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。
5.模型的驗(yàn)證取已知的不同苯甲酸鈉含量的果汁，在相同條件下測定其近紅外區(qū)的吸收光譜，根據(jù)已建立的多元校正數(shù)學(xué)模型計(jì)算樣品中的苯甲酸鈉含量，要求誤差小于10％。與標(biāo)準(zhǔn)方法測定結(jié)果相比，擬合相關(guān)系數(shù)為0.97～0.99。(圖5)6.待測樣品的分析待測樣品掃描近紅外光譜后，用相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型由光譜計(jì)算出苯甲酸鈉的含量。
權(quán)利要求
1.一種果汁中苯甲酸鈉的近紅外光譜快速無損檢測方法，其特征在于它包括以下幾個(gè)步驟1)取樣收集果汁的代表性樣品，取未添加苯甲酸鈉的食用果汁或已知苯甲酸含量的食用果汁，混勻；2)建模樣品集的準(zhǔn)備用分析純的苯甲酸鈉樣品配制不同濃度的果汁溶液，濃度范圍0-0.1％W/W；3)建模樣品近紅外光譜的測定將不同苯甲酸鈉含量的樣品由低濃度到高濃度依次導(dǎo)入近紅外光譜檢測儀的檢測池，根據(jù)所用譜區(qū)不同，樣品池光程選用0.2～60mm；利用800～2500nm近紅外光掃描得到食用果汁吸收光譜圖，記錄各樣品在近紅外光譜區(qū)的吸收光譜；4)數(shù)學(xué)模型的建立使用多元校正方法，建立被測樣品中苯甲酸鈉的含量與吸收光譜之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型；5)模型的驗(yàn)證取已知的不同苯甲酸鈉含量的果汁，在相同條件下測定其近紅外區(qū)的吸收光譜，根據(jù)已建立的多元校正數(shù)學(xué)模型計(jì)算樣品中的苯甲酸鈉含量，要求誤差小于10％；6)待測樣品的分析待測樣品掃描近紅外光譜后，用相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型由光譜計(jì)算出苯甲酸鈉的含量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的果汁中苯甲酸鈉的近紅外光譜快速無損檢測方法，其特征在于所述的計(jì)算機(jī)演算是利用化學(xué)計(jì)量學(xué)的多元校正的方法。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的果汁中苯甲酸鈉的近紅外光譜快速無損檢測方法，其特征在于本發(fā)明中采用的化學(xué)計(jì)量學(xué)多元校正包括對(duì)連續(xù)波長近紅外光譜的算法和離散波長近紅外光譜的算法。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的果汁中苯甲酸鈉的近紅外光譜快速無損檢測方法，其特征在于對(duì)連續(xù)波長近紅外光譜的算法為偏最小二乘法或主成分回歸或人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的果汁中苯甲酸鈉的近紅外光譜快速無損檢測方法，其特征在于；離散波長近紅外光譜的算法為逐步回歸或多元線性回歸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的果汁中苯甲酸鈉的近紅外光譜快速無損檢測方法，其特征在于；所述的近紅外光波長在800～1100nm；樣品池的光程為50mm.。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的果汁中苯甲酸鈉的近紅外光譜快速無損檢測方法，其特征在于所述的標(biāo)準(zhǔn)樣品光譜的測定條件為波長800～2500nm，根據(jù)所用譜區(qū)不同，樣品池光程為0.2～60mm，標(biāo)準(zhǔn)樣品的苯甲酸鈉的濃度在0.0025～0.5％之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的近紅外光譜快速無損檢測方法，其特征在于該方法可用于測定果汁中其他有機(jī)防腐劑的含量。
全文摘要
一種果汁中苯甲酸鈉的近紅外光譜快速無損檢測方法包括以下幾個(gè)步驟1)取樣收集果汁樣品，混勻；2)建模樣品集的準(zhǔn)備；3)建模樣品近紅外光譜的測定將不同苯甲酸鈉含量的樣品由低濃度到高濃度依次導(dǎo)入近紅外光譜檢測儀的檢測池，根據(jù)所用譜區(qū)不同，樣品池光程選用0.2～60mm；利用800～2500nm近紅外光掃描得到食用果汁吸收光譜圖；4)數(shù)學(xué)模型的建立使用多元校正方法，建立被測樣品中苯甲酸鈉的含量與吸收光譜之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型；5)模型的驗(yàn)證；6)待測樣品的分析待測樣品掃描近紅外光譜后，用相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型由光譜計(jì)算出苯甲酸鈉的含量。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)樣品前處理簡單，檢測快速無損，每個(gè)樣品的檢測時(shí)間不足1分鐘；結(jié)果可靠，誤差小于10％。
文檔編號(hào)G01N1/28GK1800827SQ20041010397
公開日2006年7月12日 申請日期2004年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月31日
發(fā)明者惠伯棣, 嚴(yán)衍祿, 裴凌鵬 申請人:嚴(yán)衍祿