CN114166781B - 牛奶中游离的牛磺酸含量的中红外快速批量检测方法 - Google Patents
牛奶中游离的牛磺酸含量的中红外快速批量检测方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114166781B CN114166781B CN202111356647.4A CN202111356647A CN114166781B CN 114166781 B CN114166781 B CN 114166781B CN 202111356647 A CN202111356647 A CN 202111356647A CN 114166781 B CN114166781 B CN 114166781B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- milk
- taurine
- content
- model
- detection
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- XOAAWQZATWQOTB-UHFFFAOYSA-N taurine Chemical compound NCCS(O)(=O)=O XOAAWQZATWQOTB-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 86
- 235000013336 milk Nutrition 0.000 title claims abstract description 58
- 210000004080 milk Anatomy 0.000 title claims abstract description 58
- 239000008267 milk Substances 0.000 title claims abstract description 57
- 229960003080 taurine Drugs 0.000 title claims abstract description 43
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 28
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 claims description 12
- 238000010238 partial least squares regression Methods 0.000 claims description 8
- 238000009499 grossing Methods 0.000 claims description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 13
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 11
- 235000013365 dairy product Nutrition 0.000 abstract description 10
- 238000012216 screening Methods 0.000 abstract description 8
- 235000020185 raw untreated milk Nutrition 0.000 abstract description 3
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 26
- 238000004476 mid-IR spectroscopy Methods 0.000 description 21
- 241000283690 Bos taurus Species 0.000 description 12
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 12
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 description 9
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 7
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 239000012086 standard solution Substances 0.000 description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 6
- 238000012549 training Methods 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 description 4
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 4
- 238000004128 high performance liquid chromatography Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- WWZKQHOCKIZLMA-UHFFFAOYSA-N octanoic acid Chemical compound CCCCCCCC(O)=O WWZKQHOCKIZLMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 4
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 description 3
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000002790 cross-validation Methods 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 3
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 3
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 3
- 238000010187 selection method Methods 0.000 description 3
- WXHLLJAMBQLULT-UHFFFAOYSA-N 2-[[6-[4-(2-hydroxyethyl)piperazin-1-yl]-2-methylpyrimidin-4-yl]amino]-n-(2-methyl-6-sulfanylphenyl)-1,3-thiazole-5-carboxamide;hydrate Chemical compound O.C=1C(N2CCN(CCO)CC2)=NC(C)=NC=1NC(S1)=NC=C1C(=O)NC1=C(C)C=CC=C1S WXHLLJAMBQLULT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 2
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 2
- OBETXYAYXDNJHR-UHFFFAOYSA-N alpha-ethylcaproic acid Natural products CCCCC(CC)C(O)=O OBETXYAYXDNJHR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 2
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 238000010828 elution Methods 0.000 description 2
- 235000020776 essential amino acid Nutrition 0.000 description 2
- 239000003797 essential amino acid Substances 0.000 description 2
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 2
- 150000002632 lipids Chemical class 0.000 description 2
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- FEMOMIGRRWSMCU-UHFFFAOYSA-N ninhydrin Chemical compound C1=CC=C2C(=O)C(O)(O)C(=O)C2=C1 FEMOMIGRRWSMCU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 2
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 2
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 2
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 2
- 239000012898 sample dilution Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 2
- SDHMGKANHNMOSS-UHFFFAOYSA-N 1-aminoethanesulfonic acid Chemical compound CC(N)S(O)(=O)=O SDHMGKANHNMOSS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XFHNDVPKJVCYBJ-UHFFFAOYSA-N 1-bromo-1-nitropropane-1,2-diol Chemical compound CC(O)C(O)(Br)[N+]([O-])=O XFHNDVPKJVCYBJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-M Bisulfite Chemical compound OS([O-])=O LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 208000024172 Cardiovascular disease Diseases 0.000 description 1
- KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N EDTA Chemical compound OC(=O)CN(CC(O)=O)CCN(CC(O)=O)CC(O)=O KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010062767 Hypophysitis Diseases 0.000 description 1
- 241000237502 Ostreidae Species 0.000 description 1
- 235000008331 Pinus X rigitaeda Nutrition 0.000 description 1
- 235000011613 Pinus brutia Nutrition 0.000 description 1
- 241000018646 Pinus brutia Species 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 1
- 210000004100 adrenal gland Anatomy 0.000 description 1
- 125000003275 alpha amino acid group Chemical group 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000022 bacteriostatic agent Substances 0.000 description 1
- 238000003287 bathing Methods 0.000 description 1
- 230000008827 biological function Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 210000005013 brain tissue Anatomy 0.000 description 1
- 210000000481 breast Anatomy 0.000 description 1
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 1
- 238000004737 colorimetric analysis Methods 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 230000000536 complexating effect Effects 0.000 description 1
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000001212 derivatisation Methods 0.000 description 1
- 230000000249 desinfective effect Effects 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 1
- 235000020774 essential nutrients Nutrition 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 235000013350 formula milk Nutrition 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 230000002068 genetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012248 genetic selection Methods 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000020256 human milk Nutrition 0.000 description 1
- 210000004251 human milk Anatomy 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000012417 linear regression Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 210000000653 nervous system Anatomy 0.000 description 1
- 235000021049 nutrient content Nutrition 0.000 description 1
- 235000016709 nutrition Nutrition 0.000 description 1
- 230000035764 nutrition Effects 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 235000020636 oyster Nutrition 0.000 description 1
- 230000004962 physiological condition Effects 0.000 description 1
- 230000035790 physiological processes and functions Effects 0.000 description 1
- 210000003635 pituitary gland Anatomy 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 239000003755 preservative agent Substances 0.000 description 1
- 230000002335 preservative effect Effects 0.000 description 1
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 description 1
- 230000003449 preventive effect Effects 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 235000021075 protein intake Nutrition 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 210000001525 retina Anatomy 0.000 description 1
- 238000000638 solvent extraction Methods 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004885 tandem mass spectrometry Methods 0.000 description 1
- 238000004448 titration Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 230000014616 translation Effects 0.000 description 1
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
- G01N21/3577—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing liquids, e.g. polluted water
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
本发明属于奶牛性能测定和牛奶品质检测领域，公开了牛奶中游离的牛磺酸含量的中红外快速批量检测方法。申请人在特征波段的选择方面，打破了常用的使用算法筛选特征，而是使用人工手动选择+多次遍历的方法。最终选取用于建模的特征波段，特别是筛选出了包含部分水的吸收区域，并证明了增加部分水吸收波段可以提升模型的准确性。经过比较确认选用了同一个牛奶样本测定第一次的MIR进行建模效果更好，选取了牛磺酸模型建立的最优预处理与算法组合，确定了最优参数，提高了模型的准确性。实现了原料奶中牛磺酸含量的快速、准确、低成本的检测，实现了快速批量检测。
Description
技术领域
本发明属于奶牛性能测定和牛奶品质检测领域，具体涉及牛奶中游离的牛磺酸含量的中红外快速批量检测方法。
背景技术
奶及奶制品在儿童和成人的蛋白质摄入量中占很大比例，是人体获取营养成份的重要来源，被誉为“白色血液”[1]。牛奶中的氨基酸组成与人奶相似，必需氨基酸种类和含量丰富，是较为优质的蛋白质资源。
牛磺酸(Taurine,Tau)又称α-氨基乙磺酸，是一种含硫非蛋白氨基酸，分子式为NH2CH2CH2SO3H，在牛奶中仅以游离形式存在，1989年Gaull等提出牛磺酸为人体的条件必需氨基酸[2]。牛磺酸虽然不参与蛋白质的生物合成，但却是维持机体正常生命活动的重要活性物质，被称为“人生命活动的润滑剂”，因此，牛奶中牛磺酸含量的分析及其检测技术的发展对牛奶的品质提升和生产指导具有重要意义，同时，对人的食品健康有着十分重要的影响。
牛磺酸广泛分布于人和动物体内的各个组织中，肾上腺、垂体、视网膜和松果体等组织中更为丰富[3]。许多资料证明牛磺酸是动物生命活动不可或缺的营养物质，具有十分重要的生物学功能，如降低血糖[4-6]、促进脂类的吸收[7-8]、保护视觉神经系统、抗氧化[9-10]、防治心血管疾病、促进婴幼儿脑组织和智力的发育等。
常见的牛磺酸测定方法有滴定法[11-12]、比色法[13]、薄层扫描法[14-15]、高效液相色谱法[16-17]和高效液相色谱串联质谱法[18]及氨基酸自动分析仪分析法[19]等，其中高效液相色谱法应用最为广泛，也是我国目前牛磺酸测定的国家标准方法。此类方法虽能够满足对待测物的定量检测，但成本高、操作复杂、效率低等问题也限制了其应用。中红外光谱MIR(Mid-Infrared Spectroscopy)技术是一种基于分子对光的吸收、散射、反射与透射等特性对物质进行定量和定性分析的检测技术，具有快速无损、精确高效、多组份同时测定等优点，目前已在品质检测、真假掺伪等方面广泛应用。在我国，通过MIR预测牛奶营养物质含量及奶牛的生理状况已经逐渐兴起，现已建立起对牛奶中的蛋白总含量和脂肪总含量等指标进行预测的模型。
然而，目前国内外均没有开展基于MIR的牛奶中牛磺酸含量检测技术的研究，因而需要建立适合于中国奶牛的牛磺酸含量检测方法，实现牛奶中牛磺酸含量的快速、准确和高通量测定，一方面用于奶牛性能测定，从而建立优质奶牛的性能档案体系(良种登记)，为奶牛遗传选择和遗传改良提供表型数据；另一方面用于原料牛奶中牛磺酸含量快速测定，为乳制品类型及其加工工艺的快速决定、以及功能性奶制品的发展提供参考。本发明针对目前存在的问题，建立基于MIR的牛奶中牛磺酸含量的快速检测技术，为中国奶牛业和乳品业的发展提供技术支撑、奶牛性能和奶品质数据。
发明内容
本发明的目的在于提供了牛奶中游离的牛磺酸含量的中红外快速批量检测方法，方法简单，快速，与真实值相比，准确率高。
为了达到上述目的，本发明采取以下技术措施：
牛奶中游离的牛磺酸含量的中红外快速批量检测方法，包括下述步骤：
1.采集牛奶样本中的红外光谱中特征波段为：925.92cm-1-1138.11cm-1、1203.67cm-1-1612.64cm-1、1697.52cm-1-2067.89cm-1、2125.76cm-1-2361.10cm-1、2496.13cm-1-3063.25cm-1与3638.09cm-1-3993.03cm-1中的MIR数据；
2、将测定所得到的MIR数据代入SG(w＝5,p＝2)+PLSR(n_component＝29)模型中，即可输出牛磺酸含量的预测结果。
以上所述的方法中，优选的，步骤1中每一段波段前后允许有两个波点的差距。
本发明的保护内容还包括：上述检测方法用于检测牛奶中游离的牛磺酸含量。
与现有技术相比，本发明优点在于：
1.在特征波段的选择方面，打破了常用的使用算法筛选特征，而是使用人工手动选择+多次遍历的方法。最终选取用于建模的特征波段，特别是筛选出了包含部分水的吸收区域，并证明了增加部分水吸收波段可以提升模型的准确性。
2.经过比较确认选用了同一个牛奶样本测定第一次的MIR进行建模效果更好，提供了参考依据。
3.选取了牛磺酸模型建立的最优预处理与算法组合，确定了最优参数，提高了模型的准确性。
4.实现了原料奶中牛磺酸含量的快速、准确、低成本的检测，实现了快速批量检测，每一个样本的测定时间仅需10-15秒，提高了检测效率，具有较强的实用性，将可广泛应用于奶牛性能测定和牛奶质量品质检测。
附图说明
图1为未经处理的牛奶样品中红外光谱图(a)与平均光谱图(b)。
图2为SG预处理后的牛奶样品中红外光谱图。
图3为选取的六个特征波段光谱总图(a)以及每个特征波段放大图(b)。
图4为模型牛奶数据真实值与预测值相关性与拟合直线图。
具体实施方式
本发明所述技术方案，如未特别说明，均为本领域的常规方案；所述试剂或材料，如未特别说明，均来源于商业渠道。
1.实验材料
试验材料来源于中国四个地区9个奶牛场的187头中国荷斯坦牛，每头牛采集一份奶样，奶样采集利用自动挤奶装置完成，先用消毒后的毛巾擦拭牛奶房，然后用碘甘油混合溶液对乳房消毒，挤掉前三把乳汁后，对挤奶全过程奶样进行采集，每份奶样采集40ml，分装到直径3.5cm，高9cm的圆柱形全新采样瓶里，依次编号，并向每个采样瓶里立即加入溴硝丙二醇防腐剂，缓慢摇晃使其充分溶解，运回途中在奶样周围放置冰袋(2-4℃)防止变质，样本到达实验室后立即进行光谱采集。所有牛奶样品均采集了两次光谱数据。
样本信息统计表
2.中红外光谱测定与采集
将样品倒入直径3.5cm，高9cm的圆柱形样品管中，在42℃水浴锅中水浴15-20min，使用FOSS公司的MilkoScanTM7RM乳成分检测仪，将固体光纤探头伸到液体中，对样品进行混匀后扫描。
3.牛奶中牛磺酸的真实(参考)值检测方法
3.1仪器、设备和试剂
全自动氨基酸分析仪(德国Sykam S433D)；游离氨基酸分析柱(LCA K07/Li，4.6mm×150mm)；游离氨基酸分析除氨柱；针管过滤器；0.45μm尼龙滤膜；涡漩振荡器；离心机；进样瓶。
氨基酸标准溶液(34AA，PH游离，货号AA-S000031)；茚三酮(N105629-500g，阿拉丁)；缓冲液A、缓冲液B、缓冲液C、再生液D均购买于德国Sykam公司；LiOH×H2O；柠檬酸×H2O；HC1(浓度为37％)；辛酸；磺基水杨酸；其他试剂均为国产分析纯。
缓冲液A、缓冲液B、缓冲液C、再生液D、样品稀释液的配置
注：
(1)所有溶液均应用0.45μm膜过滤后使用；
(2)“*pH”表示可用此成份调解pH值；
(3)EDTA用于络合重金属，不加不影响试剂使用；
(4)辛酸是抑菌剂，延长试剂存放期，不加也不影响使用。
3.2实验方法
3.2.1中红外光谱的采集
利用MilkoScanTM FT+进行光谱采集，具体采集步骤为：将奶样分批放入45℃电热恒温水浴锅内预热5min，预热好的奶样放在检测架上上下摇晃数次使牛奶胶状溶液混合均匀，将检测架放在检测履带上，打开瓶盖，依次进行检测，采集完光谱后的奶样置于-20℃冷冻保存，用于后续牛奶中牛磺酸含量的测定。
3.2.2牛奶中牛磺酸含量的测定
(1)100nmol/mL标准液配制
取100μL标准液(Sykam公司原装PH型氨基酸标准溶液，其中除尿素浓度为10μmol/mL 其他氨基酸浓度为1μmol/mL)加900μL样品稀释液，涡旋混匀。上机前用0.45μm尼龙滤膜过滤。
(2)奶样的处理
吸取约8ml奶样于离心管中，3000rpm离心5min(达到分离固态物的目的即可)，若奶样中悬浮物不至于干扰取样均匀性，则此步骤可跳过；
离心后准确吸取上清液1ml于另外的离心试管中，加入2％磺基水杨酸9ml，混匀静置 15min；
设置离心机转速为3000rpm离心20min或10000rpm离心10min，离心后取上清液；
上机前用0.45μm尼龙滤膜过滤。
(3)色谱条件
色谱柱：LCA K07/Li
流速：洗脱泵0.45ml/min+衍生泵0.25ml/min
检测波长：570nm+440nm
反应器温度：38～74℃梯度升温
柱温程序
流动相梯度洗脱条件
平均每批次检测20个样品，一批次只需进样一次标准液，若中途更换试剂(流动相、茚三酮等)，则标准液需重新进样。
4.有效样本的选择
187个样本中，剔除掉样本变质、损耗、中红外光谱测定异常、样本参考值测定异常等操作导致的无效数据，共剔除掉了11个异常样本，选择了176个样本进行模型的建立与优化。
实施例1：
牛磺酸的预测模型算法的选择：
本申请目的为建立牛磺酸的定量测定模型，所以使用建模算法为回归算法。回归算法种类很多，本实施例主要使用了岭回归(Ridge)与偏最小二乘回归(PLSR)[9]算法进行模型建立与对比，理由如下：
岭回归是线性回归的一种。只是在算法建立回归方程时候，岭回归加入了正则化的限制，从而达到解决过拟合的效果。正则化有两种，分别为l1正则化l2正则化，l2正则化相比于l1正则化的优势在于：(1)可以进行交叉验证(2)实现了随机梯度下降。岭回归就是加入了l2正则化后的线性回归模型，保留了线性回归的优点，符合模型建立的要求，而且结果较为稳定，是较常使用的基础算法之一，因此本实施例选择了此算法为待选算法。
偏最小二乘回归算法是多特征样本中非常有效的算法之一。中红外光谱数据中，每一个样本对应1060个波点，是多特征样本的代表。同时偏最小二乘回归算法很少出现过拟合情况，所以很多中红外光谱的研究者们会选择使用偏最小二乘回归算法进行模型的建立，因此本实施例选择了此算法为待选算法。
实施例2：
中红外光谱测定次数及其使用方式的筛选：
本申请使用的所有样本均进行了连续两次的光谱采集，目的是通过比较同一样本不同测定次数和所得到三种MIR数据(第一次、第二次、二次平均)对建模准确性的影响，筛选出最有效的MIR数据进行建模。因有研究者认为两次测定的平均光谱MIR可能提升建模准确性，所以本实施例将第一次、第二次、二次平均光谱MIR去掉水波段以及大于4000cm-1部分进行建模，比较分析模型的准确度，结果如下表：
Ridge算法比较结果:
经过两种算法比较结果综合考虑，最终选择第一次光谱MIR进行建模。
实施例3：
中红外光谱检测牛奶中牛磺酸含量的方法的建立：
1.建模数据集的划分
本实施例中的建模数据集划分中，75％为训练集，25％为测试集。训练集与测试集的比例为3：1，同时训练集又叫做交叉验证集，在训练模型的过程中进行10折交叉验证。
2.建模MIR数据预处理方法的筛选
有效特征筛选是对光谱数据进行处理的基本操作，目的是为了消噪，并为提取特征打好基础。有效特征筛选主要有特征抽取、特征预处理与特征降维三种。本实施例主要对光谱数据进行特征预处理，首先，采用SG(卷积平滑)、MSC(多元散射校正)、SNV(标准正态变量变换)、diff1(一阶差分)和diff2(二阶差分)等五种处理方法对光谱数据进行特征预处理，
3.建模特征波段的手动选择过程及确定
选取特征波段的方法有很多，主要包括算法选取特征与手动选取特征两种，算法选取特征的原理主要来源于各波点与参考值之间的相关性，优点在于速度快、效率高，但缺点在于忽略了相邻波点之间的协同作用，思路较为单一。手动选取特征的优点在于选择的过程中可以强化波段(即相邻波点)的作用，同时可以在提升模型的过程中更多得保留光谱的原始信息状态，包容性与泛化能力更强，选取波段准确，缺点在于选择速度慢，效率低。
本实施例选取特征波段采用手动选取的方法，选取步骤如下：
(1)确定基本算法，由实施例2可知偏最小二乘回归算法的效果整体偏高，所以最终选择偏最小二乘回归算法作为牛磺酸预测算法。
(2)确定最佳预处理组合。将样本去掉水波段以及大于4000cm-1部分进行实施例3中的预处理并进行比较，由结果确定最佳预处理为：SG(w＝5,p＝2)，结果如表(图2)所示：
在确定MIR数据是SG(w＝5,p＝2)预处理的基础上，建模特征波段的手动选择过程如下：
(1)去掉1593.35cm-1-1709.1cm-1与3059.39cm-1-3641.95cm-1两段与水吸收相关的光谱区域，根据预实验，发现，保留部分水吸收相关的光谱区域可提升模型的准确度，因此，在预实验之后的此步骤中，并未完全去掉水吸收相关的光谱区域。
(2)去掉4000cm-1-5011.54cm-1两段光谱区域，因为此区域为非中红外吸收区域。
(3)将剩下的区域分为六段，小于1593.35cm-1的区域为第一段，大于3641.95cm-1为最后一段，1709.1cm-1与3059.39cm-1中间的波段平均分为四段。
(4)以50个波点为一组，使用偏最小二乘回归算法，首先将第一段波段临界处两端波点增加或减少一组波点，寻找最优效果，并以此为基础对第二段波段进行类似操作，最终将六个波段全部完成一轮操作后算第一次遍历完成。
(5)在第一次遍历完成后进行第二次、第三次或更多次的手动遍历，直到所有的波点不再变化为止，即为最优特征波段。
最终经过七轮筛选，得到最优结果，如表所示：
最终选取的特征波段结果为：925.92cm-1-1138.11cm-1、1203.67cm-1-1612.64cm-1、1697.52cm-1-2067.89cm-1、2125.76cm-1-2361.10cm-1、2496.13cm-1-3063.25cm-1与3638.09cm-1-3993.03cm-1，每一段前后允许有两个波点的差距(图3)。
结果发现模型中添加少量第二段水吸收区域后，模型可以达到最优效果，说明牛磺酸的特征波段包含少量第二段水吸收区域。
4.模型参数的筛选确定
模型参数包括预处理方法的参数以及算法的参数；
预处理算法中SG卷积平滑预处理的参数选择结果对比如下：
根据对比结果，最终选择SG平滑点数为5,窗口宽度为2。
偏最小二乘回归算法的参数：主成分(n_component)，参数选择结果对比如下：
根据对比结果，最终选择主成分(n_component)为29。
经过对比分析，牛磺酸的最佳回归模型为：SG(w＝5,p＝2)+PLSR(n_component＝29)模型。训练集和测试集相关系数分别为0.8914和0.9029；训练集和测试集均方根误差分别为 40.2117和56.0466。
实施例4：
牛奶中牛磺酸的中红外光谱MIR的快速批量检测方法的应用：
利用建立的牛磺酸最佳回归模型(SG(w＝5,p＝2)+PLSR(n_component＝29))对随机选取的3 个牛奶样本(非176份实验材料之一)进行预测，并将预测结果与真实值比较。
模型使用方法：
1.采集牛奶样本中的红外光谱中特征波段为：925.92cm-1-1138.11cm-1、1203.67cm-1-1612.64cm-1、1697.52cm-1-2067.89cm-1、2125.76cm-1-2361.10cm-1、2496.13cm-1-3063.25cm-1与3638.09cm-1-3993.03cm-1中的MIR数据；
同时利用全自动氨基酸分析仪检测同批次牛奶中的牛磺酸真实值。
2、将测定所得到的MIR数据代入实施例3构建的SG(w＝5,p＝2)+PLSR(n_component＝29) 模型中，即可输出牛磺酸含量的预测结果。
该模型预测的结果与真实结果非常接近(如下表，图4)，故该模型的准确性较高，可用于牛奶的牛磺酸含量预测。
| 样本标号 | 实际值(nmol/ml) | 预测值(nmol/ml) |
| 1 | 179.871 | 201.219 |
| 2 | 291.323 | 285.691 |
| 3 | 218.621 | 228.453 |
参考文献
[1]张嫚.原料乳——中国乳业发展瓶颈[J].中国食品工业,2006(11):42-43.
[2]陈申如,胡阳,倪辉,郝更新,杨燊.高效液相色谱法测定牡蛎中牛磺酸含量[J].中国食品学报,2013,13(02):193-198.
[3]陈玉珍.牛磺酸的生理功能及其应用[J].解放军预防医学杂志,1994(04):329-332.
[4]Lapson WG,Kramer JH,Schaffer SW.Potentiation of the actions ofinsulin by taurine[J].Can J Physiol Pharmacol,1983,61(5):457-463.
[5]Mc Carty MF.Exploiting complementary therapeutic strategies forthe treatment of typeⅡdiabetes and prevention of its complications[J].MedHypotheses,1997,49(2):143-152.
[6]高亚,郭俊霞,张艳贞,陈文.牛磺酸降血糖作用研究进展[J].中国食品学报,2016,16(01):202-210.
[7]马尹鹏,施寿荣.牛磺酸的生物学功能及其在禽类生产中的应用概述[J].家畜生态学报,2019,40(11):86-90.
[8]YAN C C,BRAVO E,A.Effect of taurine levels on liverlipid metabolism:an in vivo study in the rat[J].Proceedings of the Societyfor Experimental Biology and Medicine.Society for Experimental Biology andMedicine(New York),1993,202(1):88-96.
[9]张晓丹,蔡瑞雪,吕高照,曲彩霞.牛磺酸对阿霉素所致大鼠心肌线粒体损伤的影响[J].中成药,2011,33(02):218-221.
[10]邱小琮,赵红雪,王远吉,白文贤.牛磺酸对鲤非特异性免疫及抗氧化能力的影响[J].上海水产大学学报,2008(04):429-434.
[11]段文军,万新祥.返滴定法测定牛磺酸钙中的钙[J].分析试验室,2000(06):98.
[12]谢循策,张崇生.牛磺酸颗粒的自动电位滴定法测定[J].中国医药工业杂志,2005(03):174-175.
[13]周艳军,戴寿昌,童敏.用比色法测定牛磺酸滴眼剂的含量[J].浙江药学,1986(04):28-30.
[14]惠秋沙.薄层扫描法测定保健饮料中牛磺酸的含量[J].食品与药品,2011,13(07):276-278. [15]杨菊辉.薄层扫描法测定牛磺酸含量[J].黑龙江科技信息,2011(09):69.
[16]Determination of Taurine in Biological Samples by High-Performance Liquid Chromatography Using 4-Fluoro-7-Nitrobenzofurazan as aDerivatizing Agent[J].Biomedical and Environmental Sciences,2011,24(05):537-542.
[17]史海良.高效液相色谱法快速测定含乳饮料中的牛磺酸[J].农业机械,2012(06):125-127.
[18]Massimo Ricciutelli et al.Simultaneous determination of taurine,glucuronolactone and glucuronic acid in energy drinks by ultra highperformance liquid chromatography–tandem mass spectrometry(triple quadrupole)[J].Journal of Chromatography A,2014,1364:303-307.
[19]刘常凯,何林飞,辛丽娜.氨基酸分析仪检测婴幼儿奶粉中牛磺酸含量[J].食品安全质量检测学报,2019,10(12):3957-3961。
Claims (3)
1.牛奶中游离的牛磺酸含量的中红外快速批量检测方法，包括下述步骤：
1）. 采集牛奶样本中的红外光谱中特征波段为：925.92 cm-1-1138.11 cm-1 、1203.67cm-1-1612.64 cm-1 、1697.52 cm-1-2067.89 cm-1 、2125.76cm-1-2361.10 cm-1 、2496.13 cm-1-3063.25 cm-1 与3638.09 cm-1-3993.03 cm-1中的MIR数据；
2）. 将测定所得到的MIR数据代入SG卷积平滑+偏最小二乘回归PLSR模型中，即可输出牛磺酸含量的预测结果；其中，SG卷积平滑的平滑点数为5，窗口宽度为2；偏最小二乘回归PLSR的主成分为29。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1）中每一段波段前后允许有两个波点的差距。
3.权利要求1所述方法在检测牛奶中游离的牛磺酸含量中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111356647.4A CN114166781B (zh) | 2021-11-16 | 2021-11-16 | 牛奶中游离的牛磺酸含量的中红外快速批量检测方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111356647.4A CN114166781B (zh) | 2021-11-16 | 2021-11-16 | 牛奶中游离的牛磺酸含量的中红外快速批量检测方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114166781A CN114166781A (zh) | 2022-03-11 |
| CN114166781B true CN114166781B (zh) | 2024-02-13 |
Family
ID=80479419
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111356647.4A Active CN114166781B (zh) | 2021-11-16 | 2021-11-16 | 牛奶中游离的牛磺酸含量的中红外快速批量检测方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114166781B (zh) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103822894A (zh) * | 2014-02-11 | 2014-05-28 | 广东恒兴饲料实业股份有限公司 | 一种基于近红外光谱法快速检测鱼粉中牛磺酸含量的方法 |
| CN105044019A (zh) * | 2015-06-01 | 2015-11-11 | 浙江万里学院 | 海产品处理过程中牛磺酸含量的快速检测方法 |
| CN113049540A (zh) * | 2019-12-27 | 2021-06-29 | 湖北远大生命科学与技术有限责任公司 | 确定溶液中牛磺酸含量的方法和纯化牛磺酸的方法 |
-
2021
- 2021-11-16 CN CN202111356647.4A patent/CN114166781B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103822894A (zh) * | 2014-02-11 | 2014-05-28 | 广东恒兴饲料实业股份有限公司 | 一种基于近红外光谱法快速检测鱼粉中牛磺酸含量的方法 |
| CN105044019A (zh) * | 2015-06-01 | 2015-11-11 | 浙江万里学院 | 海产品处理过程中牛磺酸含量的快速检测方法 |
| CN113049540A (zh) * | 2019-12-27 | 2021-06-29 | 湖北远大生命科学与技术有限责任公司 | 确定溶液中牛磺酸含量的方法和纯化牛磺酸的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114166781A (zh) | 2022-03-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3734254B1 (en) | Method for determining water soluble protein content (wspc) in soybean by near infrared spectroscopy (nirs) | |
| Pan et al. | Quantification of glycated hemoglobin indicator HbA1c through near-infrared spectroscopy | |
| CN114166781B (zh) | 牛奶中游离的牛磺酸含量的中红外快速批量检测方法 | |
| CN114166780B (zh) | 牛奶中游离的赖氨酸含量的中红外快速批量检测方法 | |
| CN114166779B (zh) | 牛奶中β-酪蛋白的中红外快速批量检测方法 | |
| CN114166790B (zh) | 牛奶中游离的蛋氨酸含量的中红外快速批量检测方法 | |
| CN114166783B (zh) | 牛奶中游离的异亮氨酸含量的中红外快速批量检测方法 | |
| CN114166782B (zh) | 牛奶中游离的缬氨酸含量的中红外快速批量检测方法 | |
| CN114166789B (zh) | 牛奶中游离必需氨基酸总含量的中红外快速批量检测方法 | |
| Andueza et al. | Prediction of the intramuscular connective tissue components of fresh and freeze-dried samples by near infrared spectroscopy | |
| CN114184571B (zh) | 牛奶中总酪蛋白含量的中红外快速批量检测方法 | |
| CN114166788B (zh) | 牛奶中游离氨基酸总含量的中红外快速批量检测方法 | |
| JP2002005827A (ja) | 被検体の情報を得る方法 | |
| CN114544540B (zh) | 牛奶中A2型β酪蛋白含量的快速批量检测方法 | |
| CN114184572B (zh) | 牛奶中α-乳白蛋白的中红外快速批量检测方法 | |
| CN114184573B (zh) | 牛奶中κ-酪蛋白的中红外快速批量检测方法 | |
| CN116136494A (zh) | 牛奶中乳铁蛋白含量的mir快速批量检测方法 | |
| CN113916824A (zh) | 牛奶中αs1-酪蛋白的中红外快速批量检测方法 | |
| CN116067908A (zh) | 牛奶中多不饱和脂肪酸的中红外快速批量检测方法 | |
| CN114166787B (zh) | 水牛奶中蛋白含量的中红外光谱检测方法及应用 | |
| CN118566165A (zh) | 牛奶中总必需氨基酸含量的快速批量检测方法 | |
| Tsenkova et al. | Interrelation Between the Composition and Near-Infrared Spectra of Milk, Blood Plasma and Rumen Juice of Lactating Cows | |
| CN114166785B (zh) | 水牛奶中脂肪含量的中红外快速批量检测方法及应用 | |
| CN114166786B (zh) | 水牛奶中总固形物含量的中红外光谱快速批量检测方法及应用 | |
| Li et al. | Application of siSVR-Vis/NIR to the nondestructive determination of acid detergent fiber content in corn straw |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |