1、王婧茹，何鸿举，朱亚东，等.基于近红外高光谱技术快速检测豌豆蛋白掺假牛肉 J.食品工业科技，2023，44（14）：312317.doi:10.13386/j.issn1002-0306.2022090263WANG Jingru,HE Hongju,ZHU Yadong,et al.Rapid Detection of Pea Protein Adulterated in Beef Based on Near-infraredHyperspectral TechnologyJ.Science and Technology of Food Industry,2023,44(14):312317
2、.(in Chinese with English abstract).doi:10.13386/j.issn1002-0306.2022090263 分析检测 基于近红外高光谱技术快速检测豌豆蛋白掺假牛肉基于近红外高光谱技术快速检测豌豆蛋白掺假牛肉王婧茹1，何鸿举1,*，朱亚东1，王慧1，马汉军1，陈复生2，赵圣明1，南海娟1（1.河南科技学院食品学院，河南新乡 453003；2.河南工业大学粮油食品学院，河南郑州 450001）摘要：利用近红外高光谱成像技术结合偏最小二乘模型（PLSR）对牛肉掺入豌豆蛋白进行快速无损检测。将豌豆蛋白按照 1%30%（w/w）的浓度梯度掺入牛肉糜中（掺入浓度
3、间隔 1%），共获得 93 个样品以采集其光谱信息。经移动平均值平滑（Moving average smoothing，MAS）、高斯滤波平滑（Gaussian filter smoothing，GFS）、基线校正（Baseline correction，BC）、S-G 卷积平滑（Savitzky Golay convolution smoothing，SGCS）、标准正态变量校正（Standard normal variable correction，SNV）等 5 种方法预处理光谱信息后，利用 PLSR 算法构建预测模型。然后采用回归系数法（Regression Coefficient，R
4、C）、逐步回归法（Stepwise）和连续投影算法（SuccessiveProjections Algorithm，SPA）筛选最优波长进行模型优化。结果显示，经过 GFS 预处理所构建的全波段 PLSR 模型预测效果更好（R2P=0.87，RMSEP=3.22%，E=1.82，RPD=5.82）。采用 RC 法从 GFS 光谱中选取的 24 个最优波 长（908.8、913.7、918.7、928.5、936.8、945.0、961.5、971.3、994.4、1017.4、1033.9、1099.7、1135.8、1167.1、1196.7、1211.5、1453.6、1549.3、160
5、7.1、1633.7、1660.1、1678.4、1683.4 和 1686.7 nm）建立的优化PLSR 模型效果最好（R2P=0.90，RMSEP=2.85%，E=1.13，RPD=6.19）。试验表明，高光谱成像技术可实现豌豆蛋白掺入牛肉的快速无损检测。关键词：近红外，牛肉掺假，豌豆蛋白，高光谱成像，偏最小二乘，快速检测本文网刊:中图分类号：TS251.7 文献标识码：A 文章编号：10020306（2023）14031206DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2022090263RapidDetectionofPeaProteinAdulteratedinBeef
6、BasedonNear-infraredHyperspectralTechnologyWANGJingru1，HEHongju1,*，ZHUYadong1，WANGHui1，MAHanjun1，CHENFusheng2，ZHAOShengming1，NANHaijuan1（1.School of Food Science,Henan Institute of Science and Technology,Xinxiang 453003,China；2.College of Grain,Oil and Food,Henan University of Technology,Zhengzhou 4
7、50001,China）Abstract：Near-infrared hyperspectral imaging combined with partial least regression(PLSR)models for rapid and non-destructive detection of beef adulterated with pea protein was investigated.The adulteration samples were prepared bymixing pea protein into minced beef with a concentration
8、gradient of 1%30%(w/w)(interval of 1%),and a total of 93samples were finally obtained to collect spectral information.After preprocessed by five methods including moving averagesmoothing (MAS),Gaussian filter smoothing (GFS),baseline correction (BC),Savitzky Golay convolution smoothing(SGCS),and sta
9、ndard normal variable correction(SNV),the spectra were used to construct prediction models by usingPLSR algorithm.The regression coefficient(RC),stepwise and successive projections algorithm(SPA)were then used to 收稿日期：20220926 基金项目：河南省重大科技专项（221100110500）；中国博士后科学基金（2018M632767）；河南省科技攻关项目（18210231006
10、0）；河南省青年人才托举工程项目（2018HYTP008）；河南科技学院高层次人才引进项目（2015015）。作者简介：王婧茹（1999），女，硕士研究生，研究方向：食品安全与检测，E-mail：。*通信作者：何鸿举（1983），男，博士，副教授，研究方向：农产品/食品质量快速检测，E-mail：hongju_。第 44 卷 第 14 期食品工业科技Vol.44 No.142023 年 7 月Science and Technology of Food IndustryJul.2023 select optimal wavelength for model optimization.The r
11、esults showed that the full-band PLSR model constructed by GFSspectra had better prediction performance(R2P=0.87,RMSEP=3.22%,E=1.82,RPD=5.82).The 24 optimal wavelengthsincluding 908.8,913.7,918.7,928.5,936.8,945.0,961.5,971.3,994.4,1017.4,1033.9,1099.7,1135.8,1167.1,1196.7,1211.5,1453.6,1549.3,1607.
12、1,1633.7,1660.1,1678.4,1683.4 and 1686.7 nm were selected by RC method from the GFSspectra and the original PLSR model optimized with these wavelengths showed better performance (R2P=0.90,RMSEP=2.85%,E=1.13,RPD=6.19).In conclusion,it was possible to use hyperspectral imaging to achieve rapid andnon-
13、destructive detection of beef adulterated with pea protein.Keywords：near-infrared；meat adulteration；pea protein；hyperspectral imaging；partial least squares；rapid detection 肉中含有丰富的蛋白质、脂肪以及人体正常生命活动所需的各种维生素，是人类饮食的重要组成部分1。其中牛肉因其蛋白质含量高、脂肪含量低以及丰富的营养价值而广受消费者的喜爱2。近年来，随着居民生活水平的提高以及消费偏好的转变，牛肉的消费量不断增长3，掺假问题也时有
14、发生。牛肉及其制品掺假通常是掺入其他动物内脏、组织、脂肪或加入非肉源性物质例如植物蛋白等替代肉制品45。植物蛋白掺入生肉中经过高温蒸煮，蛋白与牛肉合为一体，难以分辨，使其分量增加但成本大大降低，在卤肉制品中较为常见。豌豆蛋白低致敏性的特点，使其在食品材料中有广泛应用，其良好的功能性可以作为部分蛋白的替代品并强化某些食品性质。豌豆蛋白独特的功能特性可以提高肉制品的贮藏时间，改善食品的稳定性6。又因其产量丰富且价格低廉，豌豆蛋白常用于掺入牛肉及其制品中。肉及其加工制品掺假不仅会损害消费者的切实利益，还可能会产生过敏现象或掺假物有毒等危害消费者健康的问题7。目前常用的肉制品掺假检测技术有传统的鉴别掺
15、假方法如感官判别，基于蛋白质组学的免疫和质谱技术8，基于 DNA 的聚合酶链式反应（PCR）鉴别手段9，以及环介导等温扩增10等。然而这些方法通常需要进行样品制备，并且这些技术均在不同方面有一定的局限性。目前光谱技术的逐步发展经验证可克服这些限制，近红外光谱技术也广泛应用于肉类的无损检测11。其中高光谱成像技术作为一种快速的，非接触的分析方法广泛发展，近年来已应用于食品业、农业等方向12。在肉类掺假的无损检测中，高光谱检测技术已有较多应用，如 Wang 等13基于高光谱成像技术快速检测牛肉掺假鸭肉，模型预测效果良好 R2P=0.96，RMSEP=6.58%，RPD=4.86。何鸿举等14基于近
16、红外高光谱成像技术检测牛肉糜中掺假大豆分离蛋白，模型相关系数 RP=0.95，预测性能稳定。在 4001000 nm 范围，Kamruzzaman 等15利用高光谱成像技术检测牛肉糜中掺入鸡肉，R2P=0.97，RMSEP=2.61%，RPD=5.86。本试验主要研究近红外高光谱成像技术对牛肉中掺入豌豆蛋白的快速无损检测。试验以牛肉糜为原料掺入不同比例的豌豆蛋白，获取被测样品的高光谱图像，再对提取的光谱数据进行校正并采集特征波长信息以建立预测模型。本试验研究高光谱成像技术对牛肉糜中豌豆蛋白掺入量预测的可行性，为牛肉掺假的快速检测提供数据支撑。1材料与方法 1.1材料与仪器新鲜牛里脊肉购于河南省新乡市红旗区世纪华联超市，样品采集后立即送入实验室置于 04 的冰箱中；豌豆蛋白浙江一诺生物科技有限公司。HSI-eNIR-XC130 型推扫式高光谱成像系统台湾五铃光电股份有限公司；20040081 型 Haier 冰箱中国海尔公司；TLE204E/02 电子分析天平梅特勒-托利多仪器有限公司；JR06C-200 绞碎机浙江绍兴苏泊尔生活电器有限公司。1.2实验方法 1.2.1 样品预处理新鲜牛