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它是脂肪乳制品的重要組成部分，也是乳制品的重要營養指標。脫脂工藝又稱脂肪標準化工藝，是液態奶生產中的關鍵工序之一。本文以液態奶脫脂過程為研究對象，利用統計過程控制的基本原理，通過紫外分光光度計測試液態奶的光譜吸收值，繪制出具有較高實用價值的液態奶脫脂過程質量波動控制圖。結合相關系數評價方法，對實驗過程的波動進行了分析。

實驗中，在南京蘇果超市購買了一個品牌的液體脫脂奶(2%)和脂肪奶(6%)。乙醇(色譜純度≥ 99.8%)購自上海阿拉丁生化科技有限公司

取一個干凈的玻璃瓶，依次加入3mL乙醇和50μL液態奶，搖勻后放入4℃冰箱靜置反應1小時，取出樣品，13000rpm離心15分鐘，取上清液檢測。以乙醇為零點，用紫外光譜儀對樣品溶液進行測試，得到待測樣品的紫外光譜數據。

其中α代表測試樣品的質量特征值，本文分別代表①各樣品在208nm紫外光譜下的紫外吸光度值；②在紫外光譜200 ~ 350納米范圍內，各樣品與平均值的相關系數。a代表其平均值。r代表極端差，1 | | I IRA+等于，我從1開始依次加1。r代表極差的平均值。UCL代表單值控制圖的控制上限，CL代表單值控制圖的中心線，LCL代表單值控制圖的控制下限。

其中，R UCL代表移動范圍控制圖的控制上限，R CL代表移動范圍控制圖的中心線，rcl代表移動范圍控制圖的控制下限。

其中，R代表相關系數，xi和yi分別代表兩個樣品在I波長下的紫外光譜吸光度值。本實驗選擇的紫外光譜波長范圍為200 ~ 350納米，I = 1表示350納米處的紫外吸光度。n代表200納米處的紫外吸光度，I依次增加1；x和y分別代表兩個樣品在200 ~ 350納米波長范圍內紫外吸光度的平均值。

脂肪乳是脂肪乳的重要組成部分，其含量通常可以反映牛的健康狀況，也是評價牛奶質量的常用指標。在工業生產中，購買液態奶后，由于奶制品來源不同，一般需要進行脂肪標準化工藝，以滿足現實中不同人群的消費需求。脫脂工藝又稱脂肪標準化工藝，是牛奶生產中的關鍵工序之一。在工業生產中，高速離心主要用于生產不同脂肪含量的乳制品。目前，乳制品中脂肪含量的常用檢測方法主要有紙片法、石油醚萃取稱重法和硫酸水解離心試驗法。但這些檢測方法需要有害溶劑，樣品前處理操作費時費力，難以滿足生產線快速檢測的迫切需求。為了構建一種快速、簡便、適用于一線生產的脂肪含量測定方法，本文采用紫外光譜法進行測定。紫外光譜法測定液態奶中脂肪含量有很多優點，主要是紫外光譜儀是實驗室常用的光譜儀器，而模型紙價格便宜，操作簡單，測試速度快，攜帶方便，適合現場測試。

實驗采用無水乙醇沉淀去除水溶性蛋白質、多肽等干擾物質，提取脂溶性脂肪分子溶于乙醇溶液中，然后采集樣品的紫外光譜。如圖1所示，脂肪含量為2%的脫脂牛奶和脂肪含量為6%的含脂牛奶。從圖中可以看出，液態奶有三個明顯的紫外吸收峰，分別在205納米、235納米和280納米。根據現有文獻可以進行如下分析:205nm吸收峰來自脂肪酰基中的雙鍵，230nm吸收峰來自非酯化脂肪酸的共軛二烯鍵，280nm吸收峰來自非酯化脂肪酸的共軛三烯鍵。同時可以看出，隨著液態奶中脂肪含量的增加，相應的紫外吸光度明顯增加，可以直接判斷液態奶脫脂工藝的生產狀態。

目前，質量波動控制圖在機械制造領域應用廣泛，在食品領域，尤其是乳制品領域的應用案例相對較少。本實驗對液態奶脫脂過程的質量波動進行了評價和分析。首先，采集了25個市售脫脂牛奶樣品經處理后的紫外光譜。208nm處的紫外吸收光譜與測試牛奶樣品的脂肪含量有很強的線性關系。因此選擇208nm處的吸光度數據，采用單值移動范圍控制圖的計算方法，得到圖2所示的控制圖。

從圖2A的單值控制圖可以看出，脫脂乳在208nm處的吸光度值在均值0.6704左右，在控制上限0.7474和控制下限0.5934的控制范圍內上下波動，測試樣品的實測吸光度值均未跳出控制界限，說明液態奶脫脂過程僅受隨機因素影響，系統處于可控穩定狀態。此外，在相同試驗條件下，液態含脂乳(6%)在208nm處的紫外吸光度值為1.146，大于0.7474的控制上限，跳出了控制范圍，進一步說明該控制圖能夠有效識別脫脂過程的工作狀態。圖2B中的移動范圍圖可以近似反映測試數據的分散性，中心線為0.029，控制上限為0.0946，控制下限為0。從圖上看，各點圍繞中心線上下波動，沒有一點跳出控制界限。可以認為試驗數據的離散度在合理范圍內，脫脂過程處于可控狀態。

之前的討論和分析主要是利用液態奶在紫外光譜208nm處的吸光度值，信息利用率比較低。因此，我們嘗試以紫外光譜200 ~ 350納米的所有數據為輸入，進一步進行相關系數分析。首先，研究了液體脫脂奶(2%)樣品之間的相關性。如圖3A所示，隨機選擇兩個液體脫脂奶(2%)樣品。結果表明，兩者具有較高的相關性，相關系數達到0.999634。作為對照，在相同條件下分析液體脫脂乳(2%)樣品1和液體脂肪乳(6%)樣品1之間的相關性。從圖中可以看出，線性關系發生了偏移，相關系數值為0.994294，低于液體脫脂奶樣品之間的相關系數值。因此，相關系數值可用于定量判別和分析液體脫脂乳樣品之間的穩定性和一致性。如表1所示，隨機選擇9個液體脫脂奶實驗樣品，計算樣品間的相關系數值。結果表明，最小值為0.998228，大部分值都在0.999以上，進一步說明液體脫脂乳樣品之間存在較高的相關性，說明脫脂過程的產品穩定性和一致性處于較高水平。

實驗進一步表明，以25種液體脫脂奶的平均紫外光譜作為其理論真值的最佳估計值，分別計算25種液體脫脂奶的紫外光譜數據與該平均值之間的相關系數，得到25個相關系數值。根據單值移動范圍控制圖的計算方法，得到圖4所示的控制圖。從圖4A的單值控制圖可以看出，在平均值0.99695附近，各液體脫脂乳樣品的相關系數值在控制上限1.000144和控制下限0.999245的控制范圍內上下波動。由于相關系數值的理論最大值為1，需要將單值控制圖的控制上限修正為1.00000。無供試樣品的實測相關系數跳出對照限值，說明液體脫脂奶樣品之間具有較高的穩定性和一致性。在相同的試驗條件下，含脂液態奶(6%)和脫脂液態奶(2%)平均值的相關系數為0.99404，小于0.99245的控制下限，跳出了控制范圍，進一步說明此控制圖能有效識別脫脂過程的工作狀態。圖4B是移動范圍圖，可以反映測試數據相關系數的離散程度。計算結果表明，中心線為0.000169，控制上限為0.000552，控制下限為0。從圖上看，各點圍繞中心線上下波動，沒有一點跳出控制界限，可以認為測試數據的離散度在合理范圍內。但需要進一步指出的是，點位變化趨勢是否正常，也是判斷控制圖是否穩定的重要依據。比如15~19點連續接近控制極限，要密切注意排除過程異常的可能性。本實驗中15~19個點的相關系數接近1，說明該工藝的產品質量特征值非常接近樣品的平均值，質量水平較高，說明該工藝階段存在有利于產品質量提升的因素。