高鳳偉，張東京，武以敏，費時龍

（宿州學(xué)院，安徽 宿州 234000）

基于近紅外光譜技術(shù)結(jié)合判別分析快速識別阿膠產(chǎn)品

高鳳偉，張東京，武以敏，費時龍

（宿州學(xué)院，安徽 宿州 234000）

產(chǎn)品的快速識別與鑒偽對規(guī)范阿膠產(chǎn)品市場具有非常重要的作用。研究采用近紅外光譜技術(shù)對豬皮膠、牛皮膠、驢皮膠3種阿膠產(chǎn)品進(jìn)行檢測分析，采用Fisher判別分析結(jié)合近紅外光譜技術(shù)進(jìn)行阿膠的分類識別研究，并構(gòu)建識別模型。試驗結(jié)果顯示，F(xiàn)isher判別分析模型預(yù)測集識別率達(dá)到100%，表明近紅外光譜技術(shù)可用于阿膠產(chǎn)品的快速識別。

阿膠；近紅外；Fisher判別分析；快速識別

0 引言

阿膠通常是由馬科動物驢的皮經(jīng)過煎熬，使其中的膠原經(jīng)過加熱分解后，再濃縮而成的一種固態(tài)膠體狀物質(zhì)[1]，是一種廣泛應(yīng)用到中醫(yī)臨床實驗中的名貴中藥材之一，其性平穩(wěn)、味道甘甜，有很好的臨床功效，如滋陰潤燥、補血、止血等[2,3]。目前，由于大眾生活水平的普遍提高，對阿膠產(chǎn)品的需求量也急劇增加，價格逐年增加。由于我國毛驢資源有限，市場供應(yīng)嚴(yán)重不足，價格相對較高[4]，一些不法商販基于利益制售假冒偽劣阿膠產(chǎn)品，因此，需要阿膠產(chǎn)品的識別與鑒偽。

目前，常規(guī)的阿膠產(chǎn)品的識別與鑒偽方法，主要包括感官評定法[5]、高效液相質(zhì)譜法[6]、理化檢測方法[7]、電泳法[8]、免疫化學(xué)法[9]、熱分析法[10]和分子檢測[11]等。雖然感官評定法方法簡單，但是該方法有較強(qiáng)的主觀性，結(jié)果重復(fù)性存在一定的缺陷。而以上其他指標(biāo)檢測法一般需要大型儀器或樣品預(yù)處理，步驟復(fù)雜、耗時較長，成本較高。因此，需要開發(fā)新型的檢測技術(shù)用于阿膠產(chǎn)品的快速識別與鑒偽。

近紅外（Near Infrared，NIR）光譜技術(shù)是一種新興的現(xiàn)代農(nóng)產(chǎn)品的檢測技術(shù)，檢測方法有一定的優(yōu)點，如簡單方便、分析快速、不破壞樣品等[12]。近紅外光譜的光譜通常選用的光譜范圍介于中紅外光譜和可見光光譜的范圍之間，波長范圍通常為780nm-2500nm或12820cm-1-4000cm-1。近紅外光譜檢測的主要根據(jù)是農(nóng)產(chǎn)品中含有-CH、-NH和-OH等含氫基團(tuán)的倍頻與合頻吸收，將這些光譜信息分析檢測。由于絕大多數(shù)的農(nóng)產(chǎn)品含有含氫基團(tuán)官能團(tuán)，農(nóng)產(chǎn)品樣品在近紅外區(qū)域都有對應(yīng)的吸收峰信息，通過匯總分析這些吸收信息即可對農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行快速定性或定量分析。同時，近紅外光譜技術(shù)根據(jù)不同的官能團(tuán)可以在一定的范圍內(nèi)同時完成農(nóng)產(chǎn)品中的多種化學(xué)成分的定性和定量分析的任務(wù)，其分析檢測結(jié)果和傳統(tǒng)的檢測結(jié)果比較接近，并且具有傳統(tǒng)方法無可比擬的優(yōu)勢，那就是近紅外分析檢測技術(shù)通常不用對農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行一定的預(yù)處理，也無需使用有機(jī)溶劑，檢測的農(nóng)產(chǎn)品樣品也不會有有機(jī)溶劑的殘留，基本上不會產(chǎn)生任何副作用，因此，在農(nóng)產(chǎn)品的快速識別和鑒定真?zhèn)沃械玫搅藦V泛的應(yīng)用[13，14]。在水果識別方面，鄭劍等[15]利用近紅外光譜結(jié)合Fisher模型對褐變板栗進(jìn)行無損快速分析檢測，得出所構(gòu)造的PLS-LS-SVM模型性能效果較好，結(jié)果顯示，對褐變板栗的識別率高達(dá)95%。許春瑾等人采用近紅外光譜結(jié)合馬氏距離-離差平方和法對不同產(chǎn)地的枸杞子進(jìn)行自動化快速鑒別分析中，樣品正確識別率達(dá)到了96.9%，模型效果較好。在肉制品識別方面，孟一等[16]利用近紅外光譜技術(shù)結(jié)合主成分分析法對不同動物源肉品進(jìn)行快速識別，模型正確識別率達(dá)100%，對豬肉、羊肉和牛肉的識別率分別達(dá)到99.28%、100%和97.42%。在豆制品識別方面，孫丹丹等[17]利用近紅外和中紅外技術(shù)在快速鑒別豆粕是否摻假的研究中，建立的PLS-DA和SVM分類模型對樣品的識別率均達(dá)到100%。近紅外光譜的檢測技術(shù)在阿膠產(chǎn)品的檢測與分析方面鮮有報道，本研究嘗試采用近紅外光譜技術(shù)結(jié)合Fisher模型判別分析實現(xiàn)阿膠樣品的快速識別與鑒偽。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

阿膠測試樣品類別：驢皮膠、豬皮膠和牛皮膠（市售）；近紅外光譜儀：AntarisⅡ傅立葉變換近紅外光譜儀。

1.2 數(shù)據(jù)處理

原始光譜數(shù)據(jù)降維采用主成分分析法（Principal Component Analysis，PCA） 進(jìn)行降維處理；Fisher判別分析用于構(gòu)建基于近紅外光譜技術(shù)的阿膠產(chǎn)品識別模型。數(shù)據(jù)處理均基于Matlab平臺。

1.3 阿膠樣品近紅外光譜數(shù)據(jù)采集

采用積分球模式采集阿膠樣品數(shù)據(jù)，在每個樣品上隨機(jī)選取12個點進(jìn)行光譜數(shù)據(jù)采集，原始光譜數(shù)據(jù)如圖1所示。

圖1 3種阿膠樣品的近紅外原始光譜圖

2 結(jié)果與分析

2.1 PCA結(jié)果

將阿膠樣本原始光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行一階導(dǎo)數(shù)處理后，進(jìn)行PCA分析，前3個主成分的光譜圖如圖2所示。從圖中可看出阿膠樣品前3個主成分累積得分為99.99%，可認(rèn)為能夠代表原始數(shù)據(jù)信息。從圖2也可以看出3種阿膠可明顯區(qū)分。

圖2 3種阿膠樣品近紅外數(shù)據(jù)前3個主成分得分圖

2.2 Fisher判別模型結(jié)果

以阿膠樣品前3個主成分得分為輸入構(gòu)建Fisher判別分析模型。在Fisher判別分析模型的構(gòu)建過程中以全部樣品作為訓(xùn)練集，采用回判法對模型性能進(jìn)行評價。圖3顯示了前兩個判別式對樣品的分布圖，此時回判準(zhǔn)確率為100%，模型效果非常好，可用于未知阿膠樣品的識別。

圖3 3種阿膠樣品Fisher判別分析散點圖

3 結(jié)論

本研究對3種阿膠產(chǎn)品進(jìn)行近紅外快速無損檢測，構(gòu)建了Fisher判別模型，從模型的預(yù)測性能來看，近紅外光譜技術(shù)可對3種阿膠樣品進(jìn)行準(zhǔn)確識別。由此可見，近紅外光譜技術(shù)在阿膠產(chǎn)品的快速識別方面具有廣闊的應(yīng)用前景，有望實現(xiàn)阿膠產(chǎn)品的快速鑒偽，這對于規(guī)范阿膠產(chǎn)品市場具有重要的實際應(yīng)用價值。

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Rapid Identification of Donkey-hide Gelatin Based on Near Infrared Spectroscopy and Discriminant Analysis

GAO Feng-wei，ZHANG Dong-jing，WU Yi-min，F(xiàn)EI Shi-long
(Suzhou University，Suzhou 234000，China)

The rapid identification and authentication of donkey-hide gelatin were vital to regulate the market of donkey-hide gelatin.Near infrared spectroscopy technique was employed to detect the pig skin gelatin，oxhide gelatin，and donkey-hide gelatin.Fisher discriminant analysis based on near infrared spectroscopy was used to identify three kinds of donkey-hide gelatin and build the discrimination analysis model.Results showed that the identification rate for prediction of the Fisher discriminant analysis model was 100%.The results showed that the near infrared spectroscopy combined with Fisher discriminant analysishad a great potential for rapid identification and authentication ofdonkey-hide gelatin.

donkey-hide gelatin；near infrared spectroscopy；Fisher discriminant analysis；rapid identification

O141.4

A

1674-3229（2017）03-0023-03

2017-04-10

宿州學(xué)院平臺項目（2015ykf01）；安徽省高校自然科學(xué)研究重點項目(KJ2016A770)；安徽省創(chuàng)新發(fā)展研究項目（2017CX051）。

高鳳偉（1986-），女，碩士，宿州學(xué)院數(shù)學(xué)與統(tǒng)計學(xué)院助教，研究方向：數(shù)學(xué)模型及應(yīng)用。