本發(fā)明涉及食品分析
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種固體淀粉的三維熒光指紋圖譜的構(gòu)建方法。
背景技術(shù)：
：淀粉是植物的主要能量儲藏物質(zhì)，由直鏈淀粉和支鏈淀粉組成，直鏈淀粉是由葡萄糖殘基以α-1,4糖苷鍵連接而成，基本上呈線型；支鏈淀粉由許多小的直鏈分子組成，不同的小直鏈分子間以α-1,6糖苷鍵連接，形成分支。直鏈淀粉和支鏈淀粉所占比例以及支鏈淀粉的分支度決定淀粉的品質(zhì)和用途。淀粉是一種熒光物質(zhì)，淀粉熒光主要是淀粉分子六元環(huán)結(jié)構(gòu)中醚鍵C-O-C的氧來共享電子發(fā)生n→v*躍遷后所發(fā)射的熒光。不同來源的作物淀粉結(jié)構(gòu)存在較大差異，構(gòu)成不同作物特征性淀粉熒光指紋圖譜。三維熒光光譜(EEMs)技術(shù)作為一項有效的光譜化學分析手段，具有速度快、取樣量少、信息量大、靈敏度高等特點，在水質(zhì)分析、綠茶成分鑒定、黃曲霉毒素等檢測中發(fā)揮重要作用。平行因子分析方法(PARAFAC)作為一種有效的多變量分析方法，能夠最大限度表征樣品中所有的熒光信息，將熒光信號分解成為相對獨立的熒光矩陣，提高了分析的準確性。三維熒光光譜技術(shù)結(jié)合平行因子分析方法已經(jīng)成為研究水環(huán)境中溶解有機物動力學特征的重要工具，檢測的樣品多為液體狀態(tài)。由于淀粉不溶于水和有機溶液，現(xiàn)有技術(shù)中采用淀粉懸液進行熒光光譜測定，但是存在樣品的均一性問題，可重復性差，限制了淀粉熒光分析方法的普遍應用。技術(shù)實現(xiàn)要素：針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明目的在于提供一種固體淀粉的三維熒光指紋圖譜的構(gòu)建方法，以避免測定液體中的淀粉熒光時面臨的溶質(zhì)不均一性問題，而且可以避免有機溶液產(chǎn)生的背景熒光，提高檢測方法的靈敏度和淀粉熒光分析結(jié)果的重現(xiàn)性。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：第一方面，本發(fā)明提供了一種固體淀粉的三維熒光指紋圖譜的構(gòu)建方法，包括如下步驟：樣品制備：選取含淀粉的固體物質(zhì)若干份作為樣品集，將所述樣品集中每份樣品分別粉碎，然后干燥至恒重，將所述干燥得到的樣品過篩，收集粒徑小于或等于0.150mm的細粉；其中，所述樣品集中的所有樣品為同一物種；光譜掃描：將所述過篩后的樣品分別進行三維熒光光譜掃描，掃描速度為2000～2800nm/min，激發(fā)和發(fā)射單色儀的狹縫為5～6nm，激發(fā)波長和發(fā)射波長為200～900nm，每間隔6～10nm取一個數(shù)據(jù)點；數(shù)據(jù)分析：將導出的三維熒光數(shù)據(jù)在Matlab軟件上用DOMFluor工具包進行平行因子分析，將所述三維熒光光譜數(shù)據(jù)構(gòu)建成為相應物種的淀粉熒光組分數(shù)據(jù)庫，由折半分析法確定熒光組分的數(shù)目，每個熒光組分在每個樣品中的熒光強度為Fmax。需要說明的是，樣品集中的所有樣品為同一物種，這里的樣品集可以是包括不同亞種的同一物種，也可以是同一物種的同一亞種。在本發(fā)明的進一步實施方式中，所述含淀粉的固體物質(zhì)為農(nóng)作物，所述農(nóng)作物優(yōu)選為水稻、高粱、玉米、馬鈴薯、地瓜、山芋、蓮藕或山藥，進一步優(yōu)選為水稻、高粱或玉米。在本發(fā)明的進一步實施方式中，所述含淀粉的固體物質(zhì)為水稻；所述構(gòu)建方法還包括：在所述水稻粉碎前，將所述水稻的種子脫殼并碾磨成精米。在本發(fā)明的進一步實施方式中，所述干燥的溫度為37℃，所述干燥的時間大于或等于7天。在本發(fā)明的進一步實施方式中，所述掃描速度為2400nm/min，所述激發(fā)和發(fā)射單色儀的狹縫為5nm，所述激發(fā)波長和所述發(fā)射波長為200～900nm，每間隔10nm取一個數(shù)據(jù)點。在本發(fā)明的進一步實施方式中，所述平行因子分析中在確定所述熒光組分的數(shù)目之前，還包括步驟：設(shè)置非負性限制，去除瑞利和拉曼散射，并去除離群樣品，將剩余樣品的三維熒光光譜數(shù)據(jù)構(gòu)建成為相應物種的淀粉熒光組份數(shù)據(jù)庫。本發(fā)明提供的固體淀粉的三維熒光指紋圖譜的構(gòu)建方法，可以避免測定液體中的淀粉熒光時面臨的溶質(zhì)不均一性問題，而且可以避免有機溶液產(chǎn)生的背景熒光，提高檢測方法的靈敏度和淀粉熒光分析結(jié)果的重現(xiàn)性。第二方面，本發(fā)明提供了一種鑒定或輔助鑒定含淀粉的固體物質(zhì)的物種種類的方法，包括如下步驟：按照權(quán)利要求1-6任一項所述的方法構(gòu)建得到三維熒光指紋圖譜庫；按照權(quán)利要求1-4任一項所述的樣品制備方法進行待測樣品的制備，所述待測樣品的制備方法和所述構(gòu)建三維熒光指紋圖譜庫時對應物種的樣品的制備方法保持一致；按照權(quán)利要求1或5所述的光譜掃描方法對所述待測樣品光譜進行掃描，所述待測樣品的光譜掃描方法和所述構(gòu)建三維熒光指紋圖譜庫時對應物種的樣品的光譜掃描方法保持一致；將待測樣品得到的三維熒光圖譜與所述構(gòu)建得到三維熒光指紋圖譜庫進行比對，根據(jù)比對結(jié)果鑒定或輔助鑒定出含淀粉的固體物質(zhì)的物種種類。第三方面，本發(fā)明提供了一種鑒定或輔助鑒定淀粉種類的方法，包括如下步驟：按照權(quán)利要求1-6任一項所述的方法構(gòu)建得到三維熒光指紋圖譜庫；按照權(quán)利要求1-4任一項所述的樣品制備方法進行待測樣品的制備，所述待測樣品的制備方法和所述構(gòu)建三維熒光指紋圖譜庫時對應物種的樣品的制備方法保持一致；按照權(quán)利要求1或5所述的光譜掃描方法對所述待測樣品光譜進行掃描，所述待測樣品的光譜掃描方法和所述構(gòu)建三維熒光指紋圖譜庫時對應物種的樣品的光譜掃描方法保持一致；將待測樣品得到的三維熒光圖譜與所述構(gòu)建得到三維熒光指紋圖譜庫進行比對，根據(jù)比對結(jié)果鑒定或輔助鑒定出淀粉的種類。本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。附圖說明圖1為本發(fā)明實施例一中水稻精米淀粉的組份C1的熒光特征圖。圖2為本發(fā)明實施例一中水稻精米淀粉的組份C2的熒光特征圖。圖3為本發(fā)明實施例一中水稻精米淀粉的組份C3的熒光特征圖。圖4為本發(fā)明實施例一中水稻精米淀粉的組份C4的熒光特征圖。圖5為本發(fā)明實施例二中高粱淀粉的組份C1的熒光特征圖。圖6為本發(fā)明實施例二中高粱淀粉的組份C2的熒光特征圖。圖7為本發(fā)明實施例二中高粱淀粉的組份C3的熒光特征圖。圖8為本發(fā)明實施例二中高粱淀粉的組份C4的熒光特征圖。圖9為本發(fā)明實施例三中玉米淀粉的組份C1的熒光特征圖。圖10為本發(fā)明實施例三中玉米淀粉的組份C2的熒光特征圖。圖11為本發(fā)明實施例三中玉米淀粉的組份C3的熒光特征圖。圖12為本發(fā)明實施例三中玉米淀粉的組份C4的熒光特征圖。具體實施方式下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。本發(fā)明提供一種固體淀粉的三維熒光指紋圖譜的構(gòu)建方法，包括如下步驟：樣品制備：選取含淀粉的固體物質(zhì)若干份作為樣品集，將樣品集中每份樣品分別粉碎，然后干燥至恒重，將干燥得到的樣品過篩，收集粒徑小于或等于0.150mm的細粉，其中，樣品集中的所有樣品為同一物種；含淀粉的固體物質(zhì)優(yōu)選為農(nóng)作物，農(nóng)作物優(yōu)選為水稻、高粱、玉米、馬鈴薯、地瓜、山芋、蓮藕或山藥，進一步優(yōu)選為水稻、高粱或玉米；含淀粉的固體物質(zhì)為水稻，構(gòu)建方法還包括：在水稻粉碎前，將水稻的種子脫殼并碾磨成精米；干燥的溫度優(yōu)選為37℃，干燥的時間優(yōu)選為大于或等于7天；光譜掃描：將過篩后的樣品分別進行三維熒光光譜掃描，掃描速度為2000～2800nm/min，激發(fā)和發(fā)射單色儀的狹縫為5～6nm，激發(fā)波長和發(fā)射波長為200～900nm，每間隔6～10nm取一個數(shù)據(jù)點；掃描速度優(yōu)選為2400nm/min，激發(fā)和發(fā)射單色儀的狹縫優(yōu)選為5nm，優(yōu)選為每間隔10nm取一個數(shù)據(jù)點；數(shù)據(jù)分析：將導出的三維熒光數(shù)據(jù)在Matlab軟件上用DOMFluor工具包進行平行因子分析，將三維熒光光譜數(shù)據(jù)構(gòu)建成為相應物種的淀粉熒光組分數(shù)據(jù)庫，由折半分析法確定熒光組分的數(shù)目，每個熒光組分在每個樣品中的熒光強度為Fmax；平行因子分析中在確定熒光組分的數(shù)目之前，還包括優(yōu)選步驟：設(shè)置非負性限制，去除瑞利和拉曼散射，并去除離群樣品，將剩余樣品的三維熒光光譜數(shù)據(jù)構(gòu)建成為相應物種的淀粉熒光組份數(shù)據(jù)庫。下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明提供的固體淀粉的三維熒光指紋圖譜的構(gòu)建方法作進一步說明。實施例一收集不同地區(qū)的水稻物種53份，包括不同地區(qū)的粳稻亞種18份，秈稻亞種35份，作為一個水稻物種的樣品集，將53份成熟的水稻種子分別脫殼并碾磨成精米，然后分別粉碎，在37℃烘烤7天至恒重，用100目篩過濾，收集粒徑小于或等于0.150mm的細粉，得到測試樣品。將過篩后的測試樣品分別利用配有固體支架(零件號：650-0161)的F-7000熒光光度計(日立公司)進行三維熒光光譜掃描，掃描速度為2400nm/min，激發(fā)和發(fā)射單色儀的狹縫為5nm，激發(fā)波長和發(fā)射波長為200～900nm，每間隔10nm取一個數(shù)據(jù)點。將采集到的水稻的三維熒光光譜數(shù)據(jù)在Excel表中存儲為f1.csv形式，在Matlab軟件上用DOMFluor工具包對測試樣品的三維熒光光譜數(shù)據(jù)進行平行因子分析，分析中設(shè)置非負性限制，去除瑞利和拉曼散射，并去除離群樣品，將剩余樣品的三維熒光光譜數(shù)據(jù)構(gòu)建成為水稻的淀粉熒光組份數(shù)據(jù)庫。熒光組分的數(shù)目由折半分析法確定，每一熒光組分的特征由組分EEMs表示，每個熒光組分在每個樣品中的熒光強度以Fmax(RU)表示。根據(jù)PARAFAC模型，識別出水稻精米淀粉中有4個熒光組份，具體如圖1-4所示。組份C1和C2為強熒光組份，組份C1和C2包括單一發(fā)射峰和兩個激發(fā)峰，其中組份C1(200，280/310nm)；組份C2(250，360/440nm)。組份C3和C4為弱熒光組份，組份C3和C4含有兩個激發(fā)峰和三個發(fā)射峰，其中組份C3(290，430/455，570，880nm)；組份C4(270，410/480，550，820nm)。實施例二收集不同地區(qū)的高粱物種14份，作為一個高粱物種的樣品集，將14份高粱分別粉碎，在37℃烘烤7天至恒重，用100目篩過濾，收集粒徑小于或等于0.150mm的細粉，得到測試樣品。將過篩后的測試樣品分別利用配有固體支架(零件號：650-0161)的F-7000熒光光度計(日立公司)進行三維熒光光譜掃描，掃描速度為2400nm/min，激發(fā)和發(fā)射單色儀的狹縫為5nm，激發(fā)波長和發(fā)射波長為200～900nm，每間隔10nm取一個數(shù)據(jù)點。將采集到的高粱的三維熒光光譜數(shù)據(jù)在Excel表中存儲為f1.csv形式，在Matlab軟件上用DOMFluor工具包對測試樣品的三維熒光光譜數(shù)據(jù)進行平行因子分析，分析中設(shè)置非負性限制，去除瑞利和拉曼散射，并去除離群樣品，將剩余樣品的三維熒光光譜數(shù)據(jù)構(gòu)建成為高粱的淀粉熒光組份數(shù)據(jù)庫。熒光組分的數(shù)目由折半分析法確定，每一熒光組分的特征由組分EEMs表示，每個熒光組分在每個樣品中的熒光強度以Fmax(RU)表示。根據(jù)PARAFAC模型，識別出高粱淀粉中有4個熒光組份，具體如圖5-8所示。組份C1和C2為強熒光組份，組份C1和C2包括單一發(fā)射峰和兩個激發(fā)峰，其中組份C1(200，270/290nm)；組份C2(250，340/420nm)。組份C3和C4是弱熒光組份，組份C3和C4含有兩個激發(fā)峰和三個發(fā)射峰，其中組份C3(270，400/430，520，800nm)；組份C4(290，430/430，560，860nm)。實施例三收集不同地區(qū)的玉米物種18份，作為一個玉米物種的樣品集，將18份玉米分別粉碎，在37℃烘烤7天至恒重，用100目篩過濾，收集粒徑小于或等于0.150mm的細粉，得到測試樣品。將過篩后的測試樣品分別利用配有固體支架(零件號：650-0161)的F-7000熒光光度計(日立公司)進行三維熒光光譜掃描，掃描速度為2400nm/min，激發(fā)和發(fā)射單色儀的狹縫為5nm，激發(fā)波長和發(fā)射波長為200～900nm，每間隔10nm取一個數(shù)據(jù)點。將采集到的玉米的三維熒光光譜數(shù)據(jù)在Excel表中存儲為f1.csv形式，在Matlab軟件上用DOMFluor工具包對測試樣品的三維熒光光譜數(shù)據(jù)進行平行因子分析，分析中設(shè)置非負性限制，去除瑞利和拉曼散射，并去除離群樣品，將剩余樣品的三維熒光光譜數(shù)據(jù)構(gòu)建成為玉米的淀粉熒光組份數(shù)據(jù)庫。熒光組分的數(shù)目由折半分析法確定，每一熒光組分的特征由組分EEMs表示，每個熒光組分在每個樣品中的熒光強度以Fmax(RU)表示。根據(jù)PARAFAC模型，識別出玉米淀粉中有4個熒光組份，具體如圖9-12所示。組份C1和C2為強熒光組份，組份C1和C2包括單一發(fā)射峰和兩個激發(fā)峰，其中組份C1(200，270/310nm)；組份C2(240，360/440nm)。組份C3和C4是弱熒光組份，組份C3和C4含有兩個激發(fā)峰和三個發(fā)射峰，其中組份C3(270，400/430，530，810nm)；組份C4(290，430/450，570，880nm)。實施例四收集兩種不同亞種的水稻物種，包括不同地區(qū)的粳稻亞種18份，秈稻亞種35份，分別作為一個粳稻亞種和秈稻亞種的樣品集，將18份粳稻和35份秈稻分別脫殼并碾磨成精米，然后分別粉碎，在37℃烘烤7天至恒重，用100目篩過濾，收集粒徑小于或等于0.150mm的細粉，得到測試樣品。將過篩后的測試樣品分別利用配有固體支架(零件號：650-0161)的F-7000熒光光度計(日立公司)進行三維熒光光譜掃描，掃描速度為2400nm/min，激發(fā)和發(fā)射單色儀的狹縫為5nm，激發(fā)波長和發(fā)射波長為200～900nm，每間隔10nm取一個數(shù)據(jù)點。將采集到的玉米的三維熒光光譜數(shù)據(jù)在Excel表中存儲為f1.csv形式，在Matlab軟件上用DOMFluor工具包對測試樣品的三維熒光光譜數(shù)據(jù)進行平行因子分析，分析中設(shè)置非負性限制，去除瑞利和拉曼散射，并去除離群樣品，將剩余樣品的三維熒光光譜數(shù)據(jù)構(gòu)建成為玉米的淀粉熒光組份數(shù)據(jù)庫。熒光組分的數(shù)目由折半分析法確定，每一熒光組分的特征由組分EEMs表示，每個熒光組分在每個樣品中的熒光強度以Fmax(RU)表示。不同水稻品種的熒光強度測定結(jié)果如下表1所示，結(jié)果表明秈稻熒光組份的熒光強度明顯低于粳稻。表1不同水稻品種的熒光強度測定結(jié)果經(jīng)過方差齊性檢測和單因素方差分析，確定受測的53份秈粳稻品種組份C2(p<0.01)、C3(p<0.01)、C4(p<0.05)具有顯著差異，具體結(jié)果如下表3和表4所示。表3秈稻和粳稻品種熒光強度方差齊性檢測分析結(jié)果Levene統(tǒng)計量df1df2顯著性C10.4401500.510C217.4941500.000C31.2051500.278C40.6361500.429表4秈稻和粳稻品種熒光強度單因素方差分析結(jié)果實施例五本實施例提供一種鑒定或輔助鑒定含淀粉的玉米的物種的方法，包括如下步驟：按照實施例一至實施例三所述的方法構(gòu)建得到三維熒光指紋圖譜庫；將樣品粉碎，在37℃烘烤7天至恒重，用100目篩過濾，收集粒徑小于或等于0.150mm的細粉，得到待測樣品；將過篩后的待測樣品用配有固體支架(零件號：650-0161)的F-7000熒光光度計(日立公司)進行三維熒光光譜掃描，掃描速度為2400nm/min，激發(fā)和發(fā)射單色儀的狹縫為5nm，激發(fā)波長和發(fā)射波長為200～900nm，每間隔10nm取一個數(shù)據(jù)點；將待測樣品得到的三維熒光圖譜與構(gòu)建得到三維熒光指紋圖譜庫進行比對，可以結(jié)合其它的鑒定手段，鑒定出待測的樣品為玉米。需要說明的是，除了上述實施例一至實施例四列舉的情況，選用其他農(nóng)作物物種，樣品干燥時間溫度，光譜掃描的參數(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)分析方法也是可行的，只是在實施例一至實施例四列舉的情況下，檢測的效果更好。本發(fā)明提供的固體淀粉的三維熒光指紋圖譜的構(gòu)建方法，可以避免測定液體中的淀粉熒光時面臨的溶質(zhì)不均一性問題，而且可以避免有機溶液產(chǎn)生的背景熒光，提高檢測方法的靈敏度和淀粉熒光分析結(jié)果的重現(xiàn)性。在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進行結(jié)合和組合。盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型，而并不使相應技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求和說明書的范圍當中。當前第1頁1 2 3