用近红外光谱法检测洋槐蜂蜜中掺假麦芽糖浆

靳 皓 杨仁杰 董驰静 刘嘉豪 段朝阳

（天津农学院 工程技术学院，天津300384）

蜂蜜是一种蜜蜂采集植物的花蜜、分泌物或者蜜露，与自身分泌物混合后，经充分酿造而成的天然甜物质[1]。作为大自然赋予人们的一种常见的健康食品，深受不同国家、不同年龄人的喜爱。中国自古就盛产蜂蜜，出口量也较多，但是近年来国内蜂蜜造假的报道屡见不鲜，蜂蜜的品质受到别国严重质疑，导致我国的天然蜂蜜可信度越来越低[2]。为此，需要研究先进的检测方法来有效抵制造假行为。

近年来，国内一些学者对蜂蜜掺假的检测做了相应的研究。比如，陈雷等[3]使用氢核磁共振的方法对油菜蜜中掺假果葡糖浆做了研究，裴高璞等[4]使用电子鼻的方法对油菜蜜中掺假大米糖浆做了研究，张妍楠等[5]使用近红外光谱法对蜂蜜中掺假大米糖浆做了研究等。相对来说，使用近红外光谱法结合化学计量学的方法来检测蜂蜜掺假有较多的报道[6-11]，其中的掺假物主要为甜菜糖浆、果葡糖浆、麦芽糖浆、淀粉糖浆等[7,8,12,13]。李水芳等[12]研究蜂蜜中掺假麦芽糖浆，按照掺假的质量百分比分为5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、45%、55%、65%，共10种，用偏最小二乘-线性判别分析法处理光谱数据，使用全谱数据；本研究把掺假比例以5%为增量共分为21种，涵盖了所有的掺假比例，用偏最小二乘-筛选波长的方法处理数据，把全谱数据减少了10倍，即自变量数由1501个减少为150个，提高了模型的可靠性。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

选用的蜂蜜为中粮集团旗下某品牌100%天然洋槐蜂蜜。麦芽糖浆为以纯大米为原料加工成的麦芽糖浆。将购买的天然蜂蜜和麦芽糖浆置于4℃冰箱中冷藏待用。所用傅里叶变换近红外光谱仪系PerkinElmer公司生产。

1.2 样本的制备

将天然蜂蜜和麦芽糖浆从冰箱中取出，放置直到室温，然后进行50℃水浴至结晶完全溶解。以0.5g为增量，用天平分别称取0～10g麦芽糖浆，再添加天然蜂蜜至10g，充分搅拌混合均匀，并静置于室温备用。以麦芽糖浆和总掺假蜂蜜的质量比来定义掺假度：未掺假的天然蜂蜜掺假度为0；9.5g蜂蜜掺假0.5g麦芽糖浆的掺假度为5%；9g蜂蜜掺假1g麦芽糖浆的掺假度为10%……以此类推，由此可制备得0%～100%，5%为增量的21个掺假度样品。

1.3 光谱采集

制备样品后，倒入约占光谱仪中样品池的1/2的样品量即可，注意尽量不要将气泡压入样品池。以空的样品池为背景，用近红外光谱仪以漫透射方式采集光谱，光程为5mm，光谱测定范围400～1000cm-1，扫描次数为32次，分辨率4cm-1。每采集完1个样品，先用清水洗净玻璃容器，再用酒精清洗2遍，然后用吹风机完全吹干。

1.4 数据处理方法

使用Unscrambler和Matlab软件做数据处理，后者主要用来筛选波长。

2 结果与分析

2.1 确定 PCs数

使用全部21个样品的全谱数据，结合交互验证的方法建模。根据Residual Validation Variance图，确定PCs为4，如图1所示。

图1 确定PCs数

观察Inf l uence图、Score图等，未发现异常样品。

2.2 建模并验证

把21个样品以2:1的比例建模、验证，如图3和图4所示，

图2 用校正集的14个样品建模

Correlation为0.994，RMSEC为3.250。

图3 用验证集的7个样品验证

Correlation为0.978，RMSEP为6.093。

2.3 MSC+SiPLS重新建模并验证

由于蜂蜜与麦芽糖浆的混合物中容易混有微小的气泡，所以使用多元散射校正修正光谱是合适的。这里使用了多元散射校正和自标度化的方法预处理数据，结合协同间隔偏最小二乘法筛选出波长。把光谱分等为20个间隔，所得结果如表1所示，

表1 协同间隔偏最小二乘法筛选波长

选择RMSECV值最小的2个间隔协同，这2个间隔的波数范围是5500～5800cm-1、7600～7900cm-1，如图4所示，

图4 用协同间隔偏最小二乘法筛选波长

用筛选出的波长重新建模及验证，结果如图5和图6所示，

图5 重新建模

Correlation为0.995，RMSEC为3.083。

图6 重新验证

Correlation为0.980，RMSEP为5.639。

3 结论

通过多元散射校正和自标度化预处理光谱数据，结合协同间隔偏最小二乘法筛选波长，可以使主成分数由4个减少为3个，自变量由1501个减少为152个，使得模型更加可靠。从数据处理的结果可以看到，通过近红外光谱法结合化学计量学的方法检测洋槐蜂蜜中掺假麦芽糖浆具有可行性。

本实验的难点在于样品的配制。由于蜂蜜和麦芽糖浆的粘稠度高，要想做到充分混合难度较大。所以在实验中采用了水浴的方法，即把盛有蜂蜜和麦芽糖浆的容器浸泡在50℃左右的水中，蜂蜜和麦芽糖浆遇热后粘稠度大大降低，在50℃左右的水温下将二者充分混合。但是在混合的过程中易产生气泡。为了减小气泡的产生，搅拌不宜剧烈。

还是由于蜂蜜和麦芽糖浆的粘稠度大，所以本实验只配置了以5%为增量的样品。如果能配置增量更小的样品，便会增加样品数，从而使这种方法的使用更有说服力。