前表面荧光光谱用于胡椒粉中胡椒碱的测定及其掺假检测

作     者：刘昭希 

作者单位：天津商业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：谭津

授予年度：2023年

学科分类：0832[工学-食品科学与工程（可授工学、农学学位）] 081704[工学-应用化学] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 070302[理学-分析化学] 0703[理学-化学] 0836[工学-生物工程] 082203[工学-发酵工程] 0822[工学-轻工技术与工程] 083203[工学-农产品加工及贮藏工程] 

主      题：前表面同步荧光光谱法(FFSFS) 高效液相色谱法(HPLC) 偏最小二乘回归(PLSR) 胡椒粉 胡椒碱 三七粉 掺假检测 

摘      要：前表面同步荧光光谱法(Front-Face Synchronous Fluorescence Spectroscopy,FFSFS)是一种快速、无损的分析技术,具有高灵敏度和高选择性。它可以直接测量样品表面的荧光激发与发射,规避了传统直角荧光法在高浓度或不透明样品中产生的荧光内滤效应,因此特别适用于液体和固体食品样品。荧光光谱的同步扫描模式同时监测激发和发射光,可在很大程度上消除干扰、简化光谱、增强信号,因此在食品分析中得到越来越多的应用。胡椒为胡椒科胡椒属植物,它的干燥近成熟或成熟果实,既是重要的香辛料,也是一味传统的中药。胡椒在世界范围内广泛应用,具有温中散寒、下气、消痰的功效。三七为五加科植物三七的干燥根及根茎,是一种极具价值的中药,具有消除淤血、减轻疼痛的功效。上述两种物质因其特性,价格相对较高,一些不良商家进行粉末掺假以获取更高的利益。本文以胡椒粉、三七粉为研究对象,旨在为胡椒粉、三七粉掺假检测提供一个快速无损的新方法。基于以上目的,本论文开展了以下内容研究:(1)以高效液相色谱法(HPLC)测定胡椒碱的结果为标准数据,采用前表面同步荧光光谱法检测胡椒粉中胡椒碱的含量,以及基于光谱与色谱结果对胡椒粉的真伪进行初步辨别:收集了48种黑、白胡椒粉、粒样品(黑胡椒粒15种,黑胡椒粉13种,白胡椒粒11种,白胡椒粉9种),将黑、白胡椒粒磨成粉,过80目筛,扫描全部胡椒粉样品的前表面同步荧光光谱,提取光谱数据进行处理与对比分析。用紫外–可见光谱法确定最佳检测波长为343 nm,用高效液相色谱法测量全部胡椒样品中含有的胡椒碱含量。将样品分为36个训练集样品和12个独立外部验证样品。结合主成分分析(PCA)对胡椒样品进行定性分析,利用偏最小二乘回归(PLSR)进行定量,考察模型定量能力。结果显示,PLSR模型的决定系数R大于0.82,表明可用前表面同步荧光光谱法检测胡椒粉中胡椒碱的含量。综合考虑光谱性质与胡椒碱含量测定结果,认为有5种黑胡椒粉和4种白胡椒粉疑似掺假。(2)前表面同步荧光光谱对黑胡椒粉掺假木瓜籽粉与荞麦粉的定性判别和定量分析:将木瓜籽粉或荞麦粉以不同浓度掺入到不同品牌的黑胡椒粉中搅拌均匀得到单一掺假样本粉末各253份。结合PCA、线性判别分析(LDA)和PLSR等化学计量学方法,对单一掺假物的种类与含量进行定性判别和定量分析。预测决定系数(R)在0.864-0.984范围内,预测均方根误差(RMSEP)最高为3.6%,残差预测偏差(RPD)大于3.8。从各个品牌的黑胡椒中制备同时包含两种掺假物的双重掺假样品,得掺假浓度不同的样本粉末483份。对于双重掺假物,建立同时测定木瓜籽粉和荞麦粉的通用PLS2模型。PLS2定量模型的R均大于0.9,RMSEP小于3.0%。模拟盲样的相对预测误差在26%以内。(3)前表面同步荧光光谱对白胡椒粉掺假全麦粉与玉米粉的定性判别和定量分析:将全麦粉或玉米粉以不同浓度掺入到不同品牌的白胡椒粉中搅拌均匀得到单一掺假样本粉末各176份。结合PCA、LDA和PLSR等化学计量学方法,对单一掺假物进行定性判别和定量分析。R在0.906-0.952范围内,RMSEP4.6。从各个品牌的白胡椒中制备同时包含两种掺假物的双重掺假样品,得掺假浓度不同的样本粉末336份。对于双重掺假物,建立同时测定木瓜籽粉和荞麦粉的通用PLS2模型。决定系数(R)在0.776-0.909范围内,RMSE0.9,RMSEP2,模拟盲样的相对预测误差均在-22%～+23%之间。FFSFS为三七粉掺假检测提供了一种新的替代方法。