用近紅外光譜法檢測洋槐蜂蜜中摻假麥芽糖漿

靳 皓 楊仁杰 董馳靜 劉嘉豪 段朝陽

（天津農(nóng)學院 工程技術學院，天津300384）

蜂蜜是一種蜜蜂采集植物的花蜜、分泌物或者蜜露，與自身分泌物混合后，經(jīng)充分釀造而成的天然甜物質(zhì)[1]。作為大自然賦予人們的一種常見的健康食品，深受不同國家、不同年齡人的喜愛。中國自古就盛產(chǎn)蜂蜜，出口量也較多，但是近年來國內(nèi)蜂蜜造假的報道屢見不鮮，蜂蜜的品質(zhì)受到別國嚴重質(zhì)疑，導致我國的天然蜂蜜可信度越來越低[2]。為此，需要研究先進的檢測方法來有效抵制造假行為。

近年來，國內(nèi)一些學者對蜂蜜摻假的檢測做了相應的研究。比如，陳雷等[3]使用氫核磁共振的方法對油菜蜜中摻假果葡糖漿做了研究，裴高璞等[4]使用電子鼻的方法對油菜蜜中摻假大米糖漿做了研究，張妍楠等[5]使用近紅外光譜法對蜂蜜中摻假大米糖漿做了研究等。相對來說，使用近紅外光譜法結合化學計量學的方法來檢測蜂蜜摻假有較多的報道[6-11]，其中的摻假物主要為甜菜糖漿、果葡糖漿、麥芽糖漿、淀粉糖漿等[7,8,12,13]。李水芳等[12]研究蜂蜜中摻假麥芽糖漿，按照摻假的質(zhì)量百分比分為5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、45%、55%、65%，共10種，用偏最小二乘-線性判別分析法處理光譜數(shù)據(jù)，使用全譜數(shù)據(jù)；本研究把摻假比例以5%為增量共分為21種，涵蓋了所有的摻假比例，用偏最小二乘-篩選波長的方法處理數(shù)據(jù)，把全譜數(shù)據(jù)減少了10倍，即自變量數(shù)由1501個減少為150個，提高了模型的可靠性。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

選用的蜂蜜為中糧集團旗下某品牌100%天然洋槐蜂蜜。麥芽糖漿為以純大米為原料加工成的麥芽糖漿。將購買的天然蜂蜜和麥芽糖漿置于4℃冰箱中冷藏待用。所用傅里葉變換近紅外光譜儀系PerkinElmer公司生產(chǎn)。

1.2 樣本的制備

將天然蜂蜜和麥芽糖漿從冰箱中取出，放置直到室溫，然后進行50℃水浴至結晶完全溶解。以0.5g為增量，用天平分別稱取0～10g麥芽糖漿，再添加天然蜂蜜至10g，充分攪拌混合均勻，并靜置于室溫備用。以麥芽糖漿和總摻假蜂蜜的質(zhì)量比來定義摻假度：未摻假的天然蜂蜜摻假度為0；9.5g蜂蜜摻假0.5g麥芽糖漿的摻假度為5%；9g蜂蜜摻假1g麥芽糖漿的摻假度為10%……以此類推，由此可制備得0%～100%，5%為增量的21個摻假度樣品。

1.3 光譜采集

制備樣品后，倒入約占光譜儀中樣品池的1/2的樣品量即可，注意盡量不要將氣泡壓入樣品池。以空的樣品池為背景，用近紅外光譜儀以漫透射方式采集光譜，光程為5mm，光譜測定范圍400～1000cm-1，掃描次數(shù)為32次，分辨率4cm-1。每采集完1個樣品，先用清水洗凈玻璃容器，再用酒精清洗2遍，然后用吹風機完全吹干。

1.4 數(shù)據(jù)處理方法

使用Unscrambler和Matlab軟件做數(shù)據(jù)處理，后者主要用來篩選波長。

2 結果與分析

2.1 確定 PCs數(shù)

使用全部21個樣品的全譜數(shù)據(jù)，結合交互驗證的方法建模。根據(jù)Residual Validation Variance圖，確定PCs為4，如圖1所示。

圖1 確定PCs數(shù)

觀察Inf l uence圖、Score圖等，未發(fā)現(xiàn)異常樣品。

2.2 建模并驗證

把21個樣品以2:1的比例建模、驗證，如圖3和圖4所示，

圖2 用校正集的14個樣品建模

Correlation為0.994，RMSEC為3.250。

圖3 用驗證集的7個樣品驗證

Correlation為0.978，RMSEP為6.093。

2.3 MSC+SiPLS重新建模并驗證

由于蜂蜜與麥芽糖漿的混合物中容易混有微小的氣泡，所以使用多元散射校正修正光譜是合適的。這里使用了多元散射校正和自標度化的方法預處理數(shù)據(jù)，結合協(xié)同間隔偏最小二乘法篩選出波長。把光譜分等為20個間隔，所得結果如表1所示，

表1 協(xié)同間隔偏最小二乘法篩選波長

選擇RMSECV值最小的2個間隔協(xié)同，這2個間隔的波數(shù)范圍是5500～5800cm-1、7600～7900cm-1，如圖4所示，

圖4 用協(xié)同間隔偏最小二乘法篩選波長

用篩選出的波長重新建模及驗證，結果如圖5和圖6所示，

圖5 重新建模

Correlation為0.995，RMSEC為3.083。

圖6 重新驗證

Correlation為0.980，RMSEP為5.639。

3 結論

通過多元散射校正和自標度化預處理光譜數(shù)據(jù)，結合協(xié)同間隔偏最小二乘法篩選波長，可以使主成分數(shù)由4個減少為3個，自變量由1501個減少為152個，使得模型更加可靠。從數(shù)據(jù)處理的結果可以看到，通過近紅外光譜法結合化學計量學的方法檢測洋槐蜂蜜中摻假麥芽糖漿具有可行性。

本實驗的難點在于樣品的配制。由于蜂蜜和麥芽糖漿的粘稠度高，要想做到充分混合難度較大。所以在實驗中采用了水浴的方法，即把盛有蜂蜜和麥芽糖漿的容器浸泡在50℃左右的水中，蜂蜜和麥芽糖漿遇熱后粘稠度大大降低，在50℃左右的水溫下將二者充分混合。但是在混合的過程中易產(chǎn)生氣泡。為了減小氣泡的產(chǎn)生，攪拌不宜劇烈。

還是由于蜂蜜和麥芽糖漿的粘稠度大，所以本實驗只配置了以5%為增量的樣品。如果能配置增量更小的樣品，便會增加樣品數(shù)，從而使這種方法的使用更有說服力。