非线性化学指纹图谱结合模式识别方法在食品鉴别方面的应用研究

摘要

古人云，民以食为天，食以安为先。但近年来，各种食品安全“门”事件持续考验着广大人民群众的承受力。假冒伪劣产品泛滥成灾，让消费者对食品安全产生了深深的担忧，广大消费者对食品的安全和质量提出了更高的要求，如何健康饮食已渐渐成为人们的关注焦点。尤其像大米及食用油等作为日常生活中大量消费的食品，其安全和质量更需要严格控制。食品等复杂生物样品的快速检测鉴别已成为政府、企业、民众关注的热点和难点，因此，迫切需要建立一种简便快速准确可靠的方法来鉴别食品的品种、质量及真伪。本文利用B-Z振荡反应，研究了不同种类的大米、咖啡、茶叶、食用油及地沟油对非线性化学振荡体系的影响，分别得到其非线性化学指纹图谱及其特征参数，在理论上研究了食品非线性化学指纹图谱的原理，并结合主成分分析、聚类分析等模式识别方法分别对食品进行种类区分、真伪鉴别及质量评估等研究，充实了非线性化学指纹图谱对食品进行鉴别分析的理论，建立了有效的非线性化学鉴别新方法。
　　第一部分食品非线性化学指纹图谱的原理研究
　　研究了非线性化学反应中电极电位与时间的关系及非线性化学指纹图谱的E-t表达式，利用食品作用于“Ce4++ H2SO4+BrO3-+ CH2(COOH)2”体系，研究了不同食品对B-Z振荡反应体系的作用机理获得食品特征非线性化学指纹图谱，提出了指纹图谱的基本信息，讨论了食品对非线性化学振荡体系的E-t曲线的影响、图谱的特征性及重现性，将模式识别方法与指纹图谱直接比较法相结合，充分利用了图谱含有丰富的定性与定量信息，对不同大米和霉米品种及质量进行了鉴别和评估。结果表明，由于不同种类或不同质量的食品中氧化性和还原性组分与自由基活性组分及其相对含量不同，对Belousov-Zhabotinsky(B-Z)振荡反应体系中各组分产生的相互影响不同，引起诱导和振荡反应各种特征参数的变化，故获得的非线性化学指纹图谱形状及特征参数有明显区别。在一定条件下，获得具有各类食品整体化学组分群集特性的非线性化学指纹图谱，可客观准确地鉴别评价各类食品品种及质量。
　　第二部分速溶咖啡非线性化学指纹图谱及其种类和品牌区分与质量评价方法研究
　　研究了速溶咖啡非线性化学指纹图谱，利用B-Z振荡反应体系测定了来自8个种类的64个速溶咖啡样品的指纹图谱，讨论了非线性化学指纹图谱的重现性及样品的合适用量，能更好地对食品品种和质量进行鉴别和评价。利用咖啡样品的多元化指纹特征，通过主成分分析及聚类分析等模式识别方法对其种类、品牌及质量进行评价，鉴定结果的准确可靠。该方法具有无需预处理、操作简单、成本低、分析快速及鉴定结果可靠的的优点，为准确鉴别速溶咖啡品牌及质量提供了一种快速有效的电化学方法。
　　第三部分茶叶非线性化学指纹图谱及其品种、地理来源和发酵年份鉴别评价方法研究
　　研究了不同品种、不同地理来源及不同发酵年份茶叶的非线性化学指纹图谱，通过B-Z振荡体系获得17个不同品种的136个茶叶样品的指纹图谱并对其进行分析。讨论了茶叶非线性化学的重现性及样品用量，利用样品图谱的多元化指纹特征，包括曲线形状及十多种特征参数，建立茶叶指纹图谱数据库。利用模式识别方法对特征参数进行聚类，能很好的将同一品种分为一类不同品种区分开来，准确率较高，且非线性化学指纹图谱技术能较全面的反应食品的群集指纹特征和整体指纹特征，并能对未知样品很好地进行预测，从而有效地对不同品种、不同地理来源及不同发酵年份茶叶的质量进行鉴别。
　　第四部分食用油及地沟油非线性化学指纹图谱及其品牌和真伪鉴别评价方法研宄
　　收集15个不同种类食用油、15个不同来源精炼地沟油及9个掺地沟油的食用油共204个油样，分别测定其非线性指纹图谱。样品中特征氧化还原组分及其相对含量间的差异可以通过非线性化学指纹图谱更好的表现出来，利用样品图谱的多元化指纹特征，建立指纹图谱特征参数数据库。通过向反应体系中添加十二烷基苯磺酸钠(SDBS)克服了油样不溶于水、鉴别特征性差、反应重现性差及干扰图谱检测等难题。通过非线性化学振荡反应指纹图谱技术结合主成分分析等模式识别方法处理数据，结果可信度较高。该法主要优点是无需任何费时的化学处理及样品前处理，可直接进样整体检测，此外，该方法特征性强、操作简单、成本低、鉴定结果可靠性好、不受样品形态限制及在鉴别油样方面具有显著优势，较全面地反映了食用油及地沟油的组成成分及其相对含量和整体指纹特征，客观准确有效地鉴别食用油、地沟油及掺假油的品种和质量，为防止假冒伪劣、控制产品质量、保证食品安全提供了切实有效的检测手段，为农产品及复杂生物样品种类及质量评价提供了新的手段与方法。

目录

声明

摘要

第一章 非线性化学指纹图谱及其模式识别在食品鉴别方面的应用研究进展

1．1 研究背景及意义

1．2 非线性化学指纹图谱方法的产生和发展

1．3 化学模式识别方法研究进展

1．3．1 主成分分析

1．3．2 聚类分析

1．3．3 线性判别分析法

1．3．4 偏最小二乘法

1．4 指纹图谱结合模式识别在食品检测鉴别方面的应用研究

1．4．1 光(波)谱指纹图谱

1．4．2 色谱指纹图谱

1．4．3 质谱指纹图谱

1．4．4 DNA指纹图谱法

1．5 本文的主要研究内容及意义

第二章 食品非线性化学指纹图谱的原理研究

2．1 实验部分

2．1．1 仪器、试剂和材料

2．1．2 实验方法

2．2 结果与讨论

2．2．1 非线性化学指纹图谱B-t表达式

2．2．2 食品对B-Z振荡体系及其E-t曲线的影响

2．2．3 非线性化学指纹图谱特征参数

2．2．4 非线性化学指纹图谱的重现性

2．2．5 非线性化学指纹图谱的特征性

2．2．6 食品非线性化学指纹图谱解析方法

2．3 本章小结

第三章 速溶咖啡非线性化学指纹图谱及其种类和品牌区分与质量评价方法研究

3．1 实验部分

3．1．1 仪器、试剂和材料

3．1．2 实验方法

3．2 结果与讨论

3．2．1 速溶咖啡非线性化学指纹图谱的重现性

3．2．2 速溶咖啡样本用量对非线性化学指纹图谱的影响

3．2．3 速溶咖啡非线性化学指纹图谱的特征性

3．2．4 基于速溶咖啡非线性化学指纹图谱的主成分分析

3．2．5 基于速溶咖啡非线性化学指纹图谱的聚类分析

3．3 本章小结

第四章 茶叶非线性化学指纹图谱及其品种、地理来源和发酵年份鉴别评价方法研究

4．1 实验部分

4．1．1 仪器、试剂和材料

4．1．2 实验方法

4．2 结果与讨论

4．2．1 茶叶非线性化学指纹图谱的重现性

4．2．2 茶叶样本用量对非线性化学指纹图谱的影响

4．2．3 茶叶非线性化学指纹图谱的特征性

4．2．4 基于茶叶的非线性化学指纹图谱的主成分分析

4．2．5 基于茶叶的非线性化学指纹图谱的聚类分析

4．3 本章小结

第五章 食用油及地沟油非线性化学指纹图谱及其品牌和真伪鉴别评价方法研究

5．1 实验部分

5．1．1 仪器、试剂和材料

5．1．2 实验方法

5．2 结果与讨论

5．2．1 花生油样非线性化学指纹图谱的重现性

5．2．2 表面活性剂加入量对非线性化学指纹图谱的影响

5．2．3 油样加入量对非线性化学指纹图谱的影响

5．2．4 油样非线性化学指纹图谱的特征性

5．2．5 基于食用油、地沟油及掺假油的非线性化学指纹图谱的主成分分析

5．2．6 基于食用油、地沟油及掺假油的非线性化学指纹图谱的聚类分析

5．3 本章小结

参考文献

攻读硕士学位期间研究成果

致谢