蜂蜜中果糖和葡萄糖近红外检测的差异性分析及优化研究45191.pdfVIP

第38卷 分析化学 FENXIHUAXUE 研究报告 第 1期 2010年 1月 ChineseJournalofAnalyticalChemistry 45—50 蜂蜜中果糖和葡萄糖近红外检测的差异性分析及优化研究 屠振华 朱大洲 籍保平 孟超英 王林舸 庆兆坤 中国农业大学食品科学与营养工程学院，北京 100083 国家农业信息化工程技术研究中心，北京 100097 中国农业大学信息与电气工程学院，北京 100083 摘 要 采集了来 自全国2O种单植物源和其它多植物源的 101份的蜂蜜样品，分别运用傅立叶型近红外光 谱仪采用光纤透反射 800～2500nm，2mm光程 和透射 800～1370BE，20mm光程 采集方式获得近红外 光谱，来预测蜂蜜中结构和含量都很相近的果糖和葡萄糖含量。结果发现，两种测量方式下果糖、葡萄糖的预 测准确度存在着较大的差异。为了分析这种差异产生的原因，采用支持向量机分析其非线性信息，采用遗传 算法分析其特征波长，结果表明：这种差异主要来 自两种糖分特征波长分布不同所导致。通过对两种糖分的 检测方案进行优化，得出在利用近红外光谱技术检测蜂蜜中葡萄糖成分含量时应尽量采集短波区、长光程的 光谱，或者对全谱区、短光程的光谱，进行特征波长的提取，避开水分的干扰，从而提高其预测精度；而对于果 糖，则应尽量采集全谱区、短光程的光谱；采用常用线性定量建模方法PLSR就可以得到很好的预测模型，非 线性 的支持向量机模型未能明显提升模型性能。 关键词 蜂蜜；近红外；果糖；葡萄糖；特征波长 l 引 言 蜂蜜中含有糖类、水分、矿物质、维生素、蛋白质、氨基酸乙酰胆碱、生物类黄酮等 180余种不同物质 成分。糖类物质是蜂蜜的基本成分，占70％～80％。其中，主要成分是葡萄糖和果糖，约 占总糖分的 85％～95％；其次是蔗糖，一般不超过 5％。除此之外，蜂蜜 中还含有少量如麦芽糖、乳糖 、棉子糖 、松三 糖等20余种双糖和多糖。果糖和葡萄糖的含量最高，分别约占蜂蜜质量的38％和31％ 一。 近红外光谱技术 具有快速、简便、无样品预处理、无损伤等特点，并结合化学计量学方法提取光 谱有效信息进行样品定性或定量分析被应用到很多领域。文献[3，4]研究了近红外透反射法对于蜂蜜 中果糖、葡萄糖含量检测的可行性，并取得了较好的效果，可以有效解决现有高效液相色谱法检测 中耗 时、繁琐的问题。对于果糖、葡萄糖这两种在蜂蜜中含量最高、化学结构相似的单糖类物质，不同学者研 究采用了不同光谱区间、光程等采集参数来探索其快速检测的可行性 。Qiu等 j利用 1mm光程、400～ 2500nm波段近红外光谱建立果糖和葡萄糖 PLS模型，预测集决定系数 R 分别为 0．97和 0．91。 Garcra等 利用2mm光程、400～2500nm波段近红外光谱建立果糖和葡萄糖 PLS模型，预测集决定系 数 R 分别为0．98和0．95。上述研究结果表明，运用近红外光谱技术可以对蜂蜜中的果糖和葡萄糖 含量进行快速检测，但仅集中于某种采集方式下线性定量模型的研究，尚未见对其非线性 问题的研究。 同时对于由于不同采集方式和参数下这两种单糖预测精度的差异性问题及其预测条件的优化问题也缺 乏深入研究。本研究通过比较光谱区间、光程等采集参数，采用偏最小二乘回归线性建模支持向量机非 线性建模、采用遗传算法分析蜂蜜中果糖和葡萄糖的特征波长等分析近红外光谱法检测蜂蜜中果糖和 葡萄糖含量的差异性问题，优化其最佳检测方案，以提高近gr~l,光谱法检测蜂蜜中果糖和葡萄糖含量的 预测精度，并为其在不同实际运用条件下提供可行的检测方案。 2 实验部分 2．1 蜂蜜样品的采集 本研究分别采集了四川、江苏、山西、山东、浙江、福建、河南、吉林、河北、安徽、河北、广西、陕西、辽 2009-07-09收稿；2009-08-25接受 本文系国家 “十～五”重大科技专项 2006BAD05A06．Z1 、中国农业大学科研启动基金 No．座机电话号码 和国家 自然科学基金 No．座机电话号码 资助 E—mail：qingzhaoshen@ cal1．edu．cn 分 析 化 学 第 38卷 宁、天津、北京等蜂蜜著名产地的蜂蜜样品，不仅充分代表 国内样品品种和产地的特性，也代表了我国蜂 蜜的主要出口品种的特征。 本研究的蜂蜜品种也具有很好的代表性，共收集洋槐、琵琶、枣花、五味子、益母草、紫云英、荆条、党 参、荔枝、椴树、枸杞、菊花、桂花、玫瑰花、山茶、油菜、柑橘、白刺花、罗布麻、丹参20种单植物源蜂蜜 Unifloralhoney ，以及混合植物源蜂蜜 Muhifloralhoney 共 101个蜂蜜样品。 2．2 光谱采集仪器及方法