奶粉蛋白质含量光学快速检测方法的研究

摘要

近年来不断出现的奶粉质量问题正日益引起人们对奶粉质量监控的重视。如何快速检测奶粉的质量成了一个亟待解决的问题。目前奶粉的主要质量问题是蛋白质含量不达标。传统的蛋白质检测方法耗时较长、对操作人员的要求较高，因而无法满足现代质量控制的要求，因此需要研究一种简单快速的检测奶粉中蛋白质含量的方法。 该文研究了两种快速检测奶粉蛋白质的方法：近红外漫反射光谱法和染料结合法，这两种方法都属于光学方法。对近红外漫反射光谱方法进行了可行性研究，对染料结合法进行了实验研究及仪器开发，并对这两种光学方法进行了比较。 近红外检测技术具有检测速度快、不破坏样品，能够实现多参数同时检测，便于在线分析等特点，在食品分析领域具有广阔的应用前景。该文采用漫反射分析技术，在美国Nicolet公司的近红外傅立叶变换光谱仪上进行了奶粉蛋白质含量检测的探索性研究。首先确定了奶粉样品光谱的扫描次数，装样条件，评价了进样操作带来的误差。研究了SNV和MSC预处理算法，采用偏最小二乘回归(PLS)算法建立了奶粉蛋白质的模型，经过SNV预处理后模型的相关系数为0.98，RMSEP为0.43％。实验结果表明SNV和MSC算法都可以有效地减小粒子大小不同，进样密度不同等引起的散射干扰，提高了建模精度。为了减少建模计算工作量，利用蛋白质在近红外光谱区的11个特征吸收峰进行了波长优选，建模的相关系数为0.95，RMSEP为0.68％。 染料结合法具有分析速度快，检测成本低的优点。该文首先研究了酸性橙12染料的光谱特性，确定了奶粉先加水溶解再与染料反应比奶粉直接与染料反应实验误差更小，模型线性更好。验证了通过测量483nm处的酸性橙12的吸光度值来获得奶粉蛋白质含量的可行性。在仪器设计部分，介绍了系统总体设计，电路及单片机控制系统设计。仪器采用发光二极管作为光源，取代传统的光源和分光器件，简化了仪器结构、降低了仪器成本。仪器的稳定性为0.12％。利用已知蛋白质浓度的奶粉样品对仪器进行了标定，蛋白质含量与吸光度的相关系数为0.994，测量的标准偏差为0.22％，基本可以满足蛋白质测量的要求。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1研究的目的及意义

1.2现有方法及检测现状

1.2.1半微量凯氏定氮法

1.2.2紫外线吸收光谱法

1.2.3近红外光谱法

1.2.4染料结合法

1.3本文主要内容

第二章奶粉蛋白质含量光学测量方法的基本理论

2.1分子吸收光谱

2.2朗伯-比尔定律

2.3分光光度计

2.3.1分光光度计的组成

2.3.2紫外可见分光光度计

2.3.3近红外光谱仪器

2.4光谱分析技术

2.4.1数据处理方法

2.4.2主要评价指标

2.5奶粉的物理化学性质

2.5.1奶粉的分类及组成

2.5.2奶粉颗粒的大小

2.5.3奶粉的表观密度

2.6小结

第三章近红外漫反射光谱法的实验研究

3.1实验用光谱仪

3.2实验条件的选择

3.2.1扫描次数

3.2.2装样条件

3.3预处理方法

3.3.1标准正态变量变换

3.3.2多元散射校正

3.4奶粉实验

3.5小结

第四章染料结合法测量奶粉蛋白质含量的基础实验

4.1染料结合法的基本原理

4.2缓冲溶液的选择

4.3实验系统

4.4实验所需试剂配制方法

4.5酸性橙12的光谱特性

4.6奶粉实验

4.6.1奶粉直接与酸性橙12发生反应

4.6.2实验影响因素分析

4.6.3奶粉样品处理方法的改进

4.7小结

第五章基于染料结合法的奶粉蛋白质含量测定仪的研制

5.1系统整体设计

5.2 LED光源

5.3光电检测器

5.4电路设计

5.4.1LED驱动电路

5.4.2光电转换及放大电路

5.4.3 A/D转换

5.5单片机系统设计

5.5.1硬件系统

5.5.2软件设计

5.6仪器稳定性评价及标定

5.6.1稳定性评价

5.6.2仪器标定实验

5.7小结

第六章总结与展望

6.1全文总结

6.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文和参加科研的情况

致谢