專利名稱：番茄果實(shí)中番茄紅素含量的無(wú)損傷檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用番茄果實(shí)表面的紫外-可見(jiàn)(370-700nm)反射光譜與果實(shí)中番茄紅素含量的相關(guān)性對(duì)番茄果實(shí)中番茄紅素含量進(jìn)行無(wú)損傷檢測(cè)的方法。這種方法構(gòu)成了研發(fā)快速專用檢測(cè)設(shè)備的理論基礎(chǔ)。
背景技術(shù)：
番茄紅素(Lycopene)是一種類胡蘿卜素，廣泛存在于番茄果實(shí)、西瓜、番石榴、葡萄柚和秋橄欖等蔬菜水果中，是人們飲食中主要的類胡蘿卜素之一。番茄紅素具有優(yōu)越的防治疾病功能。其中抗氧化功能最為突出。因此，它被認(rèn)為是一種很有發(fā)展前途的功能因子，可以被用于功能性食品、食品添加劑和藥品中。全反式番茄紅素分子結(jié)構(gòu)如下 隨著番茄紅素生物學(xué)功能的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，番茄紅素的檢測(cè)技術(shù)也逐漸成為研究熱點(diǎn)之一。無(wú)論是從資源量還是從含量的角度來(lái)考慮，番茄無(wú)疑是天然番茄紅素的重要資源。因此，番茄及其制品中番茄紅素含量的檢測(cè)方法及技術(shù)具有重要的意義。目前，光譜和色譜技術(shù)均已被應(yīng)用在番茄及其制品中番茄紅素含量的檢測(cè)中。在各類檢測(cè)技術(shù)中，快速、現(xiàn)場(chǎng)和無(wú)損傷檢測(cè)是番茄制品的生產(chǎn)和品質(zhì)檢驗(yàn)實(shí)踐中高度期望的技術(shù)。
在番茄果實(shí)的成熟過(guò)程中，果實(shí)表面的顏色經(jīng)歷了由綠變紅的過(guò)程，主要包括青果、白果、橙果、紅果和紫果五個(gè)階段?；谶@一觀察，本項(xiàng)發(fā)明從探討番茄果實(shí)表面反射光譜與果實(shí)中番茄紅素含量的關(guān)系入手，利用收集的番茄果實(shí)表面反射光譜信息，建立檢測(cè)番茄果實(shí)中番茄紅素含量的方法，為研發(fā)番茄果實(shí)中番茄紅素含量的快速、無(wú)損傷檢測(cè)技術(shù)奠定理論基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種番茄果實(shí)中番茄紅素含量的無(wú)損傷檢測(cè)方法，該檢測(cè)方法速度快，可靠、可行。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案這種番茄果實(shí)中番茄紅素含量的無(wú)損傷檢測(cè)方法，是利用370-700nm紫外-可見(jiàn)光譜照射果實(shí)，并采集番茄果實(shí)表面的反射光譜。采集到的紫外-可見(jiàn)的反射光譜，應(yīng)用化學(xué)計(jì)量學(xué)方法(PLS)建立反射光譜與番茄紅素含量的數(shù)學(xué)模型，來(lái)檢測(cè)未知樣品中番茄紅素含量的定量值。
本發(fā)明所涉及的檢測(cè)方法原理為收集番茄果實(shí)表面的紫外-可見(jiàn)(370-700nm)的反射光譜，同時(shí)測(cè)定番茄果實(shí)中番茄紅素的含量，應(yīng)用計(jì)量化學(xué)的計(jì)算方法，建立番茄果實(shí)表面的紫外-可見(jiàn)(370-700nm)反射光譜與番茄果實(shí)中番茄紅素含量的定量關(guān)系。最終，實(shí)現(xiàn)利用番茄果實(shí)表面的紫外-可見(jiàn)反射光果實(shí)中番茄紅素含量的相關(guān)性對(duì)番茄果實(shí)中番茄紅素含量進(jìn)行無(wú)損傷檢測(cè)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)可利用番茄果實(shí)表面的紫外-可見(jiàn)反射光譜對(duì)果實(shí)中番茄紅素含量進(jìn)行無(wú)損傷檢測(cè)，檢測(cè)速度快(與光源的能量相關(guān))，方法可靠、可行，該方法為研發(fā)專用現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀器提供了技術(shù)基礎(chǔ)。


圖1番茄果實(shí)在成熟過(guò)程中的顏色變化圖2果實(shí)成熟過(guò)程中表面反射光譜的變化圖3番茄果實(shí)萃取物的HPLC色譜4果實(shí)成熟過(guò)程中果實(shí)中番茄紅素含量的變化圖5紫色果實(shí)表面的反射光譜圖6光譜測(cè)定值與化學(xué)測(cè)定值的相關(guān)性1中，從右到左表示青果、白果、橙果、紅果、紫果。
圖2中，1為青果、2為白果、3為橙果、4為紅果、5為紫果，圖中所示每個(gè)成熟階段果實(shí)的光譜為處于該成熟階段的18-20個(gè)果實(shí)光譜的平均值。
圖3中，組分鑒定I＝番茄紅素。
圖4中，所示每個(gè)成熟階段中果實(shí)番茄紅素含量值為處于該成熟階段的18-20個(gè)果實(shí)中番茄紅素含量的平均值。
本發(fā)明方法的建立一、選擇材料收集青果、白果、橙果、紅果、紫果5組果實(shí)(見(jiàn)圖1)，每組20個(gè)果實(shí)。要求果實(shí)的色澤均勻。用清水洗凈果實(shí)，風(fēng)干。
二、果實(shí)表面反射光譜的收集從果實(shí)表層頂部切厚約5毫米、直徑約1厘米的帶皮切片，表皮部分朝上，放入薄層掃描儀，收集反射光譜。光束大小為0.4×0.4毫米。波長(zhǎng)范圍為370-700nm(見(jiàn)圖2)。
三、果實(shí)的搗碎將果實(shí)的其余部分放入搗碎機(jī)中搗碎。搗碎時(shí)加入1克碳酸鈉以中和細(xì)胞破碎時(shí)釋放出的有機(jī)酸。收集果實(shí)勻漿。
四、果實(shí)含水量測(cè)定稱取1克果實(shí)勻漿，置于表面皿中放入(60℃)烘箱中烘干至恒重，測(cè)量殘?jiān)亓?，減重法計(jì)算果實(shí)含水量。
五、番茄紅素的萃取稱取1克果實(shí)勻漿，加少量石英砂和丙酮(4倍，V/W)研磨，研磨后靜置，用滴管小心移出上清液，多次重復(fù)直至上清液和殘?jiān)鶠闊o(wú)色。合并收集上清液，用丙酮定容至25毫升。實(shí)驗(yàn)過(guò)程盡量避光。
六、番茄紅素含量測(cè)定應(yīng)用高效液相色譜將萃取液中的番茄紅素與其它類胡蘿卜素分離后，根據(jù)番茄紅素組分的峰面積計(jì)算樣品中番茄紅素的含量。色譜條件色譜柱DiamonsilTM(5um，4.6mm×25cm)；流動(dòng)相A乙腈-水(9∶1，V/V)；流動(dòng)相B乙酸乙酯；線性梯度洗脫B在15分鐘內(nèi)由0％增加至100％；流速1.0毫升/分；檢測(cè)波長(zhǎng)475nm；波長(zhǎng)收集范圍260nm-700nm；進(jìn)樣量20微升。根據(jù)各組分的色譜行為和光譜特征對(duì)其進(jìn)行定性鑒定。根據(jù)朗伯-比爾定律，按下列公式計(jì)算番茄紅素含量。圖3為番茄果實(shí)提取物的高效液相色譜圖。圖4為果實(shí)成熟過(guò)程中果實(shí)中番茄紅素含量的變化。
x＝(A×y)/(A1％1cm×100000)其中x＝樣品中所含的番茄紅素量(克)y＝樣品溶液的體積(毫升)A＝樣品的番茄紅素峰面積(毫伏·秒)A1％1cm＝吸光系數(shù)，為在1厘米光程長(zhǎng)的比色杯中1％(W/V)濃度溶質(zhì)的理論吸收值。在此采用值為ε＝3400[1]。
七、番茄果實(shí)表面紫外-可見(jiàn)反射光譜與果實(shí)中番茄紅素含量的相關(guān)性利用370nm-700nm的紫外-可見(jiàn)光作為入射光，可獲得番茄果實(shí)表面紫外-可見(jiàn)反射光譜。儀器的分辨率為1nm-5nm，反射光譜的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)p在66-330之間，在此范圍內(nèi)番茄紅素具有特征吸收，且信息量豐富、圖譜穩(wěn)定性能高、取得圖譜比較容易，且不需對(duì)樣品做任何化學(xué)處理。
在本發(fā)明中，采用了常規(guī)的定量化學(xué)計(jì)量學(xué)分析方法建立番茄紅素含量與果實(shí)表面反射光譜的相關(guān)性。計(jì)算方法位偏最小二乘回歸法(Partial Least SquaresRegression，以下簡(jiǎn)稱PLS法)。
PLS法首先將n(n≥30個(gè))個(gè)(具有代表性的)樣品的番茄紅素含量矩陣Y＝(yij)n×1和儀器測(cè)定n(n≥30個(gè))個(gè)樣品p(66≤p≤330)個(gè)波長(zhǎng)點(diǎn)處吸光度矩陣X＝(xij)n×p分解成特征向量形式Y(jié)＝UQ+F，X＝TP+E。
其中U和T分別為n行d列(d為抽象組分?jǐn)?shù)，由建模樣品n確定，1≤d≤4)的濃度特征因子矩陣和吸光度特征因子矩陣，Q為d×1階濃度載荷陣，P為d×p階吸光度載荷陣，F(xiàn)和E分別為n×1，n×p階濃度殘差陣和吸光度殘差陣。
PLS法是根據(jù)特征向量的相關(guān)性分解Y和X，建立回歸模型U＝TB+Ed。其中Ed為隨機(jī)誤差陣，B為d維對(duì)角回歸系數(shù)陣。
對(duì)待測(cè)樣品，如果吸光度向量為x，則濃度為y＝x(UX)′BQ本發(fā)明中所建立的番茄紅素應(yīng)用模型的相關(guān)性R≥0.95，其預(yù)測(cè)未知樣品的相關(guān)性R≥0.90(見(jiàn)表1西紅素中番茄紅素含量數(shù)學(xué)模型應(yīng)用報(bào)告，測(cè)試十個(gè)未知樣品，其光譜測(cè)定值與化學(xué)測(cè)定值的相關(guān)性見(jiàn)圖6)。
表1

由此可以確定本發(fā)明所運(yùn)用的化學(xué)計(jì)量學(xué)方法對(duì)番茄紅素與其反射光譜進(jìn)行相關(guān)是可行并且是可靠的。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例應(yīng)用番茄果實(shí)表面反射光譜測(cè)定果實(shí)中的番茄紅素含量1、選擇材料收集紅色番茄果實(shí)。要求果實(shí)的色澤均勻。用清水洗凈果實(shí)，風(fēng)干。
2、果實(shí)表面反射光譜的收集從果實(shí)表層頂部切厚約5毫米、直徑約1厘米的帶皮切片，表皮部分朝上，放入薄層掃描儀，收集反射光譜。光束大小為0.4×0.4毫米。波長(zhǎng)范圍為370-700nm(見(jiàn)圖5)。
3、果實(shí)的搗碎將果實(shí)的其余部分放入搗碎機(jī)中搗碎。搗碎時(shí)加入1克碳酸鈉以中和細(xì)胞破碎時(shí)釋放出的有機(jī)酸。收集果實(shí)勻漿。
4、果實(shí)含水量測(cè)定稱取1克果實(shí)勻漿，置于表面皿中放入(60℃)烘箱中烘干至恒重，測(cè)量殘?jiān)亓?，減重法計(jì)算果實(shí)含水量。
5、番茄紅素的萃取稱取1克果實(shí)勻漿，加少量石英砂和丙酮(4倍，V/W)研磨，研磨后靜置，用滴管小心移出上清液，多次重復(fù)直至上清液和殘?jiān)鶠闊o(wú)色。合并收集上清液，用丙酮定容至25毫升。實(shí)驗(yàn)過(guò)程盡量避光。
6、果實(shí)中番茄紅素含量的測(cè)定根據(jù)公式PLS法計(jì)算果實(shí)中番茄紅素含量。結(jié)果為0.5647毫克/克干重。
權(quán)利要求
1.一種番茄果實(shí)中番茄紅素含量的無(wú)損傷檢測(cè)方法，其特征在于它利用370-700nm紫外-可見(jiàn)光譜照射果實(shí)，并采集番茄果實(shí)表面的反射光譜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種番茄果實(shí)中番茄紅素含量的無(wú)損傷檢測(cè)方法，其特征在于將采集到的紫外-可見(jiàn)的反射光譜，應(yīng)用化學(xué)計(jì)量學(xué)方法(PLS)建立反射光譜與番茄紅素含量的數(shù)學(xué)模型，來(lái)檢測(cè)未知樣品中番茄紅素含量的定量值。
全文摘要
本發(fā)明提供一種番茄果實(shí)中番茄紅素含量的無(wú)損傷檢測(cè)方法，它利用370－700nm紫外－可見(jiàn)光譜照射果實(shí)，并采集番茄果實(shí)表面的反射光譜，將采集到的紫外－可見(jiàn)的反射光譜，應(yīng)用化學(xué)計(jì)量學(xué)方法(PLS)建立反射光譜與番茄紅素含量的數(shù)學(xué)模型，來(lái)檢測(cè)未知樣品中番茄紅素含量的定量值。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)可利用番茄果實(shí)表面的紫外－可見(jiàn)反射光譜對(duì)果實(shí)中番茄紅素含量進(jìn)行無(wú)損傷檢測(cè)，檢測(cè)速度快(與光源的能量相關(guān))，方法可靠、可行，該方法為研發(fā)專用現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀器提供了技術(shù)基礎(chǔ)。
文檔編號(hào)G01N21/25GK1987422SQ20051013476
公開(kāi)日2007年6月27日 申請(qǐng)日期2005年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月21日
發(fā)明者惠伯棣, 嚴(yán)衍祿, 羅長(zhǎng)兵 申請(qǐng)人:北京聯(lián)合大學(xué)應(yīng)用文理學(xué)院