基于冷冻干燥基础的猪肉营养成分近红外快速检测模型构建.pdf
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1、天津农业科学TianjinAgricultural Sciences畜牧兽医与水产养殖基于冷冻干燥基础的猪肉营养成分近红外快速检测模型构建2023,29(10):37-41梁世岳1,李泽青2,李宁1,魏勇跃3,旦智草4,闫峻1(1.天津市畜禽分子育种与生物技术重点实验室/天津市畜禽健康养殖工程技术中心/天津市农业科学院畜牧兽医研究所,天津300381;2.天津市农业发展服务中心,天津30 0 0 6 1;3.天津市武清区农业发展服务中心,天津30 17 0 0;4.甘南藏族自治州科学技术情报研究所,甘肃合作7 4 7 0 0 0)摘要:为建立和优化基于冷冻干燥基础猪肉样品的水分、粗蛋白和粗脂肪
2、近红外定量预测模型,分别以130 个冷冻干燥猪肉粉近红外光谱(near infrared reflectance spectroscopy,NIRS)和其中的水分、粗蛋白、粗脂肪含量为研究对象,应用偏最小二乘法(partial least squares regression,PLS)、内部交叉验证和外部验证建立和优化冷冻干燥猪肉粉水分、粗蛋白、粗脂肪的近红外定量预测模型。结果表明:最优冷冻干燥猪肉粉水分、粗蛋白、粗脂肪含量模型的相关系数(R2)分别为9 6.58%、9 9.31%、9 9.4 7%;交互验证标准偏差(RMSECV)分别为0.30 5、0.7 4 2、0.6 9 2;预测标准偏
3、差(RMSEP)值分别为0.2 9 4、2.2 9 7、0.4 6 0。综上,基于冷冻干燥基础的猪肉营养成分近红外快速检测各指标模型的R2均在9 6%以上,RMSECV值均在0.8 以下,RMSEP值均在2.3以下,证明此次冷冻干燥猪肉粉营养成分近红外快速检测模型构建成功。关键词:冷冻干燥;猪肉;近红外光谱技术;营养成分中图分类号:S872Pork Nutritional Ingredients Based on Freezing and Dry Foundation Near Infrared Fast Detection ModelConstructionLIANG Shiyue,LI Z
4、eqing,LI Ning,WEI Yongyue,DAN Zhicao*,YAN Jun(1.Tianjin Key Laboratory of Animal Molecular Breeding and Biotechnology/Tianjin Livestock and Poultry Health Breeding Technology En-gineering Center/Institute of Animal Science and Veterinary,Tianjin Academy of Agricultural Sciences,Tianjin 300381,China;
5、2.Tianjin A-gricultural Development Service Center,Tianjin 300061,China;3.Tianjin Wuqing District Agricultural Development Service Center,Tianjin301700,China;4.Institute of Science and Technology Information of Gannan Tibetan Autonomous Prefecture,Hezuo,Gansu 747000,China)Abstract:In order to establ
6、ish and optimize the near infrared quantitative prediction model for moisture,crude protein,and crude fatcontent of freeze-dried pork powder.Taking the near infrared spectroscopy(NIRS)and moisture,crude protein,and crude fat contentof 130 pork lyophilized powder as the research object,partial least
7、squares regression(PLS),internal interactive verification and exter-nal verification were used respectively to establish and optimize the near infrared quantitative prediction model for moisture,crudeprotein,and crude fat content of freeze-dried pork powder.The results showed that the R?values of mo
8、isture,crude protein,and crudefat content in the model were 96.58%,99.31%,and 99.47%,respectively.The RMSECV values were 0.305,0.742,and 0.692,re-spectively.The RMSEP values were 0.294,2.297,and 0.460,respectively.In conclusion,the R2 of each indicator model for rapid de-tection of pork nutritional
9、composition based on freeze-drying using near-infrared spectroscopy is above 96%,with RMSECV valuesbelow 0.8 and RMSEP values below 2.3.This proved the successful construction of a near-infrared rapid detection model for the nu-tritional components of freeze-dried pork powder.Key words:freeze-drying
10、;pork;near infrared spectroscopy technology;nutritional ingredients近年来,随着人们群众生活水平的提高,市场对优良品质猪肉的需求逐渐增加,对猪肉营养成分检测的时效性提出了更高要求。目前,我国猪肉营养成分的检测方法多为传统的国标法,这种检测方法耗时长、成本高、检测结果等待时间长、收费也较高。为满足市场需要,迫切需要开发一种优化猪肉营养收稿日期:2 0 2 3-0 4-2 6基金项目:天津市中央引导地方科技发展专项(2 2 ZYCGSN00130);天津市科技重大专项与工程项目(19 ZXZYSN00120);天津市生猪产业技术体系
11、创新团队母仔猪营养岗(ITTPRS2021005);甘肃省民生科技专项一乡村振兴专题项目(2 0 2 1-0 30 6-NCC-0180);天津市农业科学院财政种业创新研究项目(畜禽种质资源创新及高效繁育技术研究)作者简介:梁世岳(19 9 2 一),男,天津人,助理研究员,主要从事饲料品质检测、新饲料资源开发与有效性评价研究。通讯作者简介:闫峻(19 8 4 一),男,江苏徐州人,博士,副研究员,主要从事畜禽营养调控、新饲料资源开发与有效性评价研究。文献标识码:AD01编码:10.39 6 9/j.issn.1006-6500.2023.10.007成分快速检测的新方法。20世纪8 0 年代
12、后期,近红外光谱技术(nearinfrared reflectance spectroscopy,NIRS)因为其具有检测速度快、无需化学试剂、无污染、非破坏性、成本低、可以检测多种化学成分含量及其特性、适合于大规模产业化生产等优点迅速发展起来 2-3,并且在食38品 4-5、药物 6-7 、饲料 3.8 等各个领域得到了广泛应用。利用近红外光谱技术对肉制品中水分、粗脂肪、粗蛋白等含量的研究国内外已有很多报道 19-10 ,表明近红外光谱可以对猪肉进行快速检测。对肉制品的研究中,多数是以肉糜形式进行检测,基于冷冻干燥方法的研究相对较少。冷冻干燥利用了冰晶升华的原理,在高度真空的环境下将冻结的水
13、分直接从冰升华为蒸汽。其优点是干燥后的物料可以保持原来的化学成分和物理特性。研究表明,使用冷冻干燥的方法处理肉样的效果优于肉糜样品,冷冻干燥方法可以使样品的肌纤维保存完好,散射效果更明显。同时冷冻干燥样品的水分含量极低,测定结果也会优于非冷冻干燥样品。为避免因猪肉鲜样水分过高而导致的预测模型准确度不高的问题,本试验主要研究基于冷冻干燥基础的猪肉的水分、粗蛋白、粗脂肪在近红外光谱区域的特征吸收,优选出其水分、粗蛋白、粗脂肪的最佳预处理方法与在近红外光谱区域的最佳波段选择范围,建立基于冷冻干燥基础的猪肉营养成分近红外定量校正模型,为今后猪肉中营养成分的定量检测提供一种快速准确的检测方法。1材料与方
14、法1.1试验材料冷冻干燥猪肉粉130 头份,取猪左侧体背最长肌,将肌肉样本切成0.5cm小块,在真空冷冻干燥机中冷冻干燥12 h,为了减少因样品不均匀以及样品的温度和湿度的不同对采集光谱的影响,所有样品统一研磨成粉末状在低温研磨机中压碎,放入自封口袋中抽真空冷冻保存,用于实验室化学分析和近红外光谱扫描。1.2样品营养成分测定冷冻干燥排除的水分测定:在冷冻干燥前将切好的肌肉样本称质量记录,冷冻干燥完成后再次称质量,计算出冷冻干燥排除的水分值,换算出鲜肉的营养成分。冷冻干燥后的样品,测定水分、粗蛋白和粗脂肪分别参照GB/T64352014饲料中水分的测定、GB/T64322018饲料中粗蛋白的测定
15、凯氏定氮法、GB/T64332006饲料中粗脂肪的测定的方法进行测定。1.3样品的近红外光谱采集本研究选用近红外光谱仪(BRUKERTANGO-天津农业科学R),并使用IN311-S样品杯(直径50 mm),取满杯样品置于IN311/C 的旋转台中进行光谱扫描。为了提高建模的稳定性,本研究对每个样品重复采集2次光谱,用2 次光谱作为该样本的光谱信息进行分析。本研究收集了130 头份冷冻干燥猪肉粉,全部样品的近红外反射光谱图如图1所示,近红外有多处吸收峰,可以作为定量分析的依据,将收集的冷冻干燥猪肉粉样品按4:1的比例随机分为定标集和验证集3,即随机取10 4 份作为定标集,另外2 6 份作为验
16、证集。1.5F1.00.50.012.000图中曲线为扫描130 头份冷冻干燥猪肉粉样品后得到的图1冷冻干燥猪肉粉扫描光谱图1.4异常样品的剔除以及近红外模型预处理方法与波段的选择将定标集的10 4 头份冷冻干燥猪肉粉样品的光谱图,与实测值进行关联,利用仪器自带的OPUS7.8软件分别计算实测值与近红外光谱预测值间的R?及RMSECV,并进行进行异常样品的剔除以及优化,得到的冷冻干燥猪肉粉水分模型的最佳波段选择范围为7 50 0 54 4 7.8 nm、4 4 2 5.8 4 2 4 4.5nm,最佳预处理方法为一阶导数+矢量归一化(SNV);粗蛋白模型的最佳波段选择范围为8 4 4 7.8
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