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基于氨基酸的仿刺参产地信息认证方法研究

光谱学与光谱分析 2020年第9期40卷 2809-2814页

作者：吴鹏李颖刘瑀陈晨冉明衢李亚芳赵新达大连海事大学航海学院辽宁大连116026 大连海事大学环境信息研究所辽宁大连116026 大连海事大学环境科学与工程学院辽宁大连116026

仿刺参富含多种活性物质,具有极高的药用价值和经济价值,是水产行业不可或缺的养殖资源。不同产地的地理环境与营养结构存在显著差异,所以仿刺参的生长周期与养殖成本相差巨大。消费者在购买仿刺参时,会将产地信息作为选择的首要因素,... 详细信息

仿刺参富含多种活性物质,具有极高的药用价值和经济价值,是水产行业不可或缺的养殖资源。不同产地的地理环境与营养结构存在显著差异,所以仿刺参的生长周期与养殖成本相差巨大。消费者在购买仿刺参时,会将产地信息作为选择的首要因素,因为仿刺参的产地直接反映了食品具有的营养价值。不同产地仿刺参的价格差距悬殊,面对利益的诱惑,产地欺诈事件屡禁不止。因此,研究一种准确率高、稳定性好具有优秀泛化能力的仿刺参产地信息认证方法,能够有效维护品牌产地从业者与消费者的切身利益。氨基酸是仿刺参营养富集的主要物质,通过氨基酸特征能够分析出摄食初级生产者的组成,可以作为产地信息认证的有效工具。气相色谱-质谱分析(GC-MS)技术能够产生独特的化学指纹图谱用于产地信息鉴别。对9个产地的156个仿刺参样品,进行酸水解、衍生化和酯化等操作,通过GC-MS测定出氨基酸含量与氨基酸碳稳定同位素数据。进行置信水平为95%的图基检验,并利用箱型图检查数据分布,筛选出13种氨基酸含量和10种氨基酸碳稳定同位素数据。主成分分析能够在降低数据维度的同时,挖掘出有价值的信息,聚集产地识别特性,提高运算速度与认证精度。通过交叉验证,选取前5个主成分作为氨基酸含量和氨基酸碳稳定同位素模型的输入,累计贡献率分别为98.727%与95.982%。为了充分挖掘出隐藏在氨基酸数据背后的价值,选取了8个家族的12个机器学习方法,共构建出24个单体分类器,根据数据自身特征找到最优的认证方法。应用基于遗传交叉因子改进的粒子群优化算法进行模型参数的优化,得到性能最佳的单体分类器。结果表明,氨基酸碳稳定同位素数据具有更优的产地认证特性,高斯径向基为核的支持向量机与K邻近算法为最佳的两个分类方法。最后利用集成学习汇集单体分类器的优势,构建了一种融合多源数据处理方法的仿刺参产地信息认证方法,模型的平均准确率为99.67%。建立了仿刺参产地信息认证系统,为主管机关监管与消费者维权提供了简单可行的手段,能够有效监管与防止仿刺参产地欺诈事件的发生,保障了水产养殖行业的稳健发展。

关键词：仿刺参产地认证氨基酸主成分分析机器学习集成学习

基于PCA-SVM的仿刺参产地溯源在线系统研究

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光谱学与光谱分析 2019年第5期39卷 1604-1609页

作者：吴鹏李颖刘瑀付金宇李亚芳冉明衢赵新达大连海事大学航海学院辽宁大连116026 大连海事大学环境信息研究所辽宁大连116026 大连海事大学环境科学与工程学院辽宁大连116026

仿刺参是具有极高经济价值的水产资源,是海水养殖产业的重要组成部分,研发出一种灵活、稳定、高效的仿刺参产地溯源方法对于水产养殖产业具有极强的现实意义。仿刺参主要有三种养殖方式,分别是底播增殖、圈养养殖和筏式养殖。不同产地... 详细信息

仿刺参是具有极高经济价值的水产资源,是海水养殖产业的重要组成部分,研发出一种灵活、稳定、高效的仿刺参产地溯源方法对于水产养殖产业具有极强的现实意义。仿刺参主要有三种养殖方式,分别是底播增殖、圈养养殖和筏式养殖。不同产地采用不同的养殖方式,仿刺参的营养价值、药用价值和经济价值都存在着明显差异。不同产地初级生产者的构成不同,作为初级生产者的不同藻类与浮游生物体内的脂肪酸特征也各不相同,通过食物链的传递,不同产地的仿刺参具有了不同的脂肪酸特征。气相色谱指纹图谱法是一种快速准确地食品产地溯源技术,碳稳定同位素质谱法不仅可以鉴别产地还可以区分出食品的营养价值。采集9个最具代表性产地的仿刺参样品,先利用Folch法对样品进行总脂提取,再通过气相色谱仪测定出各种脂肪酸的种类及其相对含量;最后使用稳定同位素质谱仪测定出每种脂肪酸各自的碳稳定同位素组成数据。使用单因素方差分析法对脂肪酸相对含量和脂肪酸碳稳定同位素组成数据进行显著性检验,各筛选出17种脂肪酸数据作为两个模型的输入。主成分分析(PCA)法可以降低数据的维度,聚合不同种脂肪酸数据的溯源特征,提高产地溯源的精度。支持向量机(SVM)是一种以结构化风险最小为目标的分类识别算法,具有优秀的泛化能力。研究结果表明,不同产地仿刺参的脂肪酸相对含量和脂肪酸碳稳定同位素组成数据存在明显差异。通过主成分变换后,脂肪酸数据的聚类特征更加明显,运用随机交叉验证法确定前6个主成分作为两个支持向量机分类器的输入。采用基于遗传交叉因子改进的粒子群优化算法(GPSO),以粒子不同K值各100次交叉验证的平均准确率作为其适应度,寻找支持向量机分类器模型的最优参数组合。最终计算得到脂肪酸相对含量产地溯源模型的最优参数组合为σ=6.247 599和C=14.313 042,平均准确率为79.49%;脂肪酸碳稳定同位素组成产地溯源模型的最优参数组合为σ=7.626 194和C=2.193 410,平均准确率为98.33%。对比交叉验证的结果,脂肪酸碳稳定同位素组成产地溯源模型具有更高的准确率和更强的泛化性能。在两个模型的识别结果不一致时,采用脂肪酸碳稳定同位素组成模型的识别结果。将实验室检测与互联网技术进行整合,构建了仿刺参产地溯源在线系统。实现了"互联网+产地溯源"的一体化溯源模式,为进一步开展食品产地溯源研究提供了科学依据和技术支撑。

关键词：仿刺参产地溯源脂肪酸主成分分析支持向量机互联网+

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大连刺参氨基酸碳稳定同位素组成特征的分析

环境化学 2018年第2期37卷 239-248页

作者：刘瑀赵新达张旭峰李颖方志强大连海事大学环境科学与工程学院大连116026 大连海事大学环境信息研究所大连116026 大连海事大学航海学院大连116026

本研究应用气相色谱-同位素比值质谱仪(GC-IRMS)对大连不同养殖区刺参氨基酸的碳稳定同位素组成进行分析,同时分析其食物来源的碳稳定同位素组成特征,探究刺参氨基酸稳定同位素组成差异形成的原因,并探讨以此作为刺参产地溯源的可行性.... 详细信息

本研究应用气相色谱-同位素比值质谱仪(GC-IRMS)对大连不同养殖区刺参氨基酸的碳稳定同位素组成进行分析,同时分析其食物来源的碳稳定同位素组成特征,探究刺参氨基酸稳定同位素组成差异形成的原因,并探讨以此作为刺参产地溯源的可行性.结果显示,刺参氨基酸δ^(13)C平均值为-19.35‰,其中李官、獐子岛较低分别为-25.26‰、-25.41‰,谢屯、大长山较高分别为-8.90‰、-12.59‰,且各地刺参δ^(13)C值差异显著;刺参食源氨基酸δ^(13)C平均值为-20.93‰,其中李官、獐子岛较低分别为-26.19‰、-24.25‰,谢屯、大长山较高分别为-11.58‰、-16.31‰,各地差异显著.发现刺参与其食源氨基酸碳稳定同位素组成有一定相关性,其中必需氨基酸相关性系数为0.97,非必需氨基酸为0.77.各地食源氨基酸δ^(13)C值的差异为各地刺参氨基酸碳稳定同位素组成的差异性提供依据,且发现以非必需氨基酸δ^(13)C值作为指标时对各地刺参区分效果更好.相关结论能为氨基酸的稳定同位素分析技术应用于鉴别刺参来源的真实性提供理论依据.

关键词：刺参氨基酸食源稳定同位素产地识别大连

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不同纬度下海参共有脂肪酸的组成特征

海洋环境科学 2019年第4期38卷 503-507页

作者：刘瑀周松柏赵新达方志强大连海事大学环境科学与工程学院

本文收集整理了不同纬度7个地点刺参,3个地点海参的十六碳饱和脂肪酸(16∶0)、十八碳饱和脂肪酸(18∶0)、Eicosapentaenoic acid (EPA,20∶5n-3)、Docosahexaenoic acid (DHA,22∶6n-3)数据来探究其脂肪酸随纬度的变化规律。结果表明,刺... 详细信息

本文收集整理了不同纬度7个地点刺参,3个地点海参的十六碳饱和脂肪酸(16∶0)、十八碳饱和脂肪酸(18∶0)、Eicosapentaenoic acid (EPA,20∶5n-3)、Docosahexaenoic acid (DHA,22∶6n-3)数据来探究其脂肪酸随纬度的变化规律。结果表明,刺参EPA、DHA百分含量随纬度的降低而降低。海参EPA、DHA百分含量随纬度的降低而降低,16∶0和18∶0百分含量随纬度降低而升高。

关键词：海参纬度脂肪酸

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黄渤海刺参稳定同位素组成特征的初步研究

海洋环境科学 2017年第1期36卷 37-42页

作者：刘瑀张旭峰李颖赵新达王海霞大连海事大学环境科学与工程学院辽宁大连116026 大连海事大学航海学院辽宁大连116026

本文应用元素分析仪及稳定同位素质谱仪联用技术对黄渤海刺参的碳、氮稳定同位素组成进行分析,同时,通过潜在食物源对刺参生长的贡献率进行计算,研究两海域刺参稳定同位素组成特征及其原因。刺参碳、氮稳定同位素测定结果显示,渤海刺参... 详细信息

本文应用元素分析仪及稳定同位素质谱仪联用技术对黄渤海刺参的碳、氮稳定同位素组成进行分析,同时,通过潜在食物源对刺参生长的贡献率进行计算,研究两海域刺参稳定同位素组成特征及其原因。刺参碳、氮稳定同位素测定结果显示,渤海刺参δ^(13)C值、δ^(15)N值的分布范围分别为-15.660‰^-12.027‰和7.463‰~11.238‰;黄海刺参δ^(13)C值、δ^(15)N值的分布范围分别为-16.062‰^-12.527‰和3.966‰~7.243‰。两海域刺参δ^(15)N值分布范围存在明显差异,表明δ^(15)N值能够有效区分黄渤海不同刺参样品。食源贡献率计算结果显示,渤海刺参食源相对贡献率依次为浮游生物、SOM、POM、海带和孔石莼;黄海刺参食源相对贡献率依次为孔石莼、海带、POM、SOM和浮游生物。食源相对贡献率的不同为两海域刺参δ^(15)N值的差异提供了依据。相关结论能为稳定同位素技术应用于刺参的产地溯源研究提供理论依据。

关键词：刺参稳定同位素食源贡献率

基于氨基酸碳稳定同位素的黄渤海刺参产地溯源的研究

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海洋环境科学 2018年第3期37卷 377-382页

作者：刘瑀赵新达方志强李颖张旭峰大连海事大学环境科学与工程学院辽宁大连116026 大连海事大学环境信息研究所辽宁大连116026 大连海事大学航海学院辽宁大连116026

本研究利用气相色谱-燃烧-同位素比值质谱仪(GC-C-IRMS)测定黄渤海区域不同地区(辽宁、山东)刺参氨基酸的相对含量及其碳稳定同位素组成特征,探讨以这些指标作为海参产地溯源的可行性。测定结果显示,脯氨酸(F=4.13)、亮氨酸(F=9.08)、... 详细信息

本研究利用气相色谱-燃烧-同位素比值质谱仪(GC-C-IRMS)测定黄渤海区域不同地区(辽宁、山东)刺参氨基酸的相对含量及其碳稳定同位素组成特征,探讨以这些指标作为海参产地溯源的可行性。测定结果显示,脯氨酸(F=4.13)、亮氨酸(F=9.08)、酪氨酸(F=8.78)的相对含量在两地之间存在显著差异,通过主成分分析法对氨基酸相对含量做降维处理后未能将两地海参做出明显区分;辽宁刺参氨基酸的δ^(13)C值范围是-24.54‰^-11.87‰,山东刺参氨基酸的δ^(13)C值范围是-27.36‰^-16.42‰,二者之间多数氨基酸的δ^(13)C值呈现显著差异,选取其中的两种氨基酸Tyr和Ser的δ^(13)C值作为指标,可明显区分二者。结果表明氨基酸的碳稳定同位素组成相比于其相对含量是作为区分辽宁、山东刺参更准确的指标。相关结论能为氨基酸的稳定同位素分析技术应用于刺参产地溯源研究提供理论依据。

关键词：刺参稳定同位素氨基酸产地溯源

中国北方沿海3种养殖扇贝碳、氮稳定同位素的组成特征

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海洋科学 2017年第2期41卷 111-116页

作者：张旭峰刘瑀李颖赵新达王海霞大连海事大学环境科学与工程学院辽宁大连116026 大连海事大学航海学院辽宁大连116026

应用元素分析和稳定同位素质谱联用技术(EA-IRMS)对中国北方不同养殖地区的虾夷扇贝(Patinopecten yessoensis)、栉孔扇贝(Chlamys farreri)和海湾扇贝(Argopecten irradians)闭壳肌的碳、氮稳定同位素进行了测定,分析3种养殖扇贝的碳... 详细信息

应用元素分析和稳定同位素质谱联用技术(EA-IRMS)对中国北方不同养殖地区的虾夷扇贝(Patinopecten yessoensis)、栉孔扇贝(Chlamys farreri)和海湾扇贝(Argopecten irradians)闭壳肌的碳、氮稳定同位素进行了测定,分析3种养殖扇贝的碳、氮稳定同位素组成特征。结果显示,青岛和獐子岛虾夷扇贝闭壳肌的?13C和?15N均差异性显著,长岛和旅顺栉孔扇贝闭壳肌的?15N差异性显著,莱州、牟平和旅顺海湾扇贝闭壳肌的?13C和?15N均差异性显著。闭壳肌的碳、氮稳定同位素组成能有效区分不同产地来源的3种养殖扇贝。

关键词：虾夷扇贝栉孔扇贝海湾扇贝稳定同位素产地溯源