一種土豆淀粉鋁含量的檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及食品有害物質(zhì)檢測技術(shù)，尤其涉及一種土豆淀粉鋁含量的檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來發(fā)生的食品安全事故使越來越多的人關(guān)注食品安全領(lǐng)域。土豆是世界重要 糧食作物，其加工品如土豆淀粉在人們的日常飲食中不可或缺。然而，由于環(huán)境受到金屬污 染和一些不法商販人為添加，導(dǎo)致土豆淀粉中鋁含量超標(biāo)，人們長期食用會對身體健康造 成傷害，如在老年期發(fā)生老年癡呆等。因此，如何快速精確得檢測土豆淀粉中的鋁含量，無 論對于食品安全領(lǐng)域還是農(nóng)產(chǎn)品金屬檢測領(lǐng)域，都具有重要意義。
[0003] 例如，公開號為CN103323445A的一種利用激光拉曼光譜儀定量檢測食品中鋁含量 的方法，包括步驟：（1)鋁酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的制備；（2)用激光拉曼光譜儀對鋁酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn) 行測定；（3)繪制鋁酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的標(biāo)準(zhǔn)曲線圖；（4)待測食品樣品的預(yù)處理；（5)待測食品 樣品樣液的制備；（6)用激光拉曼光譜儀對待測食品樣品樣液與鋁酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測定；
[7] 譜圖分析，定量計(jì)算，得出待測食品樣品中的鋁含量。
[0004] 目前，食品鋁含量的檢測仍以實(shí)驗(yàn)室化學(xué)分析方法為主，如原子熒光光譜、石墨爐 原子吸收光譜法、電感耦合等離子體光譜法等。這些傳統(tǒng)的檢測方法雖然具有檢測精度高、 穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，但需要對樣品進(jìn)行復(fù)雜的化學(xué)預(yù)處理，單次檢測時(shí)間長，容易造成二次污 染，對操作人員的熟練程度和技能要求高，且儀器昂貴。現(xiàn)代食品安全要求綠色、快速地對 食品中有害物質(zhì)進(jìn)行檢測，所以急需發(fā)展一種簡便、快速的土豆粉鋁含量檢測方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為克服現(xiàn)有檢測方法的不足，本發(fā)明提出一種土豆淀粉鋁含量的檢測方法，具體 技術(shù)方案如下：
[0006] -種土豆淀粉錯(cuò)含量的檢測方法，包括：
[0007] (1)制備測試樣本，以樣本鋁元素含量百分?jǐn)?shù)(記為Y)作為梯度，在每樣本質(zhì)量一 定的前提下分別稱量相應(yīng)質(zhì)量的淀粉和硫酸鋁鉀粉末，混合均勻后利用壓片機(jī)壓成片狀， 作為檢測樣本；
[0008] (2)獲取各個(gè)測試樣本的激光誘導(dǎo)擊穿光譜數(shù)據(jù)(記為X);
[0009] (3)根據(jù)原始LIBS光譜數(shù)據(jù)(X)曲線找到所有波峰所在波長，并根據(jù)波長與元素一 一對應(yīng)的關(guān)系找出鋁元素對應(yīng)的波長；
[0010] (4)對原始LIBS光譜數(shù)據(jù)(X)進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)處理，預(yù)處理后的數(shù)據(jù)記為Xi，將乂:中與 鋁元素對應(yīng)波長的數(shù)據(jù)提取出來，記為χ 2;將所得數(shù)據(jù)(x2，Y)按比例隨機(jī)分為建模集(S)和 預(yù)測集(s'）；
[0011] (5)利用偏最小二乘法(PLS)，以X2為輸入，Y為輸出，根據(jù)建模集(S)建立鋁元素含 量百分?jǐn)?shù)-鋁對應(yīng)波長強(qiáng)度的線性回歸模型：
[0012] 所述線性回歸模型為：
[0013] Y = -〇. 0364+150.6686λι+259.1393λ2+384.8414λ3,
[0014]其中，Υ為土豆淀粉中鋁元素含量百分?jǐn)?shù)，分別為Χ2中與鋁對應(yīng)的 308 · 22nm、394 · 4nm、396 · 15nm 的信號強(qiáng)度；
[0015] (6)利用步驟(5)中的線性回歸模型，將步驟(4)中預(yù)測集(S'）的X2輸入回歸模型， 對土豆粉中鋁含量進(jìn)行定量分析。
[0016] 作為優(yōu)選，步驟(1)中制備樣本稱量每樣質(zhì)量為1.5g，且壓制壓片的壓強(qiáng)和時(shí)間固 定，以此保證每個(gè)圓形壓片直徑和厚度在誤差范圍內(nèi)相等。
[0017] 作為優(yōu)選，步驟（1)中樣本鋁含量共10個(gè)梯度，每個(gè)梯度鋁含量百分?jǐn)?shù)依次為0， 0.0033%，0.0066%，0.01%，0.033%，0.066%，0.1%，0.33%，0.66%，1% ;每個(gè)梯度制備 3片樣本，共30片樣本。
[0018] 作為優(yōu)選，步驟（2)中獲取樣本LIBS光譜的激光誘導(dǎo)擊穿光譜儀參數(shù)為：延時(shí) 1.85s，積分時(shí)間5ms，增益1500，能量60mJ，焦深2mm。
[0019] 作為優(yōu)選，步驟(2)中將樣本放置在位移平臺，通過移動位移平臺采集每片樣本20 個(gè)點(diǎn)位的光譜信號，其中每個(gè)點(diǎn)位累積采集10次光譜信號。
[0020] 作為優(yōu)選，步驟(4)中數(shù)據(jù)預(yù)處理主要方法為:對原始信號去除基線;使用小波基 函數(shù)db5,層數(shù)設(shè)為10,進(jìn)行小波降噪以降低信號中的噪聲;然后計(jì)算每個(gè)樣本20個(gè)采集點(diǎn) 位每個(gè)點(diǎn)位光譜數(shù)據(jù)的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)，將RSD異常的少數(shù)點(diǎn)剔除;計(jì)算剩余點(diǎn)位的信 號平均值作為該樣本的Xu
[0021] 作為優(yōu)選，所述步驟(4)中建模集(S)和預(yù)測集(S'）比例為2:1。
[0022] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0023] (1)樣本制備簡單，且?guī)缀醪恍枰M(jìn)行樣本的預(yù)處理；
[0024] (2)每次檢測所需樣本量??；
[0025] (3)儀器操作簡單，可以實(shí)現(xiàn)對鋁元素的快速檢測。
【附圖說明】
[0026]圖1為預(yù)測分析的結(jié)果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]本實(shí)施例中，土豆淀粉中鋁含量的檢測方法，具體步驟如下：
[0028] (1)制備測試樣本，以不同鋁含量的土豆淀粉和硫酸鋁鉀均勻混合壓片作為檢測 對象，每個(gè)樣本質(zhì)量為1.5g;
[0029] 按照不同梯度準(zhǔn)備10組樣本，按照鋁含量從0到1 %分別編號1、2、3、……、10。每組 樣本重復(fù)3次，1組樣本稱量1.5g 土豆淀粉壓片，重復(fù)3次;2組樣本按照1.5g樣本中0.0033% 鋁質(zhì)量分別稱量相應(yīng)質(zhì)量的土豆淀粉和硫酸鋁鉀，混合均勻并壓制成片，重復(fù)3次；……；直 至10組共30片樣本制備完成。
[0030] (2)采集各個(gè)測試樣本的LIBS光譜(X);
[0031] 按照延時(shí)1.85s，積分時(shí)間5ms，增益1500，能量60mJ，焦深2mm設(shè)定好LIBS儀器的參 數(shù)，將每個(gè)樣本放在移動位移平臺上，打開激光器，通過設(shè)定程序移動位移平臺，使激光打 在每個(gè)樣本表面20個(gè)不同點(diǎn)位，每個(gè)點(diǎn)位累積采集10次光譜信號。每個(gè)點(diǎn)位前3次光譜信號 不采集，以使激光清除樣本表面雜志，激光在每個(gè)點(diǎn)位打擊3次后開始采集信號，累積10次 信號后移動使其采集下一個(gè)點(diǎn)位的信號。
[0032] (3)根據(jù)獲得原始信號波形圖找到對應(yīng)于鋁元素的波峰所在波長，分別為 308.22nm、394.4nm、396.15nm。
[0033] (4)對原始LIBS光譜進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)處理，先去除基線，然后進(jìn)行小波降噪，然后計(jì) 算每個(gè)樣本20個(gè)采集點(diǎn)位每個(gè)點(diǎn)位光譜數(shù)據(jù)的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)，將RSD異常的8個(gè)點(diǎn)點(diǎn) 位的光譜數(shù)據(jù)剔除，將剩余12個(gè)點(diǎn)位的信號平均值作為X:。將與鋁元素對應(yīng)波長的信號提 取出來(即X 2);將樣本集按2:1的比例隨機(jī)分為建模集和預(yù)測集。
[0034] (5)利用偏最小二乘法(PLS)，以X2為輸入，Y為輸出，根據(jù)建模集數(shù)據(jù)建立鋁元素 含量百分?jǐn)?shù)-鋁對應(yīng)波長強(qiáng)度的線性回歸模型：
[0035] Υ = -〇. 0364+150.6686λι+259.1393λ2+384.8414λ3
[0036] 其中，Υ為土豆淀粉中鋁元素含量百分?jǐn)?shù)，λ!，、，、分別為鋁對應(yīng)波長308.22nm、 394.4nm、396.15nm處的信號；模型的決定系數(shù)R 2為0.978，如圖1所示;模型其他參數(shù)如表1 所示。
[0037] (6)利用步驟(5)中的線性回歸模型，將步驟(4)中預(yù)測集的X2輸入回歸模型，對預(yù) 測集樣本進(jìn)行鋁含量的檢測。
[0038]
[0039]本實(shí)施例中，預(yù)測決定系數(shù)R2為0.976,預(yù)測分析結(jié)果如圖1所示;預(yù)測結(jié)果其他參 數(shù)如上表所示。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種土豆淀粉鋁含量的檢測方法，其特征在于，包括步驟： 1) 制備測試樣本，以樣本鋁元素含量百分?jǐn)?shù)Y作為梯度，將淀粉和硫酸鋁鉀粉末混合均 勻并壓片作為檢測樣本； 2) 獲取各個(gè)檢測樣本的激光誘導(dǎo)擊穿光譜數(shù)據(jù)X; 3) 提取激光誘導(dǎo)擊穿光譜數(shù)據(jù)X曲線所有波峰的波長，并根據(jù)波長與元素一一對應(yīng)的 關(guān)系找出鋁元素對應(yīng)的波長； 4) 對激光誘導(dǎo)擊穿光譜數(shù)據(jù)X進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)處理，預(yù)處理后的數(shù)據(jù)記為Xi，將Xi中與鋁 元素對應(yīng)波長的數(shù)據(jù)提取出來，記為X2,將所得數(shù)據(jù)(X 2，Y)按比例隨機(jī)分為建模集S和預(yù)測 集S，； 5) 利用偏最小二乘法，以Χ2為輸入和Υ為輸出，根據(jù)建模集S建立鋁元素含量百分?jǐn)?shù)-鋁 對應(yīng)波長強(qiáng)度的線性回歸模型： 所述線性回歸模型為： Υ = -0.0364+150.6686λι+259.1393λ2+384.8414λ3, 其中，Υ為土豆淀粉中鋁元素含量百分?jǐn)?shù)，分別為Χ2中與鋁對應(yīng)的308.22nm、 394.4nm、396.15nm 的信號強(qiáng)度； 6) 利用步驟5)中的線性回歸模型，將步驟4)中預(yù)測集S'的X2輸入回歸模型，對土豆粉中 鋁含量進(jìn)行定量分析。2. 如權(quán)利要求1所述的土豆淀粉鋁含量的檢測方法，其特征在于，各檢測樣本的質(zhì)量相 同，且壓制壓片的壓強(qiáng)和時(shí)間也相同。3. 如權(quán)利要求1所述的土豆淀粉鋁含量的檢測方法，其特征在于，在所述的步驟1)中， 樣本鋁含量共10個(gè)梯度，每個(gè)梯度鋁含量百分?jǐn)?shù)依次為〇、〇 . 0033 %、0.0066 %、0.01 %、 0.033%、0.066%、0.1%、0.33%、0.66%和1%。4. 如權(quán)利要求1所述的土豆淀粉鋁含量的檢測方法，其特征在于，所述步驟2)中獲取樣 本LIBS光譜的激光誘導(dǎo)擊穿光譜儀參數(shù)為:延時(shí)1.85s，積分時(shí)間5ms，增益1500，能量60mJ， 焦深2mm。5. 如權(quán)利要求1所述的土豆淀粉鋁含量的檢測方法，其特征在于，在所述的步驟2)中， 采集各檢測樣本20個(gè)點(diǎn)位的光譜信號，且每個(gè)點(diǎn)位累積采集10次。6. 如權(quán)利要求1所述的土豆淀粉鋁含量的檢測方法，其特征在于，在步驟4)中，所述的 預(yù)處理包括:將光譜信號去除基線;并計(jì)算每個(gè)樣本上各采集點(diǎn)位的光譜數(shù)據(jù)的相對標(biāo)準(zhǔn) 偏差RSD，將RSD異常的少數(shù)點(diǎn)剔除;取剩余點(diǎn)位的信號平均值作為該樣本的Xu7. 如權(quán)利要求6所述的土豆淀粉鋁含量的檢測方法，其特征在于，所述步驟4)中建模集 S和預(yù)測集S'比例為2:1。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種土豆淀粉鋁含量的檢測方法，包括步驟：1)以樣本鋁元素含量百分?jǐn)?shù)Y作為梯度，將淀粉和硫酸鋁鉀粉末并壓片作為檢測樣本；2)獲取各個(gè)檢測樣本的激光誘導(dǎo)擊穿光譜數(shù)據(jù)X；3)提取激光誘導(dǎo)擊穿光譜數(shù)據(jù)X曲線所有波峰的波長，并找出鋁元素對應(yīng)的波長；4)對數(shù)據(jù)X進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)處理，記為X1，將X1中與鋁元素對應(yīng)波長的數(shù)據(jù)提取出來，記為X2，將所得數(shù)據(jù)(X2,Y)按比例隨機(jī)分為建模集S和預(yù)測集S’；5)利用偏最小二乘法，以X2為輸入和Y為輸出，根據(jù)建模集S建立鋁元素含量百分?jǐn)?shù)-鋁對應(yīng)波長強(qiáng)度的線性回歸模型；6)利用步驟5)中的線性回歸模型，將步驟4)中預(yù)測集S’的X2輸入回歸模型，對土豆粉中鋁含量進(jìn)行定量分析。
【IPC分類】G01N21/71
【公開號】CN105510305
【申請?zhí)枴緾N201510866267
【發(fā)明人】劉飛, 宋坤林, 彭繼宇, 葉藍(lán)韓, 孔汶汶, 何勇
【申請人】浙江大學(xué)
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年12月1日