摘要
我国作为世界养蜂大国，其蜂蜜生产、消费、出口都位居世界前列。但蜂蜜品质，尤其是屡禁不止的蜂蜜掺假现象一直制约着中国蜂业的健康发展。有必要大力发展蜂蜜品质及掺假鉴别技术，尤其是廉价便捷的现代无损鉴别技术。本文研究掺假蜂蜜的鉴别方法，深入探究近红外(NIR)、流变(RHE)分析方法及其融合在掺假蜂蜜识别上的应用，可以推进我国蜂蜜检测技术发展，维护百姓食品安全，为中国蜂业健康发展及增强国产蜂蜜竞争力作出贡献。本研究丰富了真假蜂蜜在NIR和RHE分析方法上的基础数据，所实现的多种分析方法下的掺假蜂蜜二维(2D)指纹谱图不仅可以对真假蜂蜜进行模式识别，还为掺假蜂蜜提供了直观上的指纹谱图，为多维度鉴别蜂蜜掺假提供了技术支持。 本论文以拓展传统的NIR和RHE方法的分析维度，实现多种分析方法下的掺假蜂蜜二维指纹谱图，并建模识别掺假蜂蜜为基本目的。研究揭示了掺假蜂蜜的NIR和RHE特性，包括温度、水分、掺假对蜂蜜相关特性的影响。在成功实现蜂蜜的NIR和RHE检测方法及近红外-流变(NIR-RHE)融合技术的二维指纹谱图同时对掺假蜂蜜进行了建模识别的比较研究。主要研究内容和结论如下: 1、运用主成分分析和二维相关分析相结合的方法研究了温度、水、掺假对蜂蜜短波NIR光谱影响，给出了脱水蜜和掺水蜜的二维-近红外(2D-NIR)指纹谱图，展示出水分在蜂蜜中的光学指纹。在NIR及2D-NIR谱图的特征提取，相关分析和主成分分析基础上，对不同类型样本用BP-神经网络进行了真假蜂蜜模式识别和掺假蜂蜜掺假程度预测的数学建模。基本结论为:(1)利用廉价便捷的短波近红外技术实现蜂蜜掺假识别在技术上具有可行性。难以区分的蜂蜜差异可在温度扰动下被放大。2D-NIR同步相关谱图可揭示微扰中特征波段之间的关联变化，展示不同蜂蜜的光学指纹，从直观上以指纹谱图方式展现蜂蜜差异。(2)2D-NIR同步相关谱图可通过升温过程中吸收峰峰位和峰强的改变放大水合差异，并呈现出清晰的光学指纹，据此可以区分不同脱水和掺水程度蜂蜜。(3)基于近红外分析和BP神经网络的真假蜂蜜模式识别效果好，掺假蜂蜜掺假程度预测则绩效不高。 2、在实验基础上确立了真假蜂蜜样本的流变模型和黏度变化经验公式，并对黏度经验公式中的两常数:温度活化能和水分活化能予以理论解释。运用二维-流变(2D-RHE)谱图新方法研究了掺假对蜂蜜的影响。在RHE特征及2D-RHE谱图特征提取，相关分析和主成分分析基础上，用BP神经网络对不同输入变量进行了真假蜂蜜模式识别和掺假蜂蜜掺假程度预测的数学建模。基本结论为:(1)蜂蜜掺假未能改变蜂蜜的Newton体和无触变的流变特性，也未能改变黏温、黏水及黏度随温度水分两者的指数衰减规律。常数U0和活化能Ea既随原蜜样本也随掺假度不同而不同，但不随掺假度单调变化。(2)温度活化能和水分活化能可通过度量流体有效流动的阈能差异，来折射流体内部结构组成的微观差异。(3)蜂蜜的2D-RHE谱图能反映温度微扰中各样本在外力剪切下的细节差异，可直观展示温度微扰下剪切率递增情况下表观黏度变化情况。(4)基于流变分析和BP神经网络的真假蜂蜜模式识别可行，掺假蜂蜜掺假程度预测则绩效低。 3、运用二维近红外-流变(2D NIR-RHE)融合相关谱图新方法，揭示温度扰动下NIR和RHE两分析方法下特征的关联变化。对近红外-流变(NIR-RHE)和2D NIR-RHE融合特征建立了真假蜂蜜模式识别和掺假蜂蜜掺假程度预测的数学模型，探讨了多信息融合技术进行蜂蜜掺假识别的可能性。基本结论为:(1)蜂蜜的2D NIR-RHE谱图指纹特征明显，能直观展示温度微扰下NIR和RHE两种分析方法对应特征的关联变化，可用来反映掺假样本细节特征。(2)基于融合技术和BP神经网络的真假蜂蜜模式识别可行，掺假蜂蜜掺假程度预测绩效不高。 4、提出引进包括模型结果范围、平均值、50％阈值和90％阈值这些统计参数在内的网络绩效综合评判方法。比较研究发现:蜂蜜真假的模式识别以近红外方法最优，总识别率平均值可达92.06％，50％阈值93.9％，90％阈值83.3％;流变方法和融合方法总识别率均值可达83％，50％阈值85.2％，90％阈值81.5％。二维分析则以2D NIR-RHE方法略胜，其总识别率均值可达83.7％，50％阈值85.2％,90％阈值79.6％。
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