基于FTIR光谱的宁夏中宁枸杞产地鉴别及品质快速检测

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枸杞是我国一味传统的药食同源的食疗佳品。枸杞富含多种生物活性成分,具有补肝益肾、明目、抗衰老、抗氧化等功效。在中国,枸杞以宁夏中宁枸杞品质最好,有着“中宁枸杞甲天下”的美誉。随着人们对自身养生健康的密切关注,枸杞产业发展迅猛,市场上枸杞恶意造假、掺假以及滥标产地等现象屡见不鲜,严重扰乱了市场秩序。传统的形态学特征鉴定方法以及化学指标鉴定枸杞产地和品质,已经不能满足枸杞市场发展的需要,具有主观性强,标准不统一,操作繁琐、耗时耗力等缺点。建立方便、快捷、实用性强的枸杞产地鉴别和品质分析方法具有十分重要的意义。傅里叶变换红外(FTIR)光谱技术具有快速、高效、利用光谱吸收峰判别样品组成和结构信息进等独特优势,因此,本文利用FTIR光谱结合化学计量学方法对枸杞进行产地鉴别分析;同时,对枸杞总糖、钙元素、氨基酸含量进行测定,实现中宁枸杞产地、品质等级的快速鉴定。主要的研究结果如下:(1)通过压片法采集198类枸杞样品的FTIR光谱,利用化学计量学方法选取光谱有效信息,对宁夏中宁、宁夏非中宁、非宁夏三个产区的样品进行产地鉴别。结果由于部分枸杞样品属于同一产地同一品种,编号不一,随机选用150个样品进行判别分析。采用独立软模式法(SIMCA)及线性判别法(DA)进行建模。DA法所得模型效果较好,在光谱范围1909-1311cm-1波数范围内,主成分数为10,采用原始光谱的条件下,所得中宁枸杞校正集的识别率为94.0%,验证集的识别率为100%。表明应用FTIR光谱技术可以快速鉴别中宁枸杞和我国其他产区的枸杞品种。(2)测定所有198类枸杞样品的水分含量、干基总糖含量。筛选三个产区的部分样品测氨基酸、钙元素含量。分析结果显示:所测三大产区的全部样品平均水分含量为8.15±0.58%,均高于8%,宁夏中宁地区枸杞水分含量最高、非中宁、非宁夏地区次之;样品总糖含量为55.15±7.84%,其中中宁地区总糖含量较高,非宁夏、宁夏非中宁次之;枸杞中天冬氨酸的平均含量为1.28±0.23 g/100g,其中中宁地区枸杞天冬氨酸含量远远高于其他产区为1.45±0.29 g/100g。枸杞中钙元素的平均含量为73.11±18.04 mg/100g,中宁地区枸杞钙元素平均含量高达83.82±20.56 mg/100g,可能是得益与当地独特的自然条件。(3)采用FTIR压片法采集样品的光谱信息,利用化学计量学方法建立其与样品测量值之间的关系,构建枸杞总糖、天冬氨酸、谷氨酸和赖氨酸的偏最小二乘(PLS)定量模型。总糖模型:在全波段内,主成分数为3,光谱进行Savitzky-Golay Derivatives(2nd,7.3)预处理条件下模型效果较好,其RMSECV值为0.0221,RMSEP值为0.3804,RPD值为5.75,盲样验证决定系数为0.9972,模型准确性较好。选择枸杞天冬氨酸、谷氨酸及赖氨酸进行定量建模:天冬氨酸在MSC光谱预处理条件下,其最佳建模波段为1088-2720 cm-1,此时定量模型的RMSECV值为0.0011,RMSEP值为0.0323以及RPD值为4.95,盲样验证决定系数为0.9803;谷氨酸的快速检测模型为在预处理方式为S-G D(2nd,7.3),最优波段为1290-1908 cm-1,其各特征指标值RMSECV,RMSEP及RPD分别为0.0032,0.0327和4.89,盲样验证决定系数为0.9925;赖氨酸在未进行光谱处理条件下,在波段518-1240 cm-1内,得出最佳定量模型,其各特征指标值RMSECV,RMSEP及RPD分别为0.0039,0.0374及4.28,盲样验证决定系数为0.9837。模型效果较好,准确度较高。(4)利用所测样品的氨基酸和钙元素进行产地判别分析。通过比较分析各大产区天冬氨酸和钙元素含量差异,得出枸杞样品中天冬氨酸含量大于等于1.22 g/100g和钙元素含量大于等于75 mg/100g结合判定,分析60个枸杞样品,其中中宁枸杞产区识别正确率在90%以上。
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