一种土豆淀粉铝含量的检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及食品有害物质检测技术，尤其涉及一种土豆淀粉铝含量的检测方法。
【背景技术】
[0002] 近年来发生的食品安全事故使越来越多的人关注食品安全领域。土豆是世界重要 粮食作物，其加工品如土豆淀粉在人们的日常饮食中不可或缺。然而，由于环境受到金属污 染和一些不法商贩人为添加，导致土豆淀粉中铝含量超标，人们长期食用会对身体健康造 成伤害，如在老年期发生老年痴呆等。因此，如何快速精确得检测土豆淀粉中的铝含量，无 论对于食品安全领域还是农产品金属检测领域，都具有重要意义。
[0003] 例如，公开号为CN103323445A的一种利用激光拉曼光谱仪定量检测食品中铝含量 的方法，包括步骤：（1)铝酸钠标准溶液的制备；（2)用激光拉曼光谱仪对铝酸钠标准溶液进 行测定；（3)绘制铝酸钠标准溶液的标准曲线图；（4)待测食品样品的预处理；（5)待测食品 样品样液的制备；（6)用激光拉曼光谱仪对待测食品样品样液与铝酸钠标准溶液进行测定；
[7] 谱图分析，定量计算，得出待测食品样品中的铝含量。
[0004] 目前，食品铝含量的检测仍以实验室化学分析方法为主，如原子荧光光谱、石墨炉 原子吸收光谱法、电感耦合等离子体光谱法等。这些传统的检测方法虽然具有检测精度高、 稳定性好等优点，但需要对样品进行复杂的化学预处理，单次检测时间长，容易造成二次污 染，对操作人员的熟练程度和技能要求高，且仪器昂贵。现代食品安全要求绿色、快速地对 食品中有害物质进行检测，所以急需发展一种简便、快速的土豆粉铝含量检测方法。
【发明内容】
[0005] 为克服现有检测方法的不足，本发明提出一种土豆淀粉铝含量的检测方法，具体 技术方案如下：
[0006] -种土豆淀粉错含量的检测方法，包括：
[0007] (1)制备测试样本，以样本铝元素含量百分数(记为Y)作为梯度，在每样本质量一 定的前提下分别称量相应质量的淀粉和硫酸铝钾粉末，混合均匀后利用压片机压成片状， 作为检测样本；
[0008] (2)获取各个测试样本的激光诱导击穿光谱数据(记为X);
[0009] (3)根据原始LIBS光谱数据(X)曲线找到所有波峰所在波长，并根据波长与元素一 一对应的关系找出铝元素对应的波长；
[0010] (4)对原始LIBS光谱数据(X)进行相应的预处理，预处理后的数据记为Xi，将乂:中与 铝元素对应波长的数据提取出来，记为χ 2;将所得数据(x2，Y)按比例随机分为建模集(S)和 预测集(s'）；
[0011] (5)利用偏最小二乘法(PLS)，以X2为输入，Y为输出，根据建模集(S)建立铝元素含 量百分数-铝对应波长强度的线性回归模型：
[0012] 所述线性回归模型为：
[0013] Y = -〇. 0364+150.6686λι+259.1393λ2+384.8414λ3,
[0014]其中，Υ为土豆淀粉中铝元素含量百分数，分别为Χ2中与铝对应的 308 · 22nm、394 · 4nm、396 · 15nm 的信号强度；
[0015] (6)利用步骤(5)中的线性回归模型，将步骤(4)中预测集(S'）的X2输入回归模型， 对土豆粉中铝含量进行定量分析。
[0016] 作为优选，步骤(1)中制备样本称量每样质量为1.5g，且压制压片的压强和时间固 定，以此保证每个圆形压片直径和厚度在误差范围内相等。
[0017] 作为优选，步骤（1)中样本铝含量共10个梯度，每个梯度铝含量百分数依次为0， 0.0033%，0.0066%，0.01%，0.033%，0.066%，0.1%，0.33%，0.66%，1% ;每个梯度制备 3片样本，共30片样本。
[0018] 作为优选，步骤（2)中获取样本LIBS光谱的激光诱导击穿光谱仪参数为：延时 1.85s，积分时间5ms，增益1500，能量60mJ，焦深2mm。
[0019] 作为优选，步骤(2)中将样本放置在位移平台，通过移动位移平台采集每片样本20 个点位的光谱信号，其中每个点位累积采集10次光谱信号。
[0020] 作为优选，步骤(4)中数据预处理主要方法为:对原始信号去除基线;使用小波基 函数db5,层数设为10,进行小波降噪以降低信号中的噪声;然后计算每个样本20个采集点 位每个点位光谱数据的相对标准偏差(RSD)，将RSD异常的少数点剔除;计算剩余点位的信 号平均值作为该样本的Xu
[0021] 作为优选，所述步骤(4)中建模集(S)和预测集(S'）比例为2:1。
[0022] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0023] (1)样本制备简单，且几乎不需要进行样本的预处理；
[0024] (2)每次检测所需样本量小；
[0025] (3)仪器操作简单，可以实现对铝元素的快速检测。
【附图说明】
[0026]图1为预测分析的结果图。
【具体实施方式】
[0027]本实施例中，土豆淀粉中铝含量的检测方法，具体步骤如下：
[0028] (1)制备测试样本，以不同铝含量的土豆淀粉和硫酸铝钾均匀混合压片作为检测 对象，每个样本质量为1.5g;
[0029] 按照不同梯度准备10组样本，按照铝含量从0到1 %分别编号1、2、3、……、10。每组 样本重复3次，1组样本称量1.5g 土豆淀粉压片，重复3次;2组样本按照1.5g样本中0.0033% 铝质量分别称量相应质量的土豆淀粉和硫酸铝钾，混合均匀并压制成片，重复3次；……；直 至10组共30片样本制备完成。
[0030] (2)采集各个测试样本的LIBS光谱(X);
[0031] 按照延时1.85s，积分时间5ms，增益1500，能量60mJ，焦深2mm设定好LIBS仪器的参 数，将每个样本放在移动位移平台上，打开激光器，通过设定程序移动位移平台，使激光打 在每个样本表面20个不同点位，每个点位累积采集10次光谱信号。每个点位前3次光谱信号 不采集，以使激光清除样本表面杂志，激光在每个点位打击3次后开始采集信号，累积10次 信号后移动使其采集下一个点位的信号。
[0032] (3)根据获得原始信号波形图找到对应于铝元素的波峰所在波长，分别为 308.22nm、394.4nm、396.15nm。
[0033] (4)对原始LIBS光谱进行相应的预处理，先去除基线，然后进行小波降噪，然后计 算每个样本20个采集点位每个点位光谱数据的相对标准偏差(RSD)，将RSD异常的8个点点 位的光谱数据剔除，将剩余12个点位的信号平均值作为X:。将与铝元素对应波长的信号提 取出来(即X 2);将样本集按2:1的比例随机分为建模集和预测集。
[0034] (5)利用偏最小二乘法(PLS)，以X2为输入，Y为输出，根据建模集数据建立铝元素 含量百分数-铝对应波长强度的线性回归模型：
[0035] Υ = -〇. 0364+150.6686λι+259.1393λ2+384.8414λ3
[0036] 其中，Υ为土豆淀粉中铝元素含量百分数，λ!，、，、分别为铝对应波长308.22nm、 394.4nm、396.15nm处的信号；模型的决定系数R 2为0.978，如图1所示;模型其他参数如表1 所示。
[0037] (6)利用步骤(5)中的线性回归模型，将步骤(4)中预测集的X2输入回归模型，对预 测集样本进行铝含量的检测。
[0038]
[0039]本实施例中，预测决定系数R2为0.976,预测分析结果如图1所示;预测结果其他参 数如上表所示。
【主权项】
1. 一种土豆淀粉铝含量的检测方法，其特征在于，包括步骤： 1) 制备测试样本，以样本铝元素含量百分数Y作为梯度，将淀粉和硫酸铝钾粉末混合均 匀并压片作为检测样本； 2) 获取各个检测样本的激光诱导击穿光谱数据X; 3) 提取激光诱导击穿光谱数据X曲线所有波峰的波长，并根据波长与元素一一对应的 关系找出铝元素对应的波长； 4) 对激光诱导击穿光谱数据X进行相应的预处理，预处理后的数据记为Xi，将Xi中与铝 元素对应波长的数据提取出来，记为X2,将所得数据(X 2，Y)按比例随机分为建模集S和预测 集S，； 5) 利用偏最小二乘法，以Χ2为输入和Υ为输出，根据建模集S建立铝元素含量百分数-铝 对应波长强度的线性回归模型： 所述线性回归模型为： Υ = -0.0364+150.6686λι+259.1393λ2+384.8414λ3, 其中，Υ为土豆淀粉中铝元素含量百分数，分别为Χ2中与铝对应的308.22nm、 394.4nm、396.15nm 的信号强度； 6) 利用步骤5)中的线性回归模型，将步骤4)中预测集S'的X2输入回归模型，对土豆粉中 铝含量进行定量分析。2. 如权利要求1所述的土豆淀粉铝含量的检测方法，其特征在于，各检测样本的质量相 同，且压制压片的压强和时间也相同。3. 如权利要求1所述的土豆淀粉铝含量的检测方法，其特征在于，在所述的步骤1)中， 样本铝含量共10个梯度，每个梯度铝含量百分数依次为〇、〇 . 0033 %、0.0066 %、0.01 %、 0.033%、0.066%、0.1%、0.33%、0.66%和1%。4. 如权利要求1所述的土豆淀粉铝含量的检测方法，其特征在于，所述步骤2)中获取样 本LIBS光谱的激光诱导击穿光谱仪参数为:延时1.85s，积分时间5ms，增益1500，能量60mJ， 焦深2mm。5. 如权利要求1所述的土豆淀粉铝含量的检测方法，其特征在于，在所述的步骤2)中， 采集各检测样本20个点位的光谱信号，且每个点位累积采集10次。6. 如权利要求1所述的土豆淀粉铝含量的检测方法，其特征在于，在步骤4)中，所述的 预处理包括:将光谱信号去除基线;并计算每个样本上各采集点位的光谱数据的相对标准 偏差RSD，将RSD异常的少数点剔除;取剩余点位的信号平均值作为该样本的Xu7. 如权利要求6所述的土豆淀粉铝含量的检测方法，其特征在于，所述步骤4)中建模集 S和预测集S'比例为2:1。
【专利摘要】本发明公开一种土豆淀粉铝含量的检测方法，包括步骤：1)以样本铝元素含量百分数Y作为梯度，将淀粉和硫酸铝钾粉末并压片作为检测样本；2)获取各个检测样本的激光诱导击穿光谱数据X；3)提取激光诱导击穿光谱数据X曲线所有波峰的波长，并找出铝元素对应的波长；4)对数据X进行相应的预处理，记为X1，将X1中与铝元素对应波长的数据提取出来，记为X2，将所得数据(X2,Y)按比例随机分为建模集S和预测集S’；5)利用偏最小二乘法，以X2为输入和Y为输出，根据建模集S建立铝元素含量百分数-铝对应波长强度的线性回归模型；6)利用步骤5)中的线性回归模型，将步骤4)中预测集S’的X2输入回归模型，对土豆粉中铝含量进行定量分析。
【IPC分类】G01N21/71
【公开号】CN105510305
【申请号】CN201510866267
【发明人】刘飞, 宋坤林, 彭继宇, 叶蓝韩, 孔汶汶, 何勇
【申请人】浙江大学
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年12月1日