CN103063600A - 一种基于傅里叶变换红外光谱法检测带鱼品质的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于傅里叶变换红外光谱法检测带鱼品质的方法，旨在解决现有技术方法所检测的指标不能如实的反映带鱼的品质、不适用于检测带鱼品质的不足，该方法包括下列步骤：（1）样品预处理：待测带鱼样品冻干备用；（2）压片：待测带鱼样品与溴化钾研磨均匀压片；（3）谱图采集：以溴化钾为背景，采集待测带鱼样品的一维红外光谱图；（4）谱图处理：计算待测带鱼样品一维红外光谱图中的特征谱峰的相对峰高或一维红外光谱图的二阶导数并绘出二阶导数图谱；（5）比对：比对待测带鱼样品与新鲜带鱼样品的特征谱峰的相对峰高或二阶导数图谱的相似度，判断待测带鱼样品的品质。本发明具有操作简单、检测效率高，检测结果可靠性好的优点。
Description
技术领域
本发明属于食品检测技术领域，尤其是涉及一种基于傅里叶变换红外光谱法检测带鱼品质的方法。
背景技术
带鱼（Trichiurus lepturus），又称牙带、刀鱼等，其个体大、分布广，是我国海产四大经济鱼类之一，尤以东海带鱼产量最高。带鱼肉质细腻，口感鲜嫩，营养价值独特，易于消化吸收，深受国内外消费者欢迎。
新鲜度是水产品品质与质量安全评价的重要指标。常见的评价方法有感官评定、微生物检测、理化方法等，其中，挥发性盐基氮(TVBN)是在肉品腐败过程中的产物，其含量反映了肉品的腐败程度，是国家标准中评定肉品质量与等级的一个重要指标。感官评定易受个体因素影响，存在主观性；而微生物和理化检测都要进行样品粉碎、肉浸液提取等操作，检测过程繁琐、耗时长，难以满足大批量样品的快速、非破坏性检测的要求。
中国专利公开号CN102353644A，公开日2012年2月15日，公开了一种快速同时检测带鱼鱼糜水分和蛋白质含量的近红外光谱方法，该方法的具体步骤为：(1)收集带鱼糜样品：(2)采用国标的方法对样品中的水分和蛋白质含量进行测定：(3)利用近红外光谱仪采集所收集样品的近红外光谱数据：(4)将每一个样品的近红外光谱数据与所测定的水分值和蛋白质值一一对应相关联，利用化学计量学软件建立定量校正模型；(5)校正模型的验证；(6)未知鱼糜样品水分和蛋白质含量的测定。该发明快速、操作简便，不足之处是：本方法所检测的指标不能如实的反映带鱼的品质，不适用于作为检测带鱼品质的方法。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术方法所检测的指标不能如实的反映带鱼的品质、不适用于检测带鱼品质的不足，提供一种基于傅里叶变换红外光谱法检测带鱼品质的方法，本发明操作简单、检测效率高，检测结果可靠性好。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
（1）样品预处理：将待测带鱼冷冻干燥得待测带鱼样品，密封后于超低温冰箱中储藏备用；
（2）压片：取待测带鱼样品0.8~1.2mg和80~100mg的溴化钾置于研钵中研磨均匀，然后压片，制得待测带鱼样品片；
（3）谱图采集：采用傅里叶变换红外光谱仪，调整分辨率4 cm-1，扫描范围4 00～4000 cm-1，以溴化钾为背景，对待测带鱼样品片累计扫描32次，采集获得待测带鱼样品一维红外光谱图；
（4）谱图处理：计算待测带鱼样品一维红外光谱图中的特征谱峰的相对峰高或求出待测带鱼样品一维红外光谱图的二阶导数并绘出二阶导数图谱；
（5）比对：比对待测带鱼样品与新鲜带鱼样品的特征谱峰的相对峰高来判断待测带鱼样品的品质或/和利用相关系数法和夹角余弦法对待测带鱼样品的二阶导数图谱与新鲜带鱼样品的二阶导数图谱进行相似度分析，根据相似度的值判断待测带鱼样品的品质。
带鱼类水产品肌肉是由蛋白质、脂肪、碳水化合物等物质构成，从新鲜到腐败的过程，这些物质会发生一系列变化，如蛋白质的分解和不饱和脂肪酸的氧化，它们能在红外光谱的吸收峰位置及峰强度上出现特征性差异，从而实现对不同贮藏品质的区分；本发明将待测带鱼冷冻干燥制得待测带鱼样品，待测带鱼样品的成分得到很好的保留，检测的谱图能如实的反映待测带鱼样品品质的好坏；对采集到的待测带鱼样品的一维红外谱图进行谱图处理，选取特征谱峰的相对峰高与新鲜带鱼样品的特征谱峰的相对峰高进行比较可以很直观、高效的判断待测带鱼的新鲜度；利用相关系数法和夹角余弦法对待测带鱼样品的二阶导数图谱与新鲜带鱼样品的二阶导数图谱进行相似度分析，根据相似度可以准确、更可靠的判断带鱼的新鲜度。
作为优选，步骤（3）中对待测带鱼样品片平行测定三次得三个一维光谱图，取三个一维光谱图的平均谱图作为待测带鱼样品片的一维光谱图，所有一维光谱图均扣除溴化钾背景光谱。对待测带鱼样品片平行测量三次，取三次获得的光谱图的平均谱图作为待测带鱼样品片的光谱图，避免了谱图采集过程中的操作误差，采集的谱图可靠，如实的反映了待测带鱼样品内成分。
作为优选，步骤（4）中所述的特征谱峰为波长范围在400~1800cm-1之间的十一个特征谱峰。波长范围在400~1800cm-1为待测带鱼样品谱图的指纹区域，不同品质的待测带鱼样品在此波长范围内的特征谱峰差异明显，具有显著的区分效果。
作为优选，步骤（5）中比对为将待测带鱼样品与新鲜带鱼样品的特征谱峰的相对峰高和二阶导数图谱综合比对。通过特征谱峰相对峰高的比对可以直观的得出待测带鱼样品品质的好坏；通过二阶导数图谱的相似度进行对比可以精确的判断出待测带鱼样品品质的好坏；两种判断方法结合起来使用，能很好的判断带鱼的品质，通过比对特征谱峰的相对峰高，可以直观的得出结论，进一步通过相似度的比对可以得出更精确的品质等级。
作为优选，步骤（5）中，待测带鱼样品与新鲜带鱼样品的特征谱峰的相对峰高差别越大，待测带鱼品质越不新鲜；
作为优选，步骤（5）中，待测带鱼样品与新鲜带鱼样品的二阶导数图谱的相似度＞0.6，待测带鱼样品品质一级（新鲜）；待测带鱼样品与新鲜带鱼样品的二阶导数图谱的相似度在0.45~0.6之间，待测带鱼样品品质二级（良好）；待测带鱼样品与新鲜带鱼样品的二阶导数图谱的相似度＜0.45，待测带鱼样品品质三级（已经腐败，不宜食用）。
本发明的有益效果是：
（1）样品预处理简单、操作方便，能够整体、宏观地对待测带鱼样品的品质做出准确的评价，因为对于混合物体系，红外光谱的峰形、峰位、峰强代表着体系中所含各种分子和相应基团的谱峰的叠加，混合物中各种组成成分和含量的变化将直接导致红外谱图的变化；
（2）能如实准确地反映待测带鱼样品储藏过程对其品质的影响，不同的储藏温度和时间均能在待测带鱼样品的一维红外光谱图、二维导数谱图和特征谱峰相对峰高等变化中得到体现。
附图说明
图1是新鲜带鱼样品的一维红外光谱图；
图2是4℃储藏的各待测带鱼样品的一维红外光谱图；
图3是0℃储藏的各待测带鱼样品的一维红外光谱图；
图4是0℃储藏的各待测带鱼样品的二阶导数谱图；
图5是4℃储藏的各待测带鱼样品的二阶导数谱图。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。
本实施例采用的傅里叶变换红外光谱仪（Nicolet 6700，美国Thermo Nicolet公司），分辨率4 cm-1，扫描范围4 000～400 cm-1；
压片机（YP-2，上海山岳科学仪器公司）；
冷冻干燥机（LGJ-10，北京四环科学仪器厂）；
电子天平（梅特勒-托利多仪器公司）；
冰箱（青岛海尔股份有限公司）。
本实施例采用的带鱼（购自浙江兴业集团有限公司），鱼体体表富有光泽、腮呈鲜红、粘液透明、眼球饱满、角膜清晰，将新鲜带鱼用保鲜袋包装，于4℃和0℃冰箱中保藏0、1、2、3、4、5、6、7和8天。
一、新鲜带鱼一维红外光谱图的采集
将新鲜带鱼于冷冻干燥机内干燥得新鲜带鱼样品，取新鲜带鱼样品0.8mg和溴化钾80mg于研钵研磨均匀，然后用压片机压制成均匀透明的新鲜带鱼样品片，采用傅里叶变换红外光谱仪，以溴化钾为背景，对新鲜带鱼样品片累计扫描32次，采集获得新鲜带鱼样品一维红外光谱图，如图2所示的新鲜（0d）带鱼样品的红外光谱图，对新鲜带鱼样品的红外光谱进行谱图解析，共获得十一个特征峰，主要集中在400～1800cm-1区间。其中，3299.79 cm-1处吸收峰为蛋白质N-H伸缩振动及不饱和脂肪酸中=C-H伸缩振动引起的宽而强的吸收峰；2928.02 cm-1处吸收峰代表亚甲基的顺式伸缩振动，吸收强度中等；1654.51 cm-1处吸收峰为酰胺Ι键特征吸收（蛋白质酰胺键C＝O伸缩振动以及N-H面内弯曲振动频率与部分C-N伸缩振动频率偶合产生的吸收峰）及不饱和脂肪酸C＝C伸缩振动引起的很强吸收峰；1542.71 cm-1为酰胺Ⅱ键特征，由N-H弯曲振动和C-N伸缩振动引起，吸收强度中等；1453.24 cm-1处弱吸收峰由酯C-O-C伸缩振动引起；1081.099 cm-1处是由C-O及P-O伸缩振动引起。
二、实施例
实施例1
（1）样品预处理：取4℃冰箱中保藏0、1、2、3、4、5、6、7和8天的待测带鱼各1g冷冻干燥得待测带鱼样品，密封后于超低温冰箱中储藏备用；
（2）压片：取各待测带鱼样品0.8mg和80mg的溴化钾置于研钵中研磨均匀，然后用压片机压制成均匀透明的待测带鱼样品片；
（3）谱图采集：采用傅里叶变换红外光谱仪，以溴化钾为背景，对各待测带鱼样品片累计扫描32次，采集获得各待测带鱼样品一维红外光谱图，对各待测带鱼样品片平行测定三次得三个光谱图，然后经傅里叶变换红外光谱仪自带的OMNIC软件谱图分析中统计光谱得到各待测带鱼样品的平均谱图，以平均谱图作为各个待测带鱼样品的光谱图，所有光谱图均扣除溴化钾背景光谱，各待测带鱼样品的一维红外光谱图见图2；
（4）谱图处理：计算各待测带鱼样品一维红外光谱图中的波长范围在400～1800cm-1之间的十一个特征谱峰的相对峰高；
（5）比对：比对待测带鱼样品与新鲜带鱼样品的特征谱峰的相对峰高来判断待测带鱼样品的品质，通过图2与图1中400~1800 cm-1之间的十一个特征谱峰的相对峰高对比可知，随着储藏时间的延长（从0d至8天），待测带鱼样品的特征谱峰的相对峰高与新鲜带鱼样品的特征谱峰的相对峰高差异越大，待测带鱼样品的品质越差。
实施例2
（1）样品预处理：取0℃冰箱中保藏0、1、2、3、4、5、6、7和8天的待测带鱼各1g冷冻干燥得待测带鱼样品，密封后于超低温冰箱中储藏备用；
（2）压片：取各待测带鱼样品0.8mg和80mg的溴化钾置于研钵中研磨均匀，然后用压片机压制成均匀透明的待测带鱼样品片；
（3）谱图采集：采用傅里叶变换红外光谱仪，以溴化钾为背景，对各待测带鱼样品片累计扫描32次，采集获得各待测带鱼样品一维红外光谱图，对各待测带鱼样品片平行测定三次得三个光谱图，然后经傅里叶变换红外光谱仪自带的OMNIC软件谱图分析中统计光谱得到各待测带鱼样品的平均谱图，以平均谱图作为各个待测带鱼样品的光谱图，所有光谱图均扣除溴化钾背景光谱，各待测带鱼样品的一维红外光谱图见图3；
（4）谱图处理：计算各待测带鱼样品一维红外光谱图中的波长范围在400～1800cm-1之间的十一个特征谱峰的相对峰高；
（5）比对：比对待测带鱼样品与新鲜带鱼样品的特征谱峰的相对峰高来判断待测带鱼样品的品质，通过图3与图1中400~1800 cm-1之间的十一个特征谱峰的相对峰高对比可知，随着储藏时间的延长（从0d至8天），待测带鱼样品的特征谱峰的相对峰高与新鲜带鱼样品的特征谱峰的相对峰高差异越大，待测带鱼样品的品质越差。
实施例3
（1）样品预处理：取0℃冰箱中保藏0、1、2、3、4、5、6、7和8天的待测带鱼各1g冷冻干燥得待测带鱼样品，密封后于超低温冰箱中储藏备用；
（2）压片：取各待测带鱼样品1.2mg和120mg的溴化钾置于研钵中研磨均匀，然后用压片机压制成均匀透明的待测带鱼样品片；
（3）谱图采集：采用傅里叶变换红外光谱仪，以溴化钾为背景，对各待测带鱼样品片累计扫描32次，采集获得各待测带鱼样品一维红外光谱图；对各待测带鱼样品片平行测定三次得三个光谱图，然后经傅里叶变换红外光谱仪自带的OMNIC软件谱图分析中统计光谱得到各待测带鱼样品的平均谱图，以平均谱图作为各个待测带鱼样品的光谱图，所有光谱图均扣除溴化钾背景光谱；
（4）谱图处理：求出待测带鱼样品一维红外光谱图的二阶导数并绘出二阶导数图谱，见附图4；
（5）比对：利用相关系数法和夹角余弦法对各待测带鱼样品的二阶导数图谱与新鲜带鱼样品的二阶导数图谱进行相似度分析，相似度分析结果见表1。
表1 0℃下待测带鱼样品与新鲜带鱼样品红外光谱相似度分析
| 待测带鱼0℃储藏天数 | 相关系数法 | 夹角余弦法 |
| 1d | 0.780917 | 0.780923 |
| 2d | 0.607120 | 0.607029 |
| 3d | 0.560661 | 0.560665 |
| 4d | 0.539489 | 0.539511 |
| 5d | 0.517257 | 0.517286 |
| 6d | 0.453427 | 0.453428 |
| 7d | 0.450075 | 0.450098 |
| 8d | 0.436501 | 0.436523 |
由表1可知，0℃储藏1~2d的待测带鱼样品与新鲜带鱼样品的二阶导数图谱的相似度＞0.6，待测带鱼样品品质一级（新鲜）；0℃储藏3~7d的待测带鱼样品与新鲜带鱼样品的二阶导数图谱的相似度0.45~0.6之间，待测带鱼样品品质二级（良好）；0℃储藏8d的待测带鱼样品与新鲜带鱼样品的二阶导数图谱的相似度＜0.45，待测带鱼样品品质三级（已经腐败，不宜食用）。
实施例4
（1）样品预处理：取4℃冰箱中保藏0、1、2、3、4、5、6、7和8天的待测带鱼各1g冷冻干燥得待测带鱼样品，密封后于超低温冰箱中储藏备用；
（2）压片：取各待测带鱼样品1mg和100mg的溴化钾置于研钵中研磨均匀，然后用压片机压制成均匀透明的待测带鱼样品片；
（3）谱图采集：采用傅里叶变换红外光谱仪，以溴化钾为背景，对各待测带鱼样品片累计扫描32次，采集获得各待测带鱼样品一维红外光谱图；对各待测带鱼样品片平行测定三次得三个光谱图，然后经傅里叶变换红外光谱仪自带的OMNIC软件谱图分析中统计光谱得到各待测带鱼样品的平均谱图，以平均谱图作为各个待测带鱼样品的光谱图，所有光谱图均扣除溴化钾背景光谱；
（4）谱图处理：求出待测带鱼样品一维红外光谱图的二阶导数并绘出二阶导数图谱，见附图5；
（5）比对：利用相关系数法和夹角余弦法对各待测带鱼样品的二阶导数图谱与新鲜带鱼样品的二阶导数图谱进行相似度分析，相似度分析结果见表2。
由表2可知，4℃储藏1d的待测带鱼样品与新鲜带鱼样品的二阶导数图谱的相似度＞0.6，待测带鱼样品品质一级（新鲜）；4℃储藏2~5d的待测带鱼样品与新鲜带鱼样品的二阶导数图谱的相似度0.45~0.6之间，待测带鱼样品品质二级（良好）；4℃储藏6~8d的待测带鱼样品与新鲜带鱼样品的二阶导数图谱的相似度＜0.45，待测带鱼样品品质三级（已经腐败，不宜食用）。
表2 4℃下待测带鱼样品与新鲜带鱼样品红外光谱相似度分析
| 带鱼4℃储藏下天数 | 相关系数法 | 夹角余弦法 |
| 1d | 0.663942 | 0.663959 |
| 2d | 0.587413 | 0.587434 |
| 3d | 0.530316 | 0.530377 |
| 4d | 0.499208 | 0.499234 |
| 5d | 0.453543 | 0.453574 |
| 6d | 0.369816 | 0.369851 |
| 7d | 0.34839 | 0.34881 |
| 8d | 0.310271 | 0.310242 |
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (6)
1.一种基于傅里叶变换红外光谱法检测带鱼品质的方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：
（1）样品预处理：将待测带鱼冷冻干燥得待测带鱼样品，密封后于超低温冰箱中储藏备用；
（2）压片：取待测带鱼样品0.8~1.2mg和80~100mg的溴化钾置于研钵中研磨均匀，然后压片，制得待测带鱼样品片；
（3）谱图采集：采用傅里叶变换红外光谱仪，调整分辨率4 cm-1，扫描范围4 00～4000 cm-1，以溴化钾为背景，对待测带鱼样品片累计扫描32次，采集获得待测带鱼样品一维红外光谱图；
（4）谱图处理：计算待测带鱼样品一维红外光谱图中的特征谱峰的相对峰高或求出待测带鱼样品一维红外光谱图的二阶导数并绘出二阶导数图谱；
（5）比对：比对待测带鱼样品与新鲜带鱼样品的特征谱峰的相对峰高来判断待测带鱼样品的品质或/和利用相关系数法和夹角余弦法对待测带鱼样品的二阶导数图谱与新鲜带鱼样品的二阶导数图谱进行相似度分析，根据相似度的值判断待测带鱼样品的品质。
2.根据权利要求1所述的一种基于傅里叶变换红外光谱法检测带鱼品质的方法，其特征在于，步骤（3）中对待测带鱼样品片平行测定三次得三个一维光谱图，取三个一维光谱图的平均谱图作为待测带鱼样品片的一维光谱图，所有一维光谱图均扣除溴化钾背景光谱。
3.根据权利要求1所述的一种基于傅里叶变换红外光谱法检测带鱼品质的方法，其特征在于，步骤（4）中所述的特征谱峰为波长范围在400~1800cm-1之间的十一个特征谱峰。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种基于傅里叶变换红外光谱法检测带鱼品质的方法，其特征在于，步骤（5）中比对为将待测带鱼样品与新鲜带鱼样品的特征谱峰的相对峰高和二阶导数图谱综合比对。
5.根据权利要求1或2或3所述的一种基于傅里叶变换红外光谱法检测带鱼品质的方法，其特征在于，步骤（5）中，待测带鱼样品与新鲜带鱼样品的特征谱峰的相对峰高差别越大，待测带鱼样品品质越差。
6.根据权利要求1或2或3所述的一种基于傅里叶变换红外光谱法检测带鱼品质的方法，其特征在于，步骤（5）中，待测带鱼样品与新鲜带鱼样品的二阶导数图谱的相似度＞0.6，待测带鱼样品品质一级；待测带鱼样品与新鲜带鱼样品的二阶导数图谱的相似度在0.45~0.6之间，待测带鱼样品品质二级；待测带鱼样品与新鲜带鱼样品的二阶导数图谱的相似度＜0.45，待测带鱼样品品质三级。
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