CN105092528A - 一种通过理化指标和电子鼻技术鉴别蜂蜜品质的方法 - Google Patents

Abstract

一种通过理化指标和电子鼻技术鉴别蜂蜜品质的方法，属于蜂蜜鉴别方法技术领域。其包括以下步骤：1）样品处理；2）理化指标检测；3）电子鼻数据采集；4）对上述得到的蜂蜜理化指标与电子鼻采集的数据结合主成分分析法分析，并建立电子鼻对不同蜂蜜理化指标的偏小二乘法回归模型；5）利用电子鼻采集待鉴定蜂蜜的数据，将数据采用步骤4）得到的模型进行分析，确定该蜂蜜的品种，并推测概算该蜂蜜的理化指标。本发明是一种快速、有效、综合的蜂蜜品质检测方法。

Description

一种通过理化指标和电子鼻技术鉴别蜂蜜品质的方法

技术领域

本发明属于蜂蜜鉴别方法技术领域，具体涉及一种通过理化指标和电子鼻技术鉴别蜂蜜品质的方法。

背景技术

蜂蜜种类繁多，根据其不同蜜源花种分为不同品种，根据其不同的采收和加工方法分为不同类型。现有技术中对蜂蜜的鉴别需要依次通过对蜂蜜水分含量、可溶性固形物含量、pH值、酸度、电导率等理化指标的测定，才能达到，鉴别方法复杂，费时，不利于推广。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于设计提供一种通过理化指标和电子鼻技术鉴别蜂蜜品质的方法的技术方案。

所述的一种通过理化指标和电子鼻技术鉴别蜂蜜品质的方法，其特征在于包括以下步骤：

1）样品处理

a、将所有蜂蜜样品在分析前储存于-20℃低温冰箱中；

b、所有蜂蜜样品在试验前，旋紧瓶盖，置于50℃的水浴中温热，待完全融化后，迅速冷却至室温，搅匀，备用；

2）理化指标检测

对每种蜂蜜依次进行如下理化指标的测定

a、水分含量的测定

采用阿贝折光仪进行测定，实验结果用g/100g表示；

b、可溶性固形物含量的测定

采用阿贝折光仪进行测定，结果用g/100g表示；

c、酸度滴定

采用氢氧化钠标准溶液进行滴定，实验结果以mL/100g表示；

d、pH值的测定

在10g蜂蜜中加入75mL超纯水，搅拌均匀后用pH计测定；

e、电导率的测定

称取相当于20g无水蜂蜜，超纯水溶解后定容至100mL容量瓶,用电导率仪测定；

3）电子鼻数据采集

用注射器吸取5mL蜂蜜样品于500mL大烧杯中，并封上保鲜膜；25℃恒温条件下静置30分钟以产生足够的顶空挥发气体；试验进行时，保证室内通风且没有明显异味；试验参数：清洗时间为180秒，测试时间为80秒，进样速度为400mL/min，每个样品平行测定5次；

4）对上述得到的蜂蜜理化指标与电子鼻采集的数据结合主成分分析法分析，并建立电子鼻对不同蜂蜜理化指标的偏小二乘法回归模型；

5）利用电子鼻采集待鉴定蜂蜜的数据，将数据采用步骤4）得到的模型进行分析，确定该蜂蜜的品种，并推测概算该蜂蜜的理化指标。

所述的一种通过理化指标和电子鼻技术鉴别蜂蜜品质的方法，其特征在于所述的步骤4）中电子鼻数据与水分含量之间的回归模型方程为：y=0.9875x；电子鼻数据与可溶性固形物含量的回归模型方程为：y=1.0020x；电子鼻数据与酸度的回归模型方程为：y=0.9776x；电子鼻数据与pH值的回归模型方程为：y=1.0018x；电子鼻数据与电导率的回归模型方程为：y=0.8123x。

本发明通过对蜂蜜水分含量、可溶性固形物含量、pH值、酸度、电导率等5项理化指标的测定，结合主成分分析法对不同种类的蜂蜜样品进行分类识别；应用电子鼻快速检测技术，对不同种类的蜂蜜样品进行建模分析，从而判断未知蜂蜜样品的品种和类型，并预测未知蜂蜜样品的常规指标。该方法是一种快速、有效、综合的蜂蜜品质检测方法。

附图说明

图1为电子鼻训练原始图谱；

图2为不同种类蜂蜜的PCA定性分析得分图；

图3为不同种类蜂蜜的PCA定性分析载荷图；

图4为电子鼻对水分含量的偏最小二乘法回归模型预测结果图；

图5为电子鼻对可溶性固形物含量的偏最小二乘法回归模型预测结果图；

图6为电子鼻对酸度的偏最小二乘法回归模型预测结果图；

图7为电子鼻对pH的偏最小二乘法回归模型预测结果图；

图8为电子鼻对电导率的偏最小二乘法回归模型预测结果图。

具体实施方式

以下结合实施例来进一步说明本发明。

实施例1

1、样品处理

（1）所有蜂蜜样品在分析前储存于－20℃低温冰箱中。

（2）样品准备：所有蜂蜜样品在试验前，旋紧瓶盖，置于50℃的水浴中温热，待完全融化后，迅速冷却至室温，搅匀，备用。

2、理化指标检测

（1）水分含量的测定

采用阿贝折光仪进行测定，实验结果用g/100g表示。

折光计的校正：在测定样品折光指数前，先用新鲜的蒸馏水校正折光计的折光指数。调节通过折光计的水流温度恰为40℃时，分开折光计两面棱镜，用脱脂棉蘸蒸馏水擦拭干净（必要时可蘸二甲苯或***拭净），然后用干净脱脂棉（或擦镜纸）拭干，待棱镜完全干燥后，用玻璃棒蘸取蒸馏水1～2滴，滴于下面的棱镜上，迅速闭合棱镜，对准光源，由目镜观察，旋转手轮，使显示屏上的折光指数恰好为40℃时水的折光指数，观察目镜内明暗分界线是否在接物镜十字线中间，若有偏差，则用附件方孔调节扳手转动调节螺丝，使明暗分界线调到中央。调节完毕后，在测定样品时，不允许再转动调节好的螺丝。

样品测定：在测定前先将棱镜擦拭干净，以免留有其他物质影响测定精度。用玻璃棒蘸取混匀的试样1～2滴，滴于下面的棱镜上，迅速闭合棱镜，静置数秒，以待样品达到40℃。对准光源，由目镜观察，转动补偿器螺旋，使明暗分界线清晰并使其明暗分界线恰好通过接物镜上十字线的交点，暗区在十字线下方，明区在十字线上方，读取显示屏上的折光指数，同时核对温度，恰为40℃。

结果计算：

①X=100－[78+390.7（n－1.4768）]

式中：X---试样中水分含量，%

n---试样在40℃时的折光指数

平行试验的允许误差为0.2%；

②如在室温时测折光指数，可按下式换算到20℃时的折光指数

N(20℃)=n（室温时）+0.00023（T-20）

③如在20℃时测读折光指数，可按表换算为水分的百分率。

（2）可溶性固形物含量的测定

可溶性固形物含量，即锤度，在用阿贝折光仪测定水分含量时可直接读出，结果用g/100g表示。

（3）酸度滴定

根据SN/T0852-2000中3.5规定的方法，采用氢氧化钠标准溶液进行滴定，实验结果以（1mol/L氢氧化钠）mL/100g表示。

1mol/L氢氧化钠标准溶液的标定：称取4g氢氧化钠，溶解于1L经脱气处理的超纯水中，用邻苯二甲酸氢钾（基准试剂）按下法标定其规定浓度：称取预先在125℃时干燥过的邻苯二甲酸氢钾（基准试剂0.8-0.9g，精确至0.0002g），置于250mL锥形瓶中，用50mL经脱气处理的超纯水溶解，加入2-3滴酚酞指示剂，用氢氧化钠溶液滴定至溶液呈粉红色，以在10秒内不褪色为终点。

酚酞指示剂：1%乙醇溶液。

样品测定：称取试样10g（精确至0.001g），溶于75mL经脱气处理的超纯水中，加入2-3滴酚酞指示剂，用氢氧化钠标准溶液滴定至溶液呈粉红色，以在10s内不褪色为终点。

结果计算：

①氢氧化钠标准溶液的浓度：c=m/(V*0.2042)

式中：c---氢氧化钠标准溶液的浓度，mol/L

m---邻苯二甲酸氢钾的质量

V---滴定时所消耗氢氧化钠标准溶液的体积，mL

0.2042---与每毫升氢氧化钠（c=1.000mol/L）标准溶液相当的邻苯二酸氢钾的质量，g

②样品的酸度：X=(V*c/m)*100

式中：X---试样的酸度，%

V---滴定所消耗氢氧化钠标准溶液的体积，mL

c---氢氧化钠标准溶液的摩尔浓度，mol/L

m---试样的质量，g

平行试验结果的允许误差为0.1；

（4）pH值的测定

参考A.BentabolManzanares等人的方法，在10g蜂蜜中加入75mL超纯水，搅拌均匀后用pH计测定。

（5）电导率的测定

根据GB/T18932.15-2003的方法，称取相当于20g无水蜂蜜，超纯水溶解后定容至100mL容量瓶。

20g无水蜂蜜试样质量的计算：对待测试样按照SN/T0852规定的方法测定其水分含量，并按公式计算相当于20g无水蜂蜜的试样质量：m=20/(1-c)

式中：m—相当于20g无水蜂蜜的蜂蜜试样质量，单位为克(g)

c—蜂蜜试样水分含量，%

样液制备：称取相当于20g无水蜂蜜的试样，精确至0.01g。置于100mL烧杯中，加人40mL水，用玻璃棒搅拌使之完全溶解，转移至100mL容量瓶中，再用30mL水分数次洗涤烧杯后，转移至容量瓶中，最后用水定容至刻度，混匀，待测。

电导率仪的校正：接通电源，打开开关，仪器预热30分钟。将“量程”旋钮调到检查，“常数”旋钮调到与选用的DJS-1C型铂黑电极相匹配的1，“温度”旋钮调到25℃，最后调整“校准”旋钮使屏幕显示为100.0uS/cm，表示校准结束。

样品测定：样液倒入100mL烧杯中，将电导池***样液中，轻轻摇动，赶出电导池中的气泡，调整“温度”旋钮到实际样品温度，选择合适的“量程”，待测定值稳定后，记下该样液的电导率，其结果用uS/cm表示。

以上步骤，对同一试样进行平行试验测定。

3、电子鼻数据采集

所用电子鼻由10个金属氧化物传感器组成的阵列设备，传感器阵列通过变化的电阻值感测不同的检测气体，从而存储模型。经过训练，电子鼻可以通过化学计量学方法对标准物和不同样品之间的偏差进行识别运算，从而区分给定的物质。不同种类的蜂蜜因其具有不同的气味而相互区分，采用电子鼻技术分别采集不同种类蜂蜜的整体气味信息，并对其进行识别运算，从而达到分类识别的目的。

电子鼻数据的采集：为保证有洁净的背景气体，本试验的所有蜂蜜样品在通风橱中进行准备。用注射器吸取5mL蜂蜜样品于500mL大烧杯中，并封上保鲜膜；25℃恒温条件下静置30分钟以产生足够的顶空挥发气体。试验进行时，保证室内通风且没有明显异味。初步试验后确定最佳的试验参数：清洗时间为180秒，测试时间为80秒，进样速度为400mL/min，每个样品平行测定5次。

4、数据处理与分析方法

主成分分析（PrincipalComponentAnalysis，PCA）在模式识别方面的应用是将多元变量用特征投影的方式进行降维，得到可在二维或三维空间显示的特征变量，然后利用人眼进行分类识别，属于无监督的模式识别方法。

欧式距离（Euclid）是一类相对简单的归类器，没有数据过滤或变换，通过计算到邻近模型点的距离识别。马氏距离（Mahalanobis）是一类较高性能的归类器，能从一个给定的标准值识别出最优的偏差。相关性（Correlation）归类器表示新测量数据和类别模型的空间角度。区别判定分析（DiscriminantFunctionsAnalysis，DFA）是基于LDA进行变换的一种通过重新组合传感器数据来优化区分性的分类技术。

偏最小二乘法（Partialleastsquare，PLS）回归是在解释变量空间里寻找某种线性组合，以能更好地解释反应变量的变异信息。通过建立解释潜变量关于反应变量的线性回归模型，间接反映解释变量与反应变量的之间的关系，即同时从解释变量和反应变量中提取2组潜变量，他们分别是解释变量与反应变量的线性组合。

实施例2

1、样品处理

（1）选择如表1所示14种蜂蜜样品，在分析前储存于-20℃低温冰箱中。

（2）样品准备：所有蜂蜜样品在试验前，旋紧瓶盖，置于50℃的水浴中温热，待完全融化后，迅速冷却至室温，搅匀，备用。

表1蜂蜜样品

注：RH即RapeHoney，表示油菜蜜；AH即AcaciaHoney，表示洋槐蜜；LH即LindenHoney，表示椴树蜜；PH即PaulowniaHoney，表示泡桐蜜；WpH即WildpersimmonHoney，表示野柿子蜜；AsH即AstragalusHoney，表示黄芪蜜；BH即BuckwheatHoney，表示荞麦蜜；SH即SunflowerHoney，表示葵花蜜；1表示天然原料蜜；2表示加工成熟蜜；3表示天然成熟蜜。

2、理化指标检测

分别检测各个样品的水分含量、可溶性固形物含量、pH值、酸度、电导率、等5项理化指标的。

表2蜂蜜样品的理化指标

3、电子鼻数据采集

电子鼻数据的采集：为保证有洁净的背景气体，本试验的所有蜂蜜样品在通风橱中进行准备。用注射器吸取5mL蜂蜜样品于500mL大烧杯中，并封上保鲜膜；25℃恒温条件下静置30分钟以产生足够的顶空挥发气体。试验进行时，保证室内通风且没有明显异味。初步试验后确定最佳的试验参数：清洗时间为180秒，测试时间为80秒，进样速度为400mL/min，每个样品平行测定5次。

电子鼻训练结束后，观察原始图谱，选择相对平稳的时间段，如图1的第68-70秒，进行分析。

4、不同种类蜂蜜的PCA定性分析

对各类的蜂蜜样品进行主成分分析，如图2和3。其中第一主成分的权重占总变量的98.38%，第二主成分的权重占1.27%，由此可知，第一主成分已经提取了所有变量的重要信息。除天然成熟椴树蜜LH3、天然成熟葵花蜜SH3、加工成熟油菜蜜RH2有重叠，其他11种蜂蜜均很好地分布在不同的区域。可见，电子鼻可以用来区分不同种类的蜂蜜。相同品种不同类型的蜂蜜间的整体气味信息存在显著的差异性。由主成分得分载荷图叠加分析可知，电子鼻的2号传感器对区分不同类型蜂蜜起主导作用，其次是6号、8号、9号传感器。

5、电子鼻聚类判别分析

对14个蜂蜜样品（每个样品采用3组）建立数据模型，另外2组作为预测组。通过PEN3型电子鼻自带的winmuster软件有Euclid、Mahalanobis、Correlation、DFA共4种分类器，对模型进行预测分析，结果见表3。其中，Mahalanobis和DFA判别的准确率较高，达到75%；而Correlation判断的准确率最低，只有57.14%。因此，可以用Mahalanobis这个分类器对未知样品进行归类预测分析。

表3不同归类器对未知样品预测判定结果

6、不同种类蜂蜜的PLS半定量分析

用偏最小二乘法对所测的不同种类蜂蜜的各常规指标分别与电子鼻采集的整体信息建立回归模型，进行预测分析，如图4、5、6、7和8。电子鼻数据与水分含量之间的回归模型方程为：y=0.9875x；电子鼻数据与可溶性固形物含量的回归模型方程为：y=1.0020x；电子鼻数据与酸度的回归模型方程为：y=0.9776x；电子鼻数据与pH值的回归模型方程为：y=1.0018x；电子鼻数据与电导率的回归模型方程为：y=0.8123x。其中，水分含量、可溶性固形物含量、pH值的预测效果非常好；自由酸的预测效果次之。由此可以说明，电子鼻作为一种快速无损的检测手段可以被用来预测不同种类蜂蜜的常规指标，这大大节省了常规分析多消耗的时间和精力。

7、利用电子鼻采集待鉴定蜂蜜的数据，将数据采用步骤6得到的模型进行分析，确定该蜂蜜的品种，并推测概算该蜂蜜的理化指标。

Claims (2)

1.一种通过理化指标和电子鼻技术鉴别蜂蜜品质的方法，其特征在于包括以下步骤：

1）样品处理

a、将不同种类的蜂蜜样品在分析前储存于-20℃低温冰箱中；

b、所有蜂蜜样品在试验前，旋紧瓶盖，置于50℃的水浴中温热，待完全融化后，迅速冷却至室温，搅匀，备用；

2）理化指标检测

对每种蜂蜜依次进行如下理化指标的测定

a、水分含量的测定

采用阿贝折光仪进行测定，实验结果用g/100g表示；

b、可溶性固形物含量的测定

采用阿贝折光仪进行测定，结果用g/100g表示；

c、酸度滴定

采用氢氧化钠标准溶液进行滴定，实验结果以mL/100g表示；

d、pH值的测定

在10g蜂蜜中加入75mL超纯水，搅拌均匀后用pH计测定；

e、电导率的测定

称取相当于20g无水蜂蜜，超纯水溶解后定容至100mL容量瓶,用电导率仪测定；

3）电子鼻数据采集

用注射器吸取5mL蜂蜜样品于500mL大烧杯中，并封上保鲜膜；25℃恒温条件下静置30分钟以产生足够的顶空挥发气体；试验进行时，保证室内通风且没有明显异味；试验参数：清洗时间为180秒，测试时间为80秒，进样速度为400mL/min，每个样品平行测定5次；

4）对上述得到的蜂蜜理化指标与电子鼻采集的数据结合主成分分析法分析，并建立电子鼻对不同蜂蜜理化指标的偏小二乘法回归模型；

5）利用电子鼻采集待鉴定蜂蜜的数据，将数据采用步骤4）得到的模型进行分析，确定该蜂蜜的品种，并推测概算该蜂蜜的理化指标。

2.如权利要求1所述的一种通过理化指标和电子鼻技术鉴别蜂蜜品质的方法，其特征在于所述的步骤4）中电子鼻数据与水分含量之间的回归模型方程为：y=0.9875x；电子鼻数据与可溶性固形物含量的回归模型方程为：y=1.0020x；电子鼻数据与酸度的回归模型方程为：y=0.9776x；电子鼻数据与pH值的回归模型方程为：y=1.0018x；电子鼻数据与电导率的回归模型方程为：y=0.8123x。