基于近红外光谱结合水光谱组学法对蜂蜜品质的鉴定

作     者：杨川梅 

作者单位：广西师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王力虎;黎远鹏

授予年度：2021年

学科分类：0832[工学-食品科学与工程（可授工学、农学学位）] 081704[工学-应用化学] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 070302[理学-分析化学] 0703[理学-化学] 

主      题：中蜂蜂蜜 意蜂蜂蜜 有毒蜂蜜 近红外光谱 水光谱组学 

摘      要：蜂蜜是一种含有较高的营养和医疗价值的天然甜味食品。随着人们对蜂蜜的需求量逐渐增加,导致市场上的蜂蜜质量参差不齐,甚至出现用低价的意蜂蜂蜜掺入或冒充高价的中蜂蜂蜜的现象。除此之外,我国南方部分地区还连续发生食用蜂蜜中毒事件,这使得人们对蜂蜜的质量产生担忧,蜂蜜产业受到严重打击。本实验将采用近红外光谱结合机器学习及水光谱组学对蜂蜜品质进行研究。本研究内容和结果主要分为以下两部分:1.建立基于近红外（NIR）光谱分别结合偏最小二乘判别分析（PLS-DA）和水光谱组学的中蜂蜜、意蜂蜜鉴别模型。首先采集105蜂蜜样品的NIR光谱,再经过多元散射校正（MSC）、标准正态变换（SNV）、一阶导数、二阶导数等预处理和PCA降维分析后,选择最佳的预处理方法和最佳的主成分个数,并通过PLS-DA算法建立意蜂蜂蜜和中蜂蜂蜜的鉴别模型。最后以水的第一倍区（1300-1600 nm）作为研究对象建立水光谱组学模型,采用12种水吸收模式绘制意蜂蜂蜜和中蜂蜂蜜的水镜图,并分析两者中水吸收模式的差异,用于意蜂蜂蜜和中蜂蜂蜜的鉴别。PLS-DA结果表明:采用SNV预处理方法时所建立的模型鉴别效果最佳,准确度、特异性和灵敏度分别为100%,100%,100%。水谱组学结果表明:中蜂蜜和意蜂蜜在1400-1500 nm区域的水分子结构存在差异,中蜂蜜中的游离水分子数多于意蜂蜜,中蜂蜂蜜的果糖含量高于意蜂蜜,而意蜂蜂蜜的葡萄糖含量高于中蜂蜜蜂蜜。2.建立基于NIR光谱分别结合PLS-DA、决策树和水光谱组学的天然蜂蜜、含钩吻的有毒蜂蜜鉴别模型。首先采集218蜂蜜样品的NIR光谱,再经过多元散射校正（MSC）、标准正态变换（SNV）、一阶导数、二阶导数等预处理和PCA降维分析后,选择最佳的预处理方法和最佳的主成分个数,并通过PLS-DA和决策树算法建立天蜂蜜和有毒蜂蜜的鉴别模型。最后以水的第一倍区（1300-1600 nm）作为研究对象建立水光谱组学模型,采用10种水吸收模式绘制天然蜂蜜和有毒蜂蜜的水镜图,并分析两者中水吸收模式的差异,用于天然蜂蜜和有毒蜂蜜的鉴别。PLS-DA结果表明:采用一阶导数预处理后所建立的模型鉴别效果最佳,准确度、特异性和灵敏度分别为100%,92.73%,87.09%;决策树结果表明:采用一阶导数预处理后所建立的模型鉴别效果最佳,准确度、特异性和灵敏度分别为100%,92.73%,87.09%,但该模型的建模过程比PLS-DA复杂。水谱组学结果表明:有毒蜂蜜和无毒蜂蜜在1400-1500 nm区域的水分子结构存在差异,有毒蜂蜜中的自由水分子数高于无毒蜂蜜,有毒蜂蜜中含带氢键的水分子较少,带有三个氢键的水分子可以是鉴别两者的指标。