均质处理对生鲜牛乳近红外漫反射光谱的影响及机理研究

发布时间：2020-04-15 07:51

【摘要】：生鲜牛乳营养全面而丰富,其成分的快速准确检测直接关系到牛乳品质的评价和产业的健康发展。当前,基于近红外光谱技术的牛乳成分检测取得了快速发展,该方法具有快速无损和可以同时获取多种成分的优点。然而,光与牛乳组织的作用比较复杂,生鲜牛乳含有粒径较大的脂肪球和蛋白质胶束,不利于近红外光谱法牛乳成分预测的稳定性。均质处理能够改变牛乳的粒度分布,进而改善光学稳定性。因此,探究均质处理对牛乳近红外光谱的影响规律具有重要意义。本文以生鲜牛乳为研究对象,以高压均质为样品处理方法,通过激光粒度分析仪和生物显微镜分析不同均质参数对牛乳均质效果的影响,基于单积分球技术研究均质处理对牛乳光学特性的影响规律,并建立基于近红外漫反射光谱技术预测生鲜牛乳和均质牛乳主要成分含量的模型。本文主要研究内容和结论如下:(1)均质次数、均质压力和物料入口温度是影响牛乳均质效果的三个主要因素。物料入口温度为25±2℃时,随均质压力的增大,两级均质牛乳比一级均质牛乳具有更好的均质效果。确定了两级均质处理,且第二级压力值均设为5MPa的均质方案。(2)不同物料入口温度(25±2℃、35±2℃、50±2℃)下,随均质压力的增大,均质牛乳的脂肪球粒径逐渐变小且分布更加均匀。相同均质压力(30/5MPa、40/5MPa、50/5MPa)下,随着物料入口温度的增大,牛乳的粒度分布更加均匀。基于牛乳脂肪球显微结构图,发现均质压力50/5MPa和物料入口温度50±2℃时,牛乳脂肪球粒径达到相对稳定状态。确定了均质的最佳方案为两级均质、均质压力50/5MPa、物料入口温度50±2℃。(3)833~2500nm的近红外波长范围内,生鲜牛乳与均质牛乳的近红外漫反射光谱曲线变化趋势一致,但是,相同波长下均质牛乳的吸光度值均小于生鲜牛乳。同一样品的多次测量过程中,生鲜牛乳的光谱曲线差异较大,而均质牛乳的测量结果差异很小,均质处理能够提高光谱的测量稳定性。(4)950~1650nm的近红外波段范围内,生鲜牛乳与均质牛乳反射率和透射率曲线的变化趋势均一致。均质处理对牛乳的透射率和反射率影响较大,相同波长下,均质牛乳的反射率大于生鲜牛乳,其透射率却小于生鲜牛乳。同时,均质处理对牛乳吸收系数的影响小于对其约化散射系数的影响。均质牛乳的吸收系数小于生鲜牛乳,而其约化散射系数高于生鲜牛乳。均质压力在20/5~50/5MPa范围时(50±2℃下),均质牛乳的吸收系数和约化散射系数均达到相对稳定状态。(5)采用基于x-y共生距离的样本划分(SPXY)法对生鲜牛乳与均质牛乳大样本按照3:1进行样本划分,基于4种方法分别建立了牛乳脂肪、蛋白质和水分含量的预测模型。结果表明,无论是均质牛乳还是生鲜牛乳,基于偏最小二乘的无信息变量消除法(UVE-PLS)提取的特征变量所建立的偏最小二乘(PLS)模型均具有最低的预测集均方根误差(RMSEP)和最高的残差预测偏差(RPD)。最优建模方法下,均质牛乳的脂肪、蛋白质和水分含量的RMSEP分别为0.123%、0.078%和0.160%;生鲜牛乳的脂肪、蛋白质和水分含量的RMSEP分别为0.208%、0.107%和0.338%。均质处理明显提升了牛乳脂肪和水分含量的预测精度,对牛乳蛋白质含量的预测精度也有一定改善作用,这为光谱技术精确预测牛乳成分的进一步发展提供了理论依据和实践支撑。
【图文】：

技术路线图,牛乳,均质处理,粒度分布

第一章绪论研究牛乳分散系中粒度分布对牛乳近红外光谱的影响规律；通过试验研究不同粒度分布下牛乳的光学特性(吸收系数和约化散射系数)，揭示牛乳粒度分布对近红外光影响的微观机理。(3) 均质处理对牛乳主要成分含量检测结果影响及其机理解析建立生鲜牛乳与均质牛乳的脂肪、蛋白质和水分含量预测模型，，对比均质前后牛乳主要成分预测精度，评价均质处理的有效性；基于粒度分布和光的散射特性，解析均质处理对于近红外漫反射光谱法检测牛乳主要成分含量的影响机理。本研究所采用的技术路线如图 1-1 所示。

高压均质机

第二章均质处理对牛乳分散系中粒度分布影响规律研究查阅相关文献资料(Aleksic et al. 2003; Hayes and Kelly 2003; 刘红试验，最终确定均质次数、均质压力和物料入口温度三个均质参数试验以单一生鲜牛乳试样为研究对象，分别对其进行不同条件的均质机如图 2-1 所示。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O657.33;TS252.7

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