基于近红外光谱技术建立鱼糜制品品质快速检测的方法

论文摘要

近红外光谱技术是目前迅猛发展的一种高新分析技术,它在农业、制药、石油化工及食品等领域的均得到了很好的应用,且其分析范围还在不断的拓展。鱼糜制品行业是目前加工水产品中最有发展前景的行业之一,其品质检测的传统方法存在实验复杂,周期长,检测结果滞后等缺点。本文以鱼糜及其制品为研究对象,在介绍了近红外光谱技术的基本原理、技术特点、一般检测方式和分析流程,以及分析了目前国内外关于近红外光谱的水产品领域应用现状的基础上,利用近红外光谱技术和化学计量学知识,研究了鱼糜制品品质的近红外快速检测的方法,主要包括：鱼糜原料种类及其掺杂鉴别,掺杂水平的定量测定；鱼丸加热凝胶终点温度的测定；鱼丸制品质构特性及凝胶强度的测定等检测方法的研究,以及对鱼糜热凝胶过程中蛋白质的结构与含量方面的变化做了初步研究。研究工作的主要内容与结论如下：（1）在1000～2500nm的波长范围内,采集鲈鱼（Lateolabrax japonicus）、草鱼（Clenopharyngodon idellus）、鲢鱼（Hypophthalmichthysmolitrix）、黑鱼（Channa argus）以及草鱼掺杂样品（5-30%的鲢鱼掺杂范围）的近红外光谱。在1100～2400nm的波长范围内,包含了用于定性判别和PLS定量分析的光谱信息。SIMCA模型的判别取得了较为满意的效果。判别结果显示,不同种类的鱼肉及掺杂的样品在主成分得分图上能够很好的区分开,仅有几个样品重叠在一起。草鱼鱼肉中掺杂含量的定量测定采用PLS法。经过MSC预处理得到测定的最优模型,其相关系数、RMSEC、 RMSEV值分别为：0.9809、1.63、1.90。研究证明,近红外光谱技术应用于鱼糜制品的原料质量控制是可行的。（2）采用近红外光谱技术建立鱼丸成型温度快速无损检测的方法。5个温度（40℃、50℃、70℃、80℃、90℃）下成型鱼丸被用于建模。SIMCA与PLS分别被用于定性判别和定量预测模型的建立。SIMCA判别结果显示,5个温度下成型的鱼丸能够较好的区分,判别准确率达到92%。通过比较不同光谱预处理对优化模型的作用,得到了R=0.97077,RMSEC为4.49,RMSEP为4.58的PLS定量模型。模型的预测值与实际值之间有较好的线性关系。结果表明近红外光谱技术可以有效实现鱼丸成型温度的定性判别与定量预测。（3）通过近红外光谱技术对鱼丸的质构特性及凝胶强度建立其PLS模型。在初步模型的基础上,分析比较各种光谱预处理对模型的优化效果,从而得到最优模型。最后得到较为理想的模型包括硬度、内聚性、咀嚼性、回复性及凝胶强度等指标。其模型的相关系数（R）、RMSEC和RMSEV值分别为：0.99635、13.5、13.1；0.90753、0.0182、0.0166；0.99154、12.3、11.9；0.94310、0.0246、0.0273；0.96919、23.2、27.4。然后经过t检验,发现硬度、内聚性、回复性及凝胶强度的近红外模型预测与质构仪分析的结果在统计学上没有显著性差异。结果表明了近红外光谱技术检测鱼丸的质构特性及凝胶强度的可行性（4）红娘鱼鱼糜在经过40-80℃间的不同温度热处理后,提取其中的肌原纤维蛋白。研究其在不同温度处理后,肌原纤维蛋白中蛋白巯基、蛋白聚集及蛋白质二级结构含量上变化。研究结果发现,蛋白质巯基含量随着加热温度的升高下降十分显著；肌球蛋白重链（MHC）在加热温度达到50℃就完全消失了,肌动蛋白（Actin）在60℃时也消失了,其他的蛋白则表现为明显的强度逐渐减弱；通过测定蛋白二级结构发现热处理使得蛋白质中的氢键被破坏,二级结构发生重排,α-螺旋和β-折叠的含量降低,无规则卷曲等无序结构含量上升。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 近红外光谱技术的简介
• 1.1.1 近红外光谱的原理及其特点
• 1.1.2 光谱数据预处理方法
• 1.1.3 化学计量学方法
• 1.1.4 近红外分析的一般步骤
• 1.1.5 模型评价指标
• 1.2 课题研究背景
• 1.2.1 鱼糜制品
• 1.2.2 鱼糜制品的检测方法现状
• 1.2.3 近红外光谱在水产品中的研究现状
• 1.3 课题研究目的及意义
• 第二章 近红外光谱技术在鱼肉种类鉴别、掺杂鉴别及掺杂水平定量测定的应用研究
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 样品制备与仪器
• 2.1.2 近红外光谱采集
• 2.1.3 化学计量学处理
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 鱼肉光谱特征
• 2.2.2 不同种鱼的主成分分析
• 2.2.3 掺杂样品与未掺杂样品的主成分分析
• 2.2.4 SIMCA判别分类
• 2.2.5 定量水平的测定
• 2.3 本章小结
• 第三章 近红外光谱技术检测鱼丸凝胶温度的方法研究
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 材料与仪器
• 3.1.2 样品制备
• 3.1.3 近红外光谱采集
• 3.1.4 光谱数据分析及预处理
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 鱼丸近红外光谱
• 3.2.2 SIMCA判别模型建立
• 3.2.3 PLS定量预测模型建立
• 3.2.4 模型预测结果与实际值的对比分析
• 3.3 本章结论
• 第四章 近红外光谱技术快速检测鱼丸凝胶特性的方法研究
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 材料与仪器
• 4.1.2 样品的制备
• 4.1.3 样品光谱的采集
• 4.1.4 鱼丸的TPA测定及凝胶强度测试
• 4.1.5 数据处理
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 TPA测试的结果
• 4.2.2 凝胶强度检测结果
• 4.2.3 定量模型的建立
• 4.2.4 定量模型的优化
• 4.2.5 模型预测结果与实际值的对比分析
• 4.2.6 模型质量的外部检验
• 4.3 本章小结
• 第五章 红娘鱼鱼糜的热处理凝胶机理的初步探讨
• 5.1 材料与方法
• 5.1.1 材料与仪器
• 5.1.2 实验方法
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 肌原纤维蛋白浓度测定
• 5.2.2 热处理对蛋白巯基含量的影响
• 5.2.3 肌原纤维蛋白的电泳分析
• 5.2.4 热处理对肌原纤维蛋白二级结构的影响
• 5.3 本章结论
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 硕士期间完成的论文
• 致谢