一種基于核磁共振技術(shù)的花生品種無損檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明一種基于核磁共振技術(shù)的花生品種無損檢測方法，具體步驟：選取若干花生樣品，通過CPMG序列對花生樣品分別進行核磁共振橫向弛豫掃描，以一維反拉普拉斯算法進行處理，得到樣品單位質(zhì)量的信號量；采用主成分分析法對各花生樣品的CPMG序列峰點數(shù)據(jù)進行處理，得到各花生樣品的主成分散點圖；取未知品種花生采用相同的CPMG序列對未知品種花生樣本進行核磁共振橫向弛豫掃描，取測得的CPMG序列峰點數(shù)據(jù)進行主成分分析，對照步驟S2制得的各花生樣品的主成分散點圖，確定未知品種花生樣本的品種。本發(fā)明方法具有分析速度快，分析效率高，對環(huán)境無污染，對實驗操作者的健康無任何影響等突出優(yōu)點，可以為分析鑒別花生品種提供可靠的依據(jù)。
【專利說明】
一種基于核磁共振技術(shù)的花生品種無損檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于花生品種快速無損分析領(lǐng)域，具體涉及一種低場核磁共振鑒別花生品種的方法。【背景技術(shù)】
[0002]花生營養(yǎng)價值高，有長壽果、千歲子、萬壽果等美稱，是我國乃至世界的重要的經(jīng)濟作物和油料作物。近年來，花生的營養(yǎng)價值被科研人員通過實驗逐步確認，例如國賓夕法尼亞大學(xué)的克里斯艾森特教授通過實驗發(fā)現(xiàn)，花生油膳食幾乎與橄欖油膳食一樣，在防治心血管疾病方面有很好的作用?；ㄉ闹局?0%為不飽和脂肪酸，花生中還含有很多可以抗癌、抗衰老的物質(zhì)(崔風(fēng)高.花生通訊，2003,6:11-12)。然而，不同品種的花生，在營養(yǎng)價值和口感風(fēng)味上都有很大的差異，傳統(tǒng)方法在鑒定花生品質(zhì)方面需要復(fù)雜的樣品前處理 (索氏抽提法)過程、費時費力，無法實現(xiàn)對不同品種的花生進行無損快速檢測。
[0003]核磁共振技術(shù)是一項重要的分析檢測技術(shù)，現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在各個領(lǐng)域。
[0004]具有固定磁矩的原子核，例如111、13(:、31?、19?、151129乂6等，在恒定的磁場與交變磁場的作用下，以電磁波的形式吸收或釋放能量，發(fā)生原子核躍迀，同時產(chǎn)生核磁共振信號，即原子核與射頻區(qū)電磁波發(fā)生能量交換的現(xiàn)象。核磁共振工藝和質(zhì)量的控制工具被廣泛應(yīng)用在食品，藥物和化學(xué)品制造等眾多行業(yè)。目前應(yīng)用較多的是以氫質(zhì)子(1H)為研究對象的核磁共振技術(shù)。氫質(zhì)子的周圍存在很小的磁場。因此每個質(zhì)子都同時處于其他質(zhì)子的微小磁場中，會受到其他質(zhì)子磁場的影響。而這種影響通常是由質(zhì)子之間的距離所決定的， 質(zhì)子間的距離越大，相互影響越小。當質(zhì)子間的距離比較小的時候，樣品的核磁共振橫向弛豫時間(T2)較小，相反，當質(zhì)子間的距離較大的時候，樣品的T2較大。因此，T2是由樣品本身的固有分子結(jié)構(gòu)與排布所決定的，能夠一定程度上反映樣品的微觀分子結(jié)構(gòu)。固體分子的排布相對緊密，T2較小;而液體分子的排布相對稀疏，T2較大。
[0005]地理標志性食品的保護在我國已經(jīng)日益受到重視，從外觀上很難區(qū)分的不同品種的花生，本發(fā)明充分認識到花生品種鑒別的重要性與必要性。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種鑒定花生品種的方法，該方法可用于鑒別不同品種的花生，而且檢測速度快、操作簡單。
[0007]為了達到上述目的，本發(fā)明提供了一種基于核磁共振技術(shù)的花生品種無損檢測方法，具體步驟如下:
[0008]S1、選取若干花生樣品，通過CPMG序列對所述花生樣品分別進行核磁共振橫向弛豫掃描、質(zhì)量歸一化后，以一維反拉普拉斯算法對橫向弛豫時間譜進行處理，得到所述花生樣品單位質(zhì)量的信號量;根據(jù)所述花生樣品測得的信號量，繪制所述花生樣品的信號量-橫向弛豫時間(T2)曲線；
[0009]上述步驟中，花生樣品不需要做任何處理，花生粒即可。
[0010]所述測定花生樣品的核磁共振的參數(shù)為:
[0011]FID 序列參數(shù):Pl = 4.00ys，TD=1024，NS = 6?8，RFD = 0.002?0.008ms，TW = 8000.000?18000.000ms，RG1 = 10.0db，DRG1 = 3?5;
[0012]〇卩]\?；序列參數(shù):冊(:11=10000?18000,011=0.02?0.1001118，1^0 = 0.002? 0.06ms，TW=8000.000?18000.000ms，DRGl = 3?5，NS = 6?8;
[0013]S2、采用主成分分析法對步驟S1獲得的各花生樣品的CPMG序列峰點數(shù)據(jù)進行處理，利用CPMG序列峰點數(shù)據(jù)作為因子，進行主成分分析，提取主成分?(:1#2#3，利用這三個主成分做出三維散點圖，即為各花生樣品的主成分散點圖；
[0014]S3、取若干未知品種花生制成樣本，采用與步驟S1相同的CPMG序列對所述未知品種花生樣本進行核磁共振橫向弛豫掃描，取測得的CPMG序列峰點數(shù)據(jù)進行主成分分析，對照步驟S2制得的各花生樣品的主成分散點圖，確定所述未知品種花生樣本的品種。
[0015]其中，PC為principal component的縮寫。
[0016]優(yōu)選方式下，步驟S1中每個花生樣品重復(fù)進行3次核磁共振橫向弛豫掃描，所述得到的花生樣品單位質(zhì)量的信號量為三次檢測結(jié)果的平均值。
[0017]優(yōu)選方式下，步驟S2與步驟S3之間還包括步驟S2':采用化學(xué)方法測定步驟S1所述花生樣品的含油率或含水率;將所述含油率或含水率與步驟S1測得的所述花生樣品的信號量-橫向弛豫時間曲線進行擬合，進而得到所述花生樣品品種預(yù)測值與真實值的相關(guān)性。
[0018]本發(fā)明中采用Origin 8.5中作相關(guān)性分析，選中所述花生樣品品種預(yù)測值與真實值的兩列變量數(shù)據(jù)，依次選擇statistics — descriptive statistics—correlat1n coefficient—pearson’s correlat1n方法進行分析，即得兩組數(shù)值的相關(guān)性系數(shù)。
[0019]不同花生品種在含油率、含水率等指標方面呈現(xiàn)出不同的狀態(tài)，建立含油率或含水率與橫向馳豫時間的相關(guān)性，若相關(guān)系數(shù)大于80%，說明可以通過低場核磁技術(shù)測定的橫向馳豫時間T2來預(yù)測花生品種。
[0020]最優(yōu)方式下，所述含油率的測定方法為索氏提取法，具體操作為:
[0021]將所述花生樣品恒溫干燥3小時后，稱取約15克，倒入研缽中碾碎至油狀物浸出， 全部裝入濾紙筒中；加入石油醚，料液比為lg: l〇ml;轉(zhuǎn)移至索氏提取器中，置于60°C恒溫水浴箱中提取，直至抽提管中的石油醚經(jīng)玻璃片檢測無油跡時停止抽提，回收提取液;抽提完畢將濾紙筒自然晾曬24小時后，105°C烘干4小時，取出冷卻至室溫，稱重;將所述提取液經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至無溶液蒸出后，稱量油脂質(zhì)量，并計算出花生樣品的含油率。[〇〇22]最優(yōu)方式下，所述含水率的測定方法為利用電熱鼓風(fēng)干燥箱，105°C烘至恒重，測定水分損失量即為所述花生樣品的實際含水量。[〇〇23]本發(fā)明的優(yōu)點:[〇〇24]1、本發(fā)明方法鑒定花生的品種時檢測速度快、操作簡單，不需要物理粉粹、化學(xué)萃取、特征組分分離等前處理步驟，可以直接使用花生粒鑒定;采用低場核磁技術(shù)進行區(qū)分， 不僅方便快捷，操作簡單，而且為保護地標性食品提供了有力的手段，不僅能提高檢測速度，而且可以實現(xiàn)無損檢測，大大提升檢測效率。
[0025]2、本發(fā)明方法在鑒定的過程中，不需要使用任何輔助試劑，分析成本低。
[0026]3、本發(fā)明方法具有分析速度快，分析效率高，對環(huán)境無污染，對實驗操作者的健康無任何影響等突出優(yōu)點，可以為分析鑒別花生品種提供可靠的依據(jù)。【附圖說明】
[0027]圖1為不同品種的花生的照片圖；
[0028]圖2為不同品種的山東臨沂花生(山東黑花生，山東癟花生，山東四粒紅，山東小白沙，山東大花生)的T2弛豫時間圖；
[0029]圖3為不同產(chǎn)地的四粒紅皮花生的T2弛豫時間圖；
[0030]圖4為不同品種的山東臨沂花生(山東黑花生，山東癟花生，山東四粒紅，山東小白沙，山東大花生)的主成分分析圖；[0031 ]圖5為不同產(chǎn)地四粒紅皮花生的主成分分析圖。【具體實施方式】[〇〇32]下面結(jié)合附圖，用本發(fā)明的實施例來進一步說明本發(fā)明的實質(zhì)，但不是對本發(fā)明的限制。
[0033]實施例1:利用核磁共振方法鑒定同一產(chǎn)地的不同品種花生
[0034]步驟1:取當年收獲的五個不同品種的山東臨沂的花生樣品，山東臨沂黑花生(山東黑花生)、山東臨沂癟花生(山東癟花生)、山東臨沂四粒紅花生(山東四粒紅)、山東臨沂小白沙花生(山東小白沙)、山東臨沂大花生米(山東大花生)作為標準品，每種500g。
[0035]本實施例所選花生符合花生群體的常態(tài)分布規(guī)律，山東黑花生為黑色；山東四粒紅為鮮紅色，有光澤；山東癟花生為淺紅色，山東大花生比癟花生淡，粒大飽滿；山東小白沙為稍微透著粉的白色，如圖1所示，為了方便實驗觀察，此圖中的花生顆粒保留了外皮。 [〇〇36] 步驟2:在25°C下開啟匪12型核磁共振儀(上海紐邁科技公司)，穩(wěn)定儀器約30min， 每次取7g于測試專用硬質(zhì)玻璃管內(nèi)，保證其高度大于20mm，F(xiàn)ID序列參數(shù):90°脈沖時間Pl = 4.0Oys，采樣點數(shù)TD = 1024，采樣頻率SW= 200.0KHz，射頻信號頻率主值SF = 11MHz，射頻信號偏移量01 = 788292.7Hz，累加次數(shù)NS = 8。開始采樣時間的控制參數(shù)RFD = 0.002ms，重復(fù)采樣的等待時間TW = 8000.00ms，模擬增益RG1 = 10.0db，數(shù)字增益DRG1 = 3，其中SF和01共同表示中心頻率，01每次檢測均自動調(diào)節(jié)，找到最適的TW = 8000.00ms值，然后利用0&燈-Purce 11-Me iboom-Gi 11 (CPMG)序列，測量花生樣品的橫向弛豫時間T2: CPMG序列參數(shù):SF = 11]\0^，01 = 788292.7取，卩1 = 4.00把，180°脈沖時間卩2 = 8.00如，信號采樣點數(shù)丁0 = 415992，回波個數(shù)NECH= 10000，時延DL1 = 0 ? 10ms，SW= 200KHz，RFD = 0 ? 002ms，TW = 8000.001118，1?1 = 10.0(113,01?1 = 3，重復(fù)采樣次數(shù)吧=8。[〇〇37]步驟3:采用一維反拉普拉斯算法作為橫向弛豫時間T2反演算法(迭代次數(shù): 1000000)，每份樣品重復(fù)采樣3次，求其平均值作為每個樣品的信號量，然后將信號量作質(zhì)量歸一化得到每個樣品所測得歸一化信號。再把每份樣品歸一化信號幅度作為縱坐標，取 T2值作為橫坐標，繪制譜圖得出各品種的橫向弛豫特性圖譜(圖2)。
[0038]由圖2可見不同品種的花生的T2趨勢相同，但是在每個峰處不同品種的花生的峰面積以及出峰時間都不完全相同。山東大花生、山東黑花生、山東四粒紅花生、山東癟花生、 山東小白沙，在T21〈lms處都有油脂峰，但是峰面積和出峰位置都不相同。此處可以作為不同品種花生的特征之一，對花生進行區(qū)分與快速鑒定。
[0039]步驟4:利用CPMG序列峰點數(shù)據(jù)作為因子，進行主成分分析:將花生樣品的橫向弛豫數(shù)中121、122、123、六21、六22^23作為因子進行主成分分析，其中，121、122、123分別代表三個橫向弛豫出峰時間，A21、A22、A23分別是三個出峰的面積。根據(jù)分析結(jié)果，選取三種主成分，按順序依次命名為PCI，PC2，PC3，利用這三個主成分做出三維散點圖(圖3)。
[0040]上述的CPMG峰點數(shù)據(jù)是在CPMG序列下采集到pea格式的數(shù)據(jù)，即施加90°射頻脈沖后，在其后又施加了多個180°射頻脈沖，得到的信號是多條指數(shù)曲線疊加而成的衰減曲線。 [〇〇41]主成分散點圖是鑒別結(jié)果的直觀表示，不同樣品是否能夠區(qū)分的本質(zhì)在于樣品組成成分的差別，不同成分質(zhì)子的馳豫特性存在差異，而這些差異是通過馳豫曲線及主成分散點圖可直觀體現(xiàn)出來。
[0042]從圖3中可以看出，可以利用磁共振弛豫數(shù)據(jù)結(jié)合主成分分析法可以很好地區(qū)分不同品種的花生。
[0043]實施例2:核磁共振方法用于區(qū)分吉林白沙四粒紅花生和山東臨沂四粒紅花生
[0044]本實施例選取了吉林白沙四粒紅花生和山東臨沂四粒紅花生作為檢測對象，兩種四粒紅均為鮮紅色，有光澤，且吉林四粒紅比山東的顏色更深，如圖1所示。
[0045]步驟1:采用如實施例1相同的方法與參數(shù)，對吉林白沙四粒紅皮花生和山東臨沂四粒紅花生進行測量，得出其T2弛豫譜圖(圖4)，對該圖進行分析可以看出同一品種不同產(chǎn)地的花生在其峰高與峰面積上存在差異。
[0046]步驟2:為了更明顯的看出差異，采用實施例1中的方法，結(jié)合主成分分析方法繪制三維散點圖(圖5)，可以更容易看出不同產(chǎn)地的花生可以利用核磁信號很好的區(qū)分，直觀地說明磁共振方法可以有效地鑒別不同產(chǎn)地的花生。
[0047]花生等食品中含有脂肪及水分，不同產(chǎn)地的花生或同一產(chǎn)地不同種類的花生的含油率、含水率必然存在差異，通過核磁共振分析軟件采集各種樣品的弛豫信號，用數(shù)學(xué)方法對弛豫信號進行反演分析，可獲得其他手段難以得到的待測樣品的反演曲線，反映出不同樣品的弛豫圖譜。再結(jié)合化學(xué)計量學(xué)方法一主成分分析，實現(xiàn)不同花生的鑒別。[〇〇48]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種基于核磁共振技術(shù)的花生品種無損檢測方法，其特征在于，具體步驟如下:51、選取若干花生樣品，通過CPMG序列對所述花生樣品分別進行核磁共振橫向弛豫掃 描、質(zhì)量歸一化后，以一維反拉普拉斯算法對橫向弛豫時間譜進行處理，得到所述花生樣品 單位質(zhì)量的信號量;根據(jù)所述花生樣品測得的信號量，繪制所述花生樣品的信號量-橫向弛 豫時間曲線；所述測定花生樣品的核磁共振的參數(shù)為:FID 序列參數(shù):Pl = 4.00ys，TD=1024，NS = 6?8，RFD = 0.002?0.008ms，TW=8000.000 ?18000.000ms，RGl = 10.0db，DRGl = 3?5;CPMG序列參數(shù):NECH= 10000?18000，DL1 = 0 ? 02?0 ? 100ms，RFD = 0 ? 002?0 ? 06ms，TW = 8000.000?18000.000ms，DRGl = 3?5，NS = 6?8;52、采用主成分分析法對步驟SI獲得的各花生樣品的CPMG序列峰點數(shù)據(jù)進行處理，利 用CPMG序列峰點數(shù)據(jù)作為因子，進行主成分分析，提取主成分?(:1，？02，？03，利用這三個主 成分做出三維散點圖，即為各花生樣品的主成分散點圖；53、取若干未知品種花生制成樣本，采用與步驟S1相同的CPMG序列對所述未知品種花 生樣本進行核磁共振橫向弛豫掃描，取測得的CPMG序列峰點數(shù)據(jù)進行主成分分析，對照步 驟S2制得的各花生樣品的主成分散點圖，確定所述未知品種花生樣本的品種。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于核磁共振技術(shù)的花生品種無損檢測方法，其特征在于，步驟 S1中每個花生樣品重復(fù)進行3次核磁共振橫向弛豫掃描，所述得到的花生樣品單位質(zhì)量的 信號量為三次檢測結(jié)果的平均值。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于核磁共振技術(shù)的花生品種無損檢測方法，其特征在于，步驟 S2與步驟S3之間還包括步驟S2':采用化學(xué)方法測定步驟S1所述花生樣品的含油率或含水 率;將所述含油率或含水率與步驟S1測得的所述花生樣品的信號量-橫向弛豫時間曲線進 行擬合，進而得到所述花生樣品品種預(yù)測值與真實值的相關(guān)性。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述基于核磁共振技術(shù)的花生品種無損檢測方法，其特征在于，所述 含油率的測定方法為索氏提取法，具體操作為:將所述花生樣品恒溫干燥3小時后，稱取約15克，倒入研缽中碾碎至油狀物浸出，全部 裝入濾紙筒中；加入石油醚，料液比為lg: l〇ml;轉(zhuǎn)移至索氏提取器中，置于60°C恒溫水浴箱 中提取，直至抽提管中的石油醚經(jīng)玻璃片檢測無油跡時停止抽提，回收提取液;抽提完畢將 濾紙筒自然晾曬24小時后，105°C烘干4小時，取出冷卻至室溫，稱重;將所述提取液經(jīng)旋轉(zhuǎn) 蒸發(fā)至無溶液蒸出后，稱量油脂質(zhì)量，并計算出花生樣品的含油率。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述基于核磁共振技術(shù)的花生品種無損檢測方法，其特征在于，所述 含水率的測定方法為利用電熱鼓風(fēng)干燥箱，l〇5°C烘至恒重，測定水分損失量即為所述花生 樣品的實際含水量。
【文檔編號】G01N24/08GK106018452SQ201610286076
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年4月29日
【發(fā)明人】譚明乾, 臧秀, 馮驥, 陳騰
【申請人】大連工業(yè)大學(xué)