靳 皓 楊仁杰 董馳靜 劉嘉豪 段朝陽

（天津農(nóng)學(xué)院 工程技術(shù)學(xué)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(bào)道屢見不鮮，蜂蜜的品質(zhì)受到別國嚴(yán)重質(zhì)疑，導(dǎo)致我國的天然蜂蜜可信度越來越低[2]。為此，需要研究先進(jìn)的檢測方法來有效抵制造假行為。

近年來，國內(nèi)一些學(xué)者對(duì)蜂蜜摻假的檢測做了相應(yīng)的研究。比如，陳雷等[3]使用氫核磁共振的方法對(duì)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(duì)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(duì)蜂蜜中摻假大米糖漿做了研究等。相對(duì)來說，使用近紅外光譜法結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)的方法來檢測蜂蜜摻假有較多的報(bào)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(gè)減少為150個(gè)，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(tuán)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(jìn)行50℃水浴至結(jié)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?jǐn)嚢杌旌暇鶆颍㈧o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(gè)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(gè)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(fēng)機(jī)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(jié)果與分析

2.1 確定 PCs數(shù)

使用全部21個(gè)樣品的全譜數(shù)據(jù)，結(jié)合交互驗(yàn)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(yàn)證

把21個(gè)樣品以2:1的比例建模、驗(yàn)證，如圖3和圖4所示，

圖2 用校正集的14個(gè)樣品建模

Correlation為0.994，RMSEC為3.250。

圖3 用驗(yàn)證集的7個(gè)樣品驗(yàn)證

Correlation為0.978，RMSEP為6.093。

2.3 MSC+SiPLS重新建模并驗(yàn)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(biāo)度化的方法預(yù)處理數(shù)據(jù)，結(jié)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(gè)間隔，所得結(jié)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(gè)間隔協(xié)同，這2個(gè)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(yàn)證，結(jié)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(yàn)證

Correlation為0.980，RMSEP為5.639。

3 結(jié)論

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

本實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(huì)增加樣品數(shù)，從而使這種方法的使用更有說服力。