论文--食品水分活度在线检测的人工神经网络建立与验证

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1、食品水分活度在线检测的人工神经网络建立与验证摘要：食品水分活度是衡量食品是否腐败变质的重要指标，而目前测量水分活度的方法检测至少要20min，因此需要建立快速准确的测量方法。水分活度与温度有关，利用干湿温度计测量原理，推导了动态法测量水分活度的关系式，通过动态法测量食品水分活度的装置，将测量水分活度及其相应的干湿温度差。利用测量的水分活度、温度数据，建立了水分活度关于温度的人工神经网络模型，来拟合了水分活度与温度的函数关系。该BP神经网络模型能快速准确的测量水分活度值，且能进行多个样品同时测量，测量时间不大于5min,每个食品样

2、品绝对误差在0.01Aw以下。对于大样本而言，干湿温度结合BP神经网络动态测量水分活度的方法容易进行快速准确测量，提供巨大方便。关键词：水分活度；BP神经网络；快速测量中图分类号：TS207.3文献标识码：A　　　　文章编号：食品的腐败变质受到食品中微生物的生长、油脂氧化、酶促反应和非酶促变化等造成的，而这些都受到水分活度（wateractivity,Aw）影响。食品保质期与水分活度有显著地相关性，食品的水分活度是评价食品是否腐败变质的重要指标。在食品生产加工和保藏进程中，测量并控制食品的水分活度是重要的。食品水分活度的国家标准

3、测定法（GB/T23490-2009）已于2009年颁布、实施[1]。该标准规定了康卫皿扩散法和水分活度仪扩散法测定食品中的水分活度。国标中的2个测定法均不能在线测量，且测量一个样品Aw的时间较长（康卫皿扩散法至少1天；水分活度仪扩散法至少几十分钟），另外测量值并非样品原始的Aw值而是样品经粉碎后的平均值。目前Aw的测量均为静态法，主要有康威皿法、平衡相对湿度（ERH）法、蒸汽压力测量（VPM）法和微晶纤维素法等[2、6]。这些方法测量一个样品的AW的时间也需要20-30min，且测量值并非样品原始的Aw值而是样品经粉碎后的平均

4、值。由于食品样品的处理对水分活度测量有影响，又有许多新型有针对性的水分活度测量方法，如：气相色谱法、溶剂萃取法、近红外光谱[7]、吸湿能力测量法、批量效应测量法。这些方法在测量具有不同物理特性（固液性）的食品水分活度中有各自不同的优点，但在测量时间上并不快速。因此确定一种更快速、准确的Aw测量方法是必要的。水分活度是指食品中水的蒸汽压与同温度下的饱和蒸汽压的比值，即(1)其中：Pf为食品在密闭容器中达到平衡时的水蒸气分压，即食品上空水蒸气的分压力；Ps为在相同温度下纯水的饱和蒸汽压[8]。在水分活度的表达式中，Pf、Ps都是温度

5、的函数，那么水分活度也是温度的函数。Clausius-Clapeyron方程式比较准确地阐明了水分活度与温度的关系：d(lnAw)/d(1/T)=-△H/RorlnAw=-k△H/R(1/T)(2)其中：R为气体常数；T为绝对温度；△H在食品某一水分含量下的等量净为吸附热（纯水的汽化潜热）；k为样品中废水物质的本质和其浓度的函数，也是温度的函数[9]。可以构想出某一特定的食品，其水分A度与温度的关系曲线图，水分活度随着温度变化而变化，进而去寻找某一函数与其接近。人工神经网络较好的解决了这一问题，用输入矢量（温度）和相应的输出量（

6、对应的水分活度）训练一个网络去逼近一个未知函数。BP神经网络是人工神经网络中较常用的一种网络，容易处理对于去寻找拟合某一函数这类问题。利用输入输出样本集（温度和水分活度数据）建立网络模型对其进行训练。实现了BP网络模型的最优化[10-13]。将水分活度的测量转化为较易的温度测量，利用模型来间接求出对应的水分活度值。从而满足确定一种更快速、准确的Aw测量方法的要求。国内现有很多水分活度仪，通过其与计算机软件的拟合，实现水分活度的快速检测。检测软件是利用VB6.0来编程，检测的水分活度和温度数据[14]。利用平衡相对湿度法，通过便携

7、式快速水分活度仪套装HygroPaimAW1-Set／40，集成AwQuick软件包实现了水分活度的快速测量，使得测量在4-6min完成[15]。本课题研究利用干湿温度计测量原理，描述了动态法测量AW的装置，推导并建立了Aw动态法测量的BP神经网络模型，探讨了Aw值的测定方法，旨在为测量Aw提供一种更快速、精确的测量方法，为食品生产加工和保藏进程中起到作用。1材料与方法1.1材料试剂：六水合氯化镁分析纯广东光华化学厂有限公司硝酸镁分析纯上海化学试剂采购供应站硝酸钠分析纯中国医药集团上海化学试剂公司氯化钠分析纯浙江中星化工试剂有限

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