牛奶中蛋白質(zhì)組的分析Stone工作室第二次改

2023年12月18日發(fā)(作者：關(guān)于抽煙的檢討書(shū))

摘要： 牛奶營(yíng)養(yǎng)豐富,是人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚娘嬈?牛奶質(zhì)量和食用安全一直備受關(guān)注,牛奶質(zhì)量問(wèn)題主要來(lái)源于其中蛋白質(zhì)的含量, 蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的基礎(chǔ)物質(zhì),是構(gòu)成人體新生組織、維持人體健康的重要成分,蛋白質(zhì)還具有許多種生物學(xué)功能.牛奶中蛋白質(zhì)含量的高低將直接決定牛奶的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和質(zhì)量。我國(guó)牛奶市場(chǎng)曾經(jīng)出現(xiàn)低蛋白質(zhì)含量的偽劣牛奶,造成極其慘痛的后果。因此,研究建立方法測(cè)定牛奶中蛋白質(zhì)的含量具有重要意義。本文以牛奶中蛋白質(zhì)含量組織分析為切入點(diǎn)，闡述了牛奶中蛋白質(zhì)組織成分的分析，檢測(cè)步驟，介紹了國(guó)內(nèi)外牛奶中蛋白質(zhì)含量檢測(cè)分析方面應(yīng)用的最新研究進(jìn)展，對(duì)目前研究存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析，對(duì)今后進(jìn)一步的研究進(jìn)行了展望并提出了一些建議。

引言

1.1研究背景

牛乳，俗稱牛奶，是最古老的天然飲料之一。牛乳顧名思義是從雌性乳牛身上所擠出來(lái)的。在不同國(guó)家，牛乳也分有不同的等級(jí)，目前最普遍的是全脂、低脂及脫脂牛乳。

牛奶及牛奶制品作為一種與人民生活息息相關(guān)的營(yíng)養(yǎng)品，含有蛋白質(zhì)、乳糖、脂肪、維生素、礦物質(zhì)等100多種人體所需的營(yíng)養(yǎng)元素，其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值完善，是最接近于人奶的天然食品，已成為居民生活中不可缺少的日常食品之一。

由于牛奶和奶制品在人們?nèi)粘ｏ嬍持姓紦?jù)著越來(lái)越重要的地位，它的安全性直接影響到人們的身體健康。因此，對(duì)牛奶和奶制品中蛋白質(zhì)含量進(jìn)行有效的質(zhì)量檢測(cè)和分析也就至關(guān)重要。

蛋白質(zhì)，是化學(xué)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的一類有機(jī)化合物，基本單位是氨基酸，是人體的必須營(yíng)養(yǎng)素。蛋白質(zhì)的英文是protein，源于希臘文的proteios，是“頭等重要”意思，表明蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)中頭等重要物質(zhì)。蛋白質(zhì)是細(xì)胞組分中含量最為豐富、功能最多的高分子物質(zhì)，在生命活動(dòng)過(guò)程中起著各種生命功能執(zhí)行者的作用，幾乎沒(méi)有一種生命活動(dòng)能離開(kāi)蛋白質(zhì)，所以沒(méi)有蛋白質(zhì)就沒(méi)有生命。

組成蛋白質(zhì)的基本單位是氨基酸，氨基酸通過(guò)脫水縮合形成肽鏈。蛋白質(zhì)由一條或多條多肽鏈組成的生物大分子，每一條多肽鏈有二十至數(shù)百個(gè)氨基酸殘基不等；各種氨基酸殘基按一定的順序排列。產(chǎn)生蛋白質(zhì)的細(xì)胞器是核糖體。蛋白質(zhì)是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)，沒(méi)有蛋白質(zhì)就沒(méi)有生命。因此，它是與生命及與各種形式的生命活動(dòng)緊密聯(lián)系在一起的物質(zhì)。機(jī)體中的每一個(gè)細(xì)胞和所有重要組成部分都有蛋白質(zhì)參與。蛋白質(zhì)是人體主要成分，每日必需食入一定量的蛋白質(zhì)以維持生長(zhǎng)和各種組織蛋白質(zhì)的補(bǔ)充更新。蛋白質(zhì)的基本組成單位是氨基酸，蛋白質(zhì)的合成、降解都需經(jīng)過(guò)氨基酸來(lái)進(jìn)行，所以氨基酸代謝是蛋白質(zhì)代謝的中心內(nèi)容。為適應(yīng)體內(nèi)蛋白質(zhì)合成的需要，需通過(guò)體外攝人或體內(nèi)合成方式，在質(zhì)與量上保證各種氨基酸的供應(yīng)。氨基酸也可進(jìn)入分解途徑，轉(zhuǎn)變成一些生理活性物質(zhì)、某些含氮化合物和作為體內(nèi)能量的來(lái)源。因此，氨基酸代謝包括合成代謝和分解代謝。蛋白質(zhì)是機(jī)體細(xì)胞和細(xì)胞外間質(zhì)的基本構(gòu)成成分，是生命現(xiàn)象的物質(zhì)基礎(chǔ)。食物蛋白分解的氨基酸參與體內(nèi)蛋白質(zhì)合成，這一作用是糖、脂類營(yíng)養(yǎng)物不能代替的。氨基酸的主要功能是合成蛋白質(zhì)，正常人體，尤其對(duì)于生長(zhǎng)發(fā)育的兒童和康復(fù)期病人，應(yīng)獲得足量、優(yōu)質(zhì)的蛋白質(zhì)供應(yīng)。如果攝入的氨基酸的量超過(guò)了機(jī)體進(jìn)行蛋白質(zhì)合成所需，多余的氨基酸就會(huì)被分解掉，因?yàn)榘被岵荒茉隗w內(nèi)儲(chǔ)存。氨基酸經(jīng)脫氨基作用產(chǎn)生的碳鏈可直接或間接進(jìn)入三羧酸循環(huán)而氧化分解供能。每克蛋白質(zhì)在體內(nèi)氧化分解可產(chǎn)生17．19kJ(4．1kcal)能量。一般來(lái)說(shuō)，成人每日約18％的能量來(lái)自蛋白質(zhì)的分解代謝，但這一作用可由糖和脂肪代替。因此，供能是蛋白質(zhì)的次要生理功能。

蛋白質(zhì)占人體重量的16.3%，即一個(gè)60kg重的成年人其體內(nèi)約有蛋白質(zhì)9.8kg。人體內(nèi)蛋白質(zhì)的種類很多，性質(zhì)、功能各異，但都是由20多種氨基酸按不同比例組合而成的，并在體內(nèi)不斷進(jìn)行代謝與更新。蛋白質(zhì)被食入的蛋白質(zhì)在體內(nèi)經(jīng)過(guò)消化分解成氨基酸，吸收后在體內(nèi)主要用于重新按一定比例組合成人體蛋白質(zhì)，同時(shí)新的蛋白質(zhì)又在不斷代謝與分解，時(shí)刻處于動(dòng)態(tài)平衡中。因此，食物蛋白質(zhì)的質(zhì)和量、各種氨基酸的比例，關(guān)系到人體蛋白質(zhì)合成的量，尤其是青少年的生長(zhǎng)發(fā)育、孕產(chǎn)婦的優(yōu)生優(yōu)育、老年人的健康長(zhǎng)壽，都與膳食中蛋白質(zhì)的量有著密切的關(guān)系。

1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

奶制品的營(yíng)養(yǎng)成分檢測(cè)主要指利用近紅外光譜技術(shù)對(duì)牛奶中蛋白質(zhì)等主要營(yíng)養(yǎng)成分中的某一種或幾種做快速定量分析。早在1991年，聯(lián)邦德國(guó)的就利用近紅外光譜結(jié)合偏最小二乘法對(duì)牛奶中的蛋白質(zhì)含量作了定量分析，并做了重復(fù)性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可再現(xiàn)性，結(jié)果表明近紅外光譜分析方法用來(lái)分析牛奶中的蛋白質(zhì)含量是非常有效的。Carlos

Enrique等人利用近紅外-可見(jiàn)光結(jié)合偏最小二乘法預(yù)測(cè)新鮮牛奶中的蛋白質(zhì)含量，采集了正交散射，透射和漫反射三種光譜建立模型，結(jié)果表明對(duì)于測(cè)量非均質(zhì)的牛奶中的蛋白質(zhì)含量，不需做任何稀釋和均勻化的預(yù)處理即能獲得較好解釋系數(shù)。

在國(guó)內(nèi)，李慶波等人使用偏最小二乘法(PLS)建立校正模型，對(duì)光譜數(shù)據(jù)采取數(shù)字濾波預(yù)處理，并用遺傳算法優(yōu)選波段建模后牛奶中蛋白質(zhì)成分含量的預(yù)測(cè)均方根誤差為0.1~0.2g/dl相關(guān)系數(shù)大于0.9。呂麗娜等研究了使用近紅外漫反射光譜建立模型測(cè)量牛奶主要成分的方法，比較了各種預(yù)處理方法和不同譜區(qū)的建模效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果蛋白質(zhì)的相關(guān)系數(shù)為0.92，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.102g/dl。王麗杰等,探討了在建立模型過(guò)程中，采用直接正交(DO)數(shù)據(jù)處理方法濾除牛奶漫反射光譜中與待測(cè)組分質(zhì)量濃度無(wú)關(guān)的干擾信息的可行性，并與多元散射校正(MSC)、二階微分(SOD)等光譜數(shù)據(jù)及處理方法進(jìn)行了比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，相對(duì)于其它數(shù)據(jù)預(yù)處理方法，經(jīng)DO處理后，系統(tǒng)PLS模型的RMSECV及RMSEP相對(duì)較低。王云等,對(duì)比了不同的近紅外區(qū)域的檢測(cè)結(jié)果，探討了不同光譜區(qū)域和數(shù)據(jù)預(yù)處理對(duì)模型準(zhǔn)確性的影響。模型表明，在長(zhǎng)波段(1700nm~2500nm)檢測(cè)牛奶中蛋白質(zhì)含量的準(zhǔn)確性最高。劉波平等,采用PLS-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法同時(shí)測(cè)定牛奶中四種營(yíng)養(yǎng)成分的含量。對(duì)脂肪，蛋白質(zhì)，乳糖和牛乳總固體等4種主要組分含量的預(yù)測(cè)決定系數(shù)(R2)分別為：0.961、0.974、0.951、0.997。此外，由于實(shí)驗(yàn)是使用從同一奶源獲取的樣品建模，為了驗(yàn)證其通用性，作者對(duì)不同奶源的產(chǎn)品調(diào)用模型，結(jié)果并無(wú)明顯差異，表明模型穩(wěn)健性較好。

總的來(lái)說(shuō)，這些研究比較分析了不同的建模方法，預(yù)處理方法，以及不同的波長(zhǎng)選擇下的測(cè)量效果。偏最小二乘法(PLS)使用比較廣泛，也有個(gè)別使用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模分析，預(yù)測(cè)效果也較為理想。同時(shí)我們也看到，不同的光譜預(yù)處理，波長(zhǎng)選擇以及不同的建模方法都對(duì)最后的預(yù)測(cè)精度有著影響，因此，從這幾個(gè)方面對(duì)模型加以改進(jìn)，都可能改進(jìn)奶制品營(yíng)養(yǎng)成分檢測(cè)的性能。

在牛奶的收購(gòu)和生產(chǎn)管理過(guò)程中，需要正確快速地檢測(cè)牛奶蛋白質(zhì)的含量，為牛奶品質(zhì)分析和生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量控制提供參考依據(jù)。韓東海等,利用紅外光譜技術(shù)快速、準(zhǔn)確、無(wú)損傷地實(shí)現(xiàn)了純牛奶中蛋白質(zhì)含量的判別。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：利用判別分析的方法建立牛奶蛋白質(zhì)的鑒別模型，該方法的正確判別率約在 90%以上；另外，利用定性判別的方法建立了牛奶蛋白質(zhì)的判別模型，并建立了識(shí)別摻堿牛奶的模型，其正確判別率均在 95%以上。上述結(jié)果說(shuō)明，國(guó)內(nèi)技術(shù)可以很好的實(shí)現(xiàn)牛奶摻假的鑒別以及蛋白質(zhì)含量的快速鑒定。

李凱歌等探討了近紅外光譜技術(shù)結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)算法對(duì)純牛奶中蛋白質(zhì)含量的分析，考察了馬氏距離判別分析和仿生模式識(shí)別方法在牛奶檢測(cè)中的適用性。結(jié)果表明：利用馬氏距離判別分析方法鑒別，正確判別率為87.5%；利用仿生模式識(shí)別方法鑒別，正確判別率為

98.3% 由此說(shuō)明：國(guó)內(nèi)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)純牛奶中蛋白質(zhì)含量進(jìn)行快速鑒別。

在牛奶生產(chǎn)過(guò)程中，由于要達(dá)到出廠產(chǎn)品一致化的目標(biāo)，有時(shí)常常需要保持原料成分含量的一致性，有時(shí)需要保持發(fā)酵進(jìn)程的統(tǒng)一性。

國(guó)內(nèi)關(guān)于對(duì)牛奶中蛋白質(zhì)含量的現(xiàn)場(chǎng)在線分析有一些理論研究，如朱俊平使用多元線性回歸法分別建立了用近紅外檢測(cè)蛋白質(zhì)的快速測(cè)定模型。將近紅外法的測(cè)定結(jié)果和標(biāo)準(zhǔn)方法的測(cè)定結(jié)果進(jìn)行了比較，比較結(jié)果相當(dāng)一致。他們認(rèn)為近紅外光譜法可以用于牛奶生產(chǎn)過(guò)程中的蛋白質(zhì)含量檢測(cè)，并可為食品的無(wú)損、快速檢測(cè)提供一種新的方法。劉蓉利用半數(shù)重采樣法(RMH)和最小半球體積法(SHV)這兩種簡(jiǎn)單算法對(duì)測(cè)得的牛奶成分的近紅外光譜進(jìn)行了奇異點(diǎn)的剔除實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，兩種算法都具有簡(jiǎn)單快速、無(wú)需計(jì)算逆矩陣等優(yōu)點(diǎn)，具有很好的數(shù)值穩(wěn)定性，兩種算法的結(jié)合是剔除奇異點(diǎn)的一條有效途徑。尤其適用于在線測(cè)量和分析，可以大大提高模型的穩(wěn)健性和分析精度。但由于實(shí)際條件限制，對(duì)于在線和現(xiàn)場(chǎng)分析檢測(cè)但尚未進(jìn)行有效的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，更未在實(shí)際的生產(chǎn)線上。

國(guó)外已有文獻(xiàn)報(bào)道利用近紅外技術(shù)監(jiān)控牛奶中蛋白質(zhì)含量的研究過(guò)程。也有研究利用近紅外光譜技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)牛奶中主成分含量，控制摻入比例，保證蛋白質(zhì)含量的均勻一致。Adamopuulos利用近紅外光譜技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)牛奶蛋白質(zhì)含量檢測(cè)過(guò)程進(jìn)行了監(jiān)控，結(jié)果表明，近紅外光譜技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)牛奶中蛋白質(zhì)主要指標(biāo)的變化。Masataka Kawasaki等構(gòu)建了一個(gè)近紅外光譜傳感系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一臺(tái)近紅外光譜儀、牛奶流量計(jì)、牛奶采樣器和電腦系統(tǒng)。并分別建立了擠奶過(guò)程中非均質(zhì)牛奶中蛋白質(zhì)含量的校準(zhǔn)模型。結(jié)果表明，該系統(tǒng)能實(shí)時(shí)自動(dòng)評(píng)估擠奶過(guò)程中牛奶質(zhì)量，可以為奶農(nóng)提供單個(gè)牛的牛奶質(zhì)量和生理?xiàng)l件信息，這些信息再反饋給牛奶場(chǎng)管理者。

總體上講，關(guān)于牛奶中蛋白質(zhì)含量的現(xiàn)場(chǎng)及在線監(jiān)測(cè)的研究多還停留在實(shí)驗(yàn)室階段，特別是國(guó)內(nèi)，牛奶中蛋白質(zhì)含量的的現(xiàn)場(chǎng)在線近紅外檢測(cè)走向?qū)嵱没€需要做很多的鋪墊工作。

1.3研究目的及意義

雖然已經(jīng)有很多的科學(xué)家利用近紅外技術(shù)在牛奶檢測(cè)方面進(jìn)行了大量的研究工作，但還存在一些急需解決的問(wèn)題：首先，牛奶所含蛋白質(zhì)成分復(fù)雜，且不同蛋白質(zhì)成分由于顆粒大小不同，在牛奶中有的以真溶液形式存在，有的以膠體溶液狀態(tài)存在，有的則以乳濁液狀態(tài)存在。這種復(fù)雜的分布情況必然會(huì)影響蛋白質(zhì)含量的分布情況，不同的結(jié)構(gòu)也會(huì)影響牛奶蛋白質(zhì)的檢測(cè)精度；如何降低檢測(cè)時(shí)的誤差，獲得較強(qiáng)的待檢測(cè)成分的信號(hào)，也是急需解決的問(wèn)題。其次，定量分析的關(guān)鍵在于建立一個(gè)準(zhǔn)確有效的校正模型，因此定量、定性建模過(guò)程中針對(duì)具體問(wèn)題尋找更簡(jiǎn)單，更精確，更穩(wěn)定的建模方法非常必要。為此，要進(jìn)行多種建模方法的比較，獲得最優(yōu)的模型。然后，目前利用近紅外光譜技術(shù)對(duì)牛奶中蛋白質(zhì)含量的定性和定量檢測(cè)的精度還較低，僅僅限于少數(shù)幾種蛋白質(zhì)。當(dāng)多種蛋白質(zhì)同時(shí)存在時(shí)如何定性和定量是亟待研究的問(wèn)題。因此，對(duì)于牛奶中蛋白質(zhì)含量在線和現(xiàn)場(chǎng)分析方面的研究具有重要意義。