近红外光谱法快速测定含乳饮料中增稠剂含量

王会，陆建良

（1.聊城大学食品科学与工程系，山东聊城252059；2.浙江大学茶学系，浙江杭州310029）

近红外光谱法快速测定含乳饮料中增稠剂含量

王会1，陆建良2

（1.聊城大学食品科学与工程系，山东聊城252059；2.浙江大学茶学系，浙江杭州310029）

研究近红外光谱法快速测定含乳饮料中增稠剂的含量的技术方法。应用近红外光谱仪，以含增稠剂乳饮料为研究对象，通过NIR扫描和NIRCAL分析优化，获得了在单种增稠剂存在条件下具有较好预测效果的定量数学模型。同时研究也发现，在应用上述模型进行预测时应注意模型的适用基质以及浓度适用范围。应用NIR对含乳饮料中增稠剂的定量检测方法作为企业产品质量内控是可行的，而将此方法作为含乳饮料中增稠剂的定性和定量尚需进一步的试验研究。

含乳饮料；增稠剂；近红外光谱

黄原胶、果胶、海藻酸钠、羧甲基纤维素钠（CMC）等都属于天然高分子多糖或者多糖衍生物，常用作乳化剂或增稠稳定剂。由于这类化合物所有的良好特性，在饮料工业中为了增加产品稳定性或改善口感等原因而添加一定数量的这类化合物。但即使是同一种商品胶类，往往没有明确的分子量，也是一种具有相似分子特性的混合物，这就给定性和定量带来很多不便。目前这类化合物的测定方法通常采用重量法、金属离子沉淀法、酶解法、HPLC法、近红外光谱法等。但是这些方法操作往往非常繁琐，不能适用于生产线上的快速监测。

近红外光谱分析是近年来食品分析领域应用较快的方法，该方法的主要特点是无需将被测定目标物分离纯化，也不管目标物的存在形态是固态还是液态，却能直接进行扫描分析，根据事先的标准目标物建立起来的数学模型进行定量[1-2]。目前这一方法已在淀粉糖生产等得到应用，并取得良好的效果[3]。本试验通过含胶乳饮料制备、NIR扫描和数据分析，获得具有实际应用价值的含乳饮料中CMC和黄原胶等增稠剂的定量数学模型。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

黄原胶：淄博顺达生物化学有限公司；脱脂奶粉（蛋白质含量32%）：完达山企业集团乳品有限公司；BUCHIN200 NIR：Buchi labortechnik AG，Switzerland公司。

1.2 方法

1.2.1 含胶乳饮料的配制

50 g/L脱脂牛奶母液：取100 g脱脂奶粉，加2 L沸蒸馏水，并加热溶解，冷却后加水补足至2 L，该溶液即为A液。2 000mg/L黄原胶母液：取2 g黄原胶置于1 LA液的烧杯中，加热助溶，冷却后以蒸馏水补足至1 L，该溶液即为B液。

梯度黄原胶液体奶待测液：将A液与B液按一定比例调配，使终浓度形成100mg/L～1 000mg/L的黄原胶梯度待测液（浓度梯度为20mg/L，体积为50mL），每个处理重复3次。

1.2.2 NIR扫描

将BUCHIN200NIR预热2 h后，进行硬件调谐和软件自检.并进行含黄原胶液体奶样品NIR扫描，扫描波段为1 000 nm～2 500 nm（4 000 cm-1～10 000 cm-1），分辨率为3.856 96CM-1，每样品扫描1次，每60分钟仪器自动进行空白参比[4]。

1.2.3 波谱分析、建模和验证

采用BUCHIN200供应商提供的统计分析软件NIRCAL（v4.01），按浓度随机抽取60%波谱作为建模集数据，剩余40%作为验证集波谱.根据软件说明进行数据分析和验证[5]。

2 结果与分析

2.1 乳饮料中黄原胶NIR分析

对141个不同浓度处理的黄原胶样品（0，100mg/L～1 000mg/L）进行扫描，从原始波谱图可以看出，含黄原胶液体奶样品在1 450 nm和1 950 nm附近出现2个主峰（图1）。

图1 含黄原胶乳饮料的NIR原始波谱Fig.1 TheoriginalNIR spectroscopy ofm ilk beveragescontaining xanthan gum

由NIR CAL软件对波谱数据进行平滑预处理（Smooth Savitzky-Golay 9 points）后，并采用主成分相关分析（principal component regression，PCR）从12个一级因子（primary factor）中提取10个二级因子（second factor），如图2。

图2 根据黄原胶波谱数据提取的主因子Fig.2 Them ain factor of xanthan gum spectrum data extraction

以其中的85个波谱数据用于建模，并以此模型对剩余波谱进行预测和验证，结果显示，黄原胶预测值f（x）与原始参考值存在f（x）=0.972x+9.347的线性关系，该方程的相关系数R为0.98，而且从预测结果看，当黄原胶浓度低于200mg/L时，该模型的预测效果不佳（图3）。

图3 黄原胶模型对验证集样品的预测效果Fig.3 The predictiveeffectof xanthan gum on the validation set sam plesmodel

由于上述模型对低于200mg/L的黄原胶预测效果不理想，故而对200mg/L～1 000mg/L的黄原胶原始数据重新进行分析，数据分析方法为偏最小二乘法（partial leastsquare，PLS），从7个一级因子中提取4个二级因子作为建模因子（图4）。

图4 优化后根据原始数据提取的主因子Fig.4 Themain factor oforiginaldata extraction after optim ization

经因子提取和滤波处理后，黄原胶样品在1 100、1 460、1 490、1 580、1 775～1 825、2 000 nm和2 075 nm～2 100 nm出现特征吸收（多糖羟基、糖苷和氢键），结果如图5。

图5 黄原胶特征波谱Fig.5 The characteristic spectrum of xanthan gum

相关分析也显示，黄原胶浓度主要与1 100 nm等处吸光度存在较高的相关性（图6）。

图6 黄原胶特征波长的相关性分析结果Fig.6 Analysis resultsof correlation of xanthan gum characteristic wavelength

根据上述因子以PLS方法建模，并以此模型进行预测验证，该模型预测值f（x）与验证集原始参考值x的关系为f（x）=1.004 7x+7.844 3，该方程的相关系数R为0.99（图7，表1）。说明优化后的模型对未知样品中黄原胶的预测效果较好。

图7 优化后模型对验证集样品的预测结果Fig.7 Thepredicted resultsof theoptim izedm odelon the validation set samples

通过NIR扫描和NIRCAL分析优化，建立了用于液态奶中黄原胶分析的预测模型，该模型对200mg/L～1 000mg/L浓度的黄原胶有较好的预测效果，该预测模型主要建立在黄原胶1 100 nm等处的特征吸收基础之上，预测结果与原始参考值的相关系数达到0.99。

2.2 乳饮料中CMC、阿拉伯胶、明胶的NIR分析

通过含增稠剂乳饮料的配制、NIR扫描及波谱分析、建模和验证（具体参照黄原胶的NIR分析），建立液体乳饮料中CMC、阿拉伯胶、明胶的NIR预测模型，见表2。

表1 优化前后黄原胶模型主要参数比较Table1 Comparison ofmain parametersof xanthan gum model beforeand after optim ization

表2 各增稠剂定量模型特点Table2 The characteristicsof quantitativemodelof thickening agent

3 结论与讨论

以NIRCAL软件对原始数据进行了统计分析、建模、优化和验证，获得了在单种增稠剂存在条件下具有较好预测效果的定量数学模型。应用黄原胶、羧甲基纤维素钠、阿拉伯胶、以及明胶预测模型所得预测值与原始参考值的相关系数均超过0.97（表1）。同时研究也发现，在应用上述模型进行预测时应注意模型的适用基质以及浓度适用范围。应用NIR对含乳饮料中增稠剂的定量检测方法作为企业产品质量内控是可行的，而将此方法作为增稠剂的定性和定量尚需进一步的试验研究。

[1]黄艳,王锡昌.近红外光谱分析在食品检测中的最新进展[J].食品研究与开发,2007,28(7):137-139

[2] 崔艳莉,冀晓磊,古丽菲娅,等.近红外光谱在在果蔬品质无损检测中的研究进展[J].农产品加工学刊,2007(7):84-86

[3] 刘宵,杨维旭.近红外光谱(NIR)在淀粉糖生产中的应用[J].淀粉与淀粉糖,2004(3):40-45

[4] 谢丽娟,刘东红,张宇环,等.近红外光谱技术定量测定杨梅汁可溶性固形物[J].光谱学与光谱分析,2007,27(7):1332-1335

[5]唐长波,岳田利.近红外光谱法检测果汁中的富马酸[J].西北农业学报,2007,16(2):187-189

Rapid Test of Thickener in M ilk Beverages by Near Infrared Spectroscopy

WANGHui1，LU Jian-liang2
（1.Departmentof Food Science and Engineering，Liaocheng University，Liaocheng252059，Shandong，China；2.Departmentof Tea Science，ZhejiangUniversity，Hangzhou 310029，Zhejiang，China）

The rapid determination of thichener concent inmilk beveragesby near infrared spectroscopy（NIR）method was studied.Milk drinks containing thickening agentwas deteced through NIR scanning and NIRCAL optimization analysisand geta quantitativemathematicalmodelhad a better prediction effectunder the condition of single type of thickening agent.At the same time，the study also found thatattention should be paid to modelapplicable scope and substrate concentration.The application of NIR in quantitative detectionmethod of thickening agent in themilk beverage productquality as enterprise internal controlwas feasible，But this approach asa thickeningagentinmilk beveragesofqualitativeand quantitative stillneeded the furtherexperimental research.

milk beverages；thickener；near infrared spectroscopy

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.24.031

2015-12-17

王会（1979—），女（汉），讲师，硕士，主要从事食品加工研究。