第35卷，第12期 2015年12月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
基于高光谱的奶中真蛋白质含量反演
张倩倩，谭琨
江苏省资源环境信息工程重点实验室（中国矿业大学），江苏徐州221116
Vol. 35 ,No. 12 -pp3436-3439
December, 2015
摘要牛奶蛋白质的分析和监测是奶制品行业中不可或缺的环节利用可见光/近红外反射光谱（350~ 250Onm进行纯牛奶中真蛋白质含量的快速定量反演。分别通过ASD地物光谱仪和CEM真蛋白质测定仪采集牛奶样本的反射光谱数据以及蛋白质含量数据，对比分析不同的光谱预处理方法和波段筛选方法，得到特征波段，最后利用主成分回归（PCR)和最小二乘支持向量机（LS-SVM模型建立牛奶反射光谱和蛋白质含量之间的定量校正模型，并对其预测能力进行比较，从而确定最优的牛奶中真蛋白质含量反演模型。实验结果证明：（1)比较不同光谱预处理方法，发现多元散射校正与二阶微分联合使用效果较好；(2)相对于全光谱建模，适当的特征变量优选有助于提高建模精度，缩短建模时间；（3)PCR的验证集决定系数R为 0.9522，验证集均方根误差RMSEP为0.0487，而LS-SVM的R为0.9580，RMSEP为0.0482，其预测精度要优于PCR。研究表明，可见光/近红外高光谱反射率数据可以为牛奶真蛋白质含量的检测提供一种快速、无损的新方法
关键词高光谱；牛奶；蛋白质；定量反演模型
中图分类号：X87
引言
文献标识码：A
DOI : 10. 3964 /j. issn. 1000-0593 (2015)12-3436-04
各种预处理方法、变量选择方法和建模方法对模型精度的影响，结果表明光谱技术可以有效地用于牛奶中真蛋白质含量的快速检测。
车奶中含有丰富的蛋百质等营养物质，已成为人们日常
生活中的必需品之一，其质量问题也受到越来越多的关注。目前，牛奶质检主要检测牛奶中蛋白质、脂肪等主要成分。检测方法有化学分析法、超声波法和光谱分析法等。传统的化学检测方法虽然检测精度较高，但是过程较为复杂，且化学试剂易造成环境污染。超声波法虽然速度快，但灵敏度较低且对温度墩感。光谱分析法因速度快、成本低、操作简单、消耗少、无污染等优点，成为牛奶产品质量检测的一种新方法，并产泛应用于农业、医药、化以及食晶等多个领域[1-4]。目前，牛奶成分含量检测的研究主要是利用近红外光谱区间（780~2500nm）54]，而可见光（360780nm）和中红外(2500～25000nm)区间的研究相对较少[7-8]
利用牛奶样本350～2500nm范围的高光谱反射数据，
结合蛋白质含量数据，通过对原始数据进行预处理及特征波段提取，最终建立了线性的主成分回归（principle component regression，PCR)和非线性的最小二乘支持向量机回归模型(least squares support vector machine , LS-SVM)。对比分析
收稿日期：2014-09-09，修订日期：2014-12-20
1实验部分 1.1样品采集
共选用40个牛奶样本，所有样本均取自蒙牛、伊利、田园、安佳等十多个国内外不同品牌的纯牛奶。所有样本按浓度梯度排序，依照3：1的比例将所有样本分为校正集和验
证集两部分，测量值的最大和最小值归为校正集。 1.2蛋自质含量测定
采用美国CEM公司生产的Sprint真蛋白质快速测定仪测定牛奶中的真蛋白质含量，以此作为真值检验光谱反演的结果。该仪器具有以下特点：直接测量真蛋白质含量，而非总氮含量，快速准确，操作简单，且无需危险性化学试剂。
测量得到的蛋白质含量统计结果见表1。 1.3反射光谱测量
反射光谱数据的测量采用美国ASD公司生产的高性能野外地物光谱仪FieldSpec3Hi-Res。实验于暗室内进行，将
基金项目：国家自然科学基金项目(41471356），中申央高校基本科研业务费专项资金项目(2014QNA33)和江苏高校优势学科建设工程项目资助
作者简介：张倩倩，女，1991年生，中国矿业大学硕士研究生
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