【摘要】：食用油是人們?nèi)粘ｏ嬍持斜夭豢缮俚氖澄?為人體提供了基本的營養(yǎng)成分,包括維他命、必需脂肪酸以及微量元素等。一直以來,食用油脂的質(zhì)量都是食品安全領域中最受關注的問題之一。由于食用油是一種復雜的食品基質(zhì),很難用一種方法有效的檢測出所有不合格的產(chǎn)品。太赫茲(Terahertz,THz)光譜是一種介于紅外和微波波段的電磁波,由于該段電磁波包含了物質(zhì)的物理、化學和結(jié)構信息,因此在物理化學、生物醫(yī)學、材料科學等領域都有廣泛的應用,作為一種新型的檢測技術,在食用油檢測領域具有潛在的應用價值。化學計量學起源于數(shù)學、統(tǒng)計學、計算機科學等學科,如今被廣泛應用在化學分析、代謝組學、生物學等領域,同時,也是光譜學中重要的分析方法。本文將采用寬頻太赫茲時域光譜技術結(jié)合化學計量學方法對食用油做定性鑒別和定量分析研究。本文主要的研究內(nèi)容包括:1、闡述了有機晶體DSTMS(4-甲基吡啶2,4,6-三甲基苯磺酸鹽)作為太赫茲輻射源產(chǎn)生寬頻太赫茲光譜的特性以及Fabry-Perót振蕩效應引起的回波現(xiàn)象。采用希爾伯特-黃變換(HHT)方法分析了氮氣環(huán)境下的空白THz信號的時頻特性,提出了一種基于集合經(jīng)驗模態(tài)分解(EEMD)和軟閾值小波濾波(WT)相結(jié)合的自適應濾波方法對原始THz信號進行光譜重構,有效濾除了噪聲以及回波振蕩,分析了三種不同食用油THz信號的Hilbert譜和時頻特性,為物質(zhì)在太赫茲波段提供了新的時頻分析方法。2、利用太赫茲時域光譜系統(tǒng)測量了5種常用食用油,分析了油樣在1.2-6.6THz范圍內(nèi)的折射率和吸收光譜特性,提出了一種基于免疫遺傳算法(IGA)和偏最小二乘判別分析(PLS-DA)相結(jié)合的分類識別算法,通過IGA方法提取太赫茲吸收光譜的優(yōu)選變量建立PLS-DA模型對5種食用油樣品做鑒別分析,另外對比了幾種傳統(tǒng)的基于PLS模型的變量選擇算法,包括常規(guī)區(qū)間偏最小二乘法(i PLS),向后區(qū)間偏最小二乘法(bi PLS)和移動窗口偏最小二乘法(mw PLS)。實驗結(jié)果表明,本章提出的基于免疫遺傳算法變量優(yōu)選結(jié)合偏最小二乘判別分析算法對不同類型的食用油做鑒別取得了最高的分類準確度。3、利用太赫茲時域光譜和化學計量學方法對橄欖油原產(chǎn)地做鑒別分析。選取了三種不同產(chǎn)地的具有原產(chǎn)地保護區(qū)標識(PDO)的特級初榨橄欖油樣品作為研究對象,樣品分別來自西班牙Baena產(chǎn)區(qū),意大利Mazara產(chǎn)區(qū)和希臘Mylopotamos產(chǎn)區(qū),分別測量了油樣在太赫茲波段的時域信號,并分析了油樣在1.4-5.0 THz頻段內(nèi)的折射率和吸收光譜特性,利用主成分分析(PCA)提取光譜特征變量作為支持向量機(SVM)模型的輸入變量,采用一種改進的自適應混沌粒子群優(yōu)化算法(ACPSO)對支持向量機模型進行參數(shù)尋優(yōu),并采用標準粒子群算法和遺傳算法參數(shù)尋優(yōu)作為對比。實驗結(jié)果表明,本章提出的PCA-ACPSO-SVM模型結(jié)合太赫茲吸收光譜為橄欖油原產(chǎn)地鑒別提供了新的分析方法并取得了較好的分類結(jié)果,其中,校正集和預測集樣品的分類精確度分別為96.91%和98.08%。4、利用太赫茲光譜和化學計量學方法對摻假橄欖油做定性鑒別和定量分析。實驗在橄欖油中按不同濃度比例(10%、30%、50%、70%、90%)摻入葵花籽油,測量了油樣在太赫茲波段的時域光譜,得到油樣在1.5-4.9 THz頻段內(nèi)的折射率和吸收光譜,并分析了2.75 THz和4.45 THz處吸收光譜強度和摻假濃度之間的線性關系。實驗采用SIMCA分類方法定性鑒別有無摻假物,采用主成分回歸(PCR)、偏最小二乘回歸(PLSR)、最小二乘支持向量機(LSSVM)和徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(RBFNN)方法定量分析摻假物的濃度比例。實驗結(jié)果表明,SIMCA分類方法定性鑒別摻假物的分類準確度達到100%,RBFNN模型對摻假濃度的預測精度最高,其中,校正集相關系數(shù)(R_c~2)為0.9986,預測集相關系數(shù)(R_p~2)為0.9982,校正集均方根誤差(RMSEC)為1.2243,預測集均方根誤差(RMSEP)為1.3644。本文利用太赫茲光譜結(jié)合化學計量學研究了食用油的定性檢測和定量分析,驗證了該方法的可行性和有效性,為食用油的種類鑒別以及摻假檢測提供了一種新的光譜分析方法,作為一種快速、可靠、無損的檢測方法,可以推廣到相似的食品和農(nóng)產(chǎn)品檢測中,為食品安全和質(zhì)量監(jiān)控領域提供了新的檢測方法以及重要的借鑒意義。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TS227

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本文編號：2460737