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基于近红外水光谱组学的阿尔兹海默症诊断方法研究

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光电子·激光 2024年

作者：曾薇黄文昌曾蕊黎远鹏黄富荣胡君辉暨南大学光电工程系广西师范大学物理科学与技术学院

阿尔兹海默症(Alzheimer’s disease， AD)是一种不可逆转的中枢神经系统退形性疾病，针对目前临床上AD诊断方法存在的主观性强、耗时、有创等缺点，无创、准确性高、可实现实时诊断的近红外光谱分析有巨大优势。本文对采集的已确诊为... 详细信息

阿尔兹海默症(Alzheimer’s disease， AD)是一种不可逆转的中枢神经系统退形性疾病，针对目前临床上AD诊断方法存在的主观性强、耗时、有创等缺点，无创、准确性高、可实现实时诊断的近红外光谱分析有巨大优势。本文对采集的已确诊为阿尔兹海默症和健康的265例血清样品光谱信息，进行光谱分析和主成分分析，最后结合水光谱组学分析。结果表明：阿尔兹海默症病人在主成分分析（Principal component analysis， PCA）的前三个主成分分数中，PC1趋于负值，而健康人的PC1趋于正值。结合水光谱组学发现，AD患者在水光谱模式为多氢键和OH拉伸处的吸光度比正常人高，血清中水的大分子团存在的概率更高。相反，正常人在水光谱模式为单氢键、水合作用以及不含氢键的自由水处吸光度明显高于AD患者，血清中水的小分子团存在的概率更高。因此，基于近红外水光谱组学的阿尔兹海默症诊断方法是可行的。

关键词：阿尔兹海默症近红外光谱水光谱组学主成分分析

基于水光谱组学的醇类物质对人血清白蛋白保护作用的研究

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基于水光谱组学的醇类物质对人血清白蛋白保护作用的研究

作者：杨翠山东大学

学位级别：硕士

近年来,基于蛋白质结合的生物制剂因其具有较高的特异性和活性,副作用少,越来越多地应用在医学领域中。然而此类药物的发展受到生产成本高昂、药物不稳定性造成的运输和储存困难等影响。冷冻干燥技术可提高蛋白质稳定性和延长货架期,是... 详细信息

近年来,基于蛋白质结合的生物制剂因其具有较高的特异性和活性,副作用少,越来越多地应用在医学领域中。然而此类药物的发展受到生产成本高昂、药物不稳定性造成的运输和储存困难等影响。冷冻干燥技术可提高蛋白质稳定性和延长货架期,是目前最常采用的制备固体蛋白质的手段。尽管冷冻干燥技术已较为温和,但冷冻和干燥应力仍会造成蛋白质结构的损伤。筛选合适的冻干保护剂,是保证蛋白质结构和活性稳定的方法之一,更是蛋白冷冻干燥生产工艺的关键因素,因此明确保护剂的作用机制是非常关键的理论基础。本研究以人血清白蛋白(humanserumalbumin,HSA)为模型蛋白,从简单醇类物质入手,基于红外光谱水光谱组学研究蛋白质分子和醇类物质的相互作用,旨在明确多元醇类保护剂对HSA的保护作用,为蛋白质冷冻干燥生产工艺优化,保护剂配方筛选奠定理论基础。本课题的研究内容包含以下三个方面:(1)水光谱组学用于氘代溶剂体系可行性研究以温度为扰动因素,采集氧化氘(D2O)和双蒸水(H2O)不同温度的中红外光谱(mid infrared spectroscopy,MIRS)和近红外光谱(near infrared spectroscopy,NIRS),当温度升高时,氢键作用减弱,导致水分子团簇的解离,不同水分子结构发生转化,基于对H2O的研究,确定D2O的水物种坐标。基于温度相关NIRS,研究了温度诱导的HSA结构变化,确定HSA在D2O溶剂中的转变温度,同时氘代水分子可以作为联系蛋白质结构变化的纽带,证明了水光谱组学应用于氘代溶剂体系中的可行性。(2)基于红外光谱研究乙醇对人血清白蛋白相变的影响基于MIRS的指针性,明确HSA的二级结构和水合作用的变化。当氘代乙醇浓度低于5%时,氘代乙醇与HSA之间的结合作用主要是疏水作用,氘代乙醇和蛋白质侧链形成氢键结构,促进HSA结构的有序化。采用NIRS对氘代乙醇与HSA的疏水作用进一步探讨。氘代乙醇和HSA的C-H基团结合,包裹极性基团,减少聚集。基于水光谱组学角度分析,强氢键水的存在可以稳定蛋白质的α-螺旋结构从而减缓HSA结构的破坏。结合圆二色谱(circular dichroism,CD)、NIRS 和透射电子显微镜(transmissionelectron microscope,TEM)表明氘代乙醇的加入有效地增加了 α-螺旋结构,抑制了淀粉样纤维结构的形成。表明以水为探针,联系蛋白质结构变化与氢键结构的变化,为探索生命系统中的分子相互作用提供了新的视角。(3)醇的羟基数目对人血清白蛋白二级结构和水合作用的影响利用NIRS和MIRS,研究不同羟基数目的醇类物质对HSA水合层和二级结构的影响。通过NIR差谱分析,发现不同浓度的氘代乙醇和氘代乙二醇的加入会导致中间状态水的差异。通过对溶液的MIR光谱的酰胺Ⅰ带分析,氘代乙醇的加入增强天然结构,氘代乙二醇可以稳定HSA的天然结构。当羟基数目增加时,醇的羟基更多地代替水分子与蛋白质侧链基团进行结合,使周围的水分子更加结构化。水光谱组学的引入为深入揭示醇的保护作用奠定了基础。

关键词：人血清白蛋白红外光谱技术水光谱组学二级结构水合作用

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近红外光谱水光谱组学

化学进展 2015年第2期27卷 242-250页

作者：樊梦丽赵越刘言蔡文生邵学广南开大学化学学院天津300071

水是生命体系的主要成分。"水光谱组学(aquaphotomics)"是指以生命体系中的水作为研究对象,利用光谱技术探测水分子在不同环境下的结构变化,在分子水平上反映生命体系中水分子与其他分子的相互作用或水在生命体系中的功能。近红外光谱... 详细信息

水是生命体系的主要成分。"水光谱组学(aquaphotomics)"是指以生命体系中的水作为研究对象,利用光谱技术探测水分子在不同环境下的结构变化,在分子水平上反映生命体系中水分子与其他分子的相互作用或水在生命体系中的功能。近红外光谱水光谱组学可利用扰动因素(通常包括浓度、温度、压力,也可指溶液中加入的其他组分)对水的近红外光谱的影响,借助多元分析方法研究光谱中的谱峰变化,实现生命体系中水的非侵入式监控,从而对生命体系进行分析。本文对近红外光谱水光谱组学的概念、研究内容、研究方法与应用进行了总结与评述。

关键词：水光谱组学近红外光谱水温度

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近红外水光谱组学用于发酵过程生物量、甘油、甲醇含量的测定

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近红外水光谱组学用于发酵过程生物量、甘油、甲醇含量的测定

作者：李丹阳山东大学

学位级别：硕士

近年来,生物制药行业的迅猛发展。抗体药物作为生物制药行业的支柱产业越来越受到重视,通过发酵过程生产的抗体药物其质量和产量会受到发酵过程中一些关键参数的影响,因此在生产过程中需要对其进行监测。在巴斯德毕赤酵母发酵过程中,第... 详细信息

近年来,生物制药行业的迅猛发展。抗体药物作为生物制药行业的支柱产业越来越受到重视,通过发酵过程生产的抗体药物其质量和产量会受到发酵过程中一些关键参数的影响,因此在生产过程中需要对其进行监测。在巴斯德毕赤酵母发酵过程中,第一阶段中生物量的增长和甘油的消耗对于选择诱导时间至关重要,准确的选择对数生长期,在生产中可以节约更多的能源和时间,有利于得到足够数量的代谢旺盛的酵母细胞。在第二阶段,甲醇作为启动子,合适的浓度举足轻重,甲醇浓度过低会导致细胞溶解、分泌的蛋白难以聚合。反之,甲醇浓度过高则会抑制细胞增长和蛋白表达,因此在生产过程中需要对以上3个参数进行测定和控制。而在参数测定的过程中有两个困难需要克服,一是由于发酵液的复杂性和菌体的扰动,所以光谱的质量需要提高。为此,本研究引入了差谱方法的概念,先前研究已经证明差谱法的优越性,本文对比了减去同一张溶剂法、依次相减法和最小面积法,以便能最大程度提高光谱的质量。二是甘油、甲醇含量比较低,近红外光谱技术属于二级方法,故本研究引入了水光谱组学的概念。水光谱组学可利用扰动要素对水的光谱的影响,实现对其它物质的监控,这已成功应用于监测低浓度的蛋白质、糖等,该技术为准确监测甘油、甲醇含量提供了一种新的可能性。因此,本研究首先利用简单体系考察了差谱法和水光谱组学的可行性,而后将其结合近红外光谱技术引入到巴斯德毕赤酵母发酵过程中生物量、甘油、甲醇的测定过程中,进一步探究近红外光谱技术结合差谱法、水光谱组学在其发酵过程中的可行性。本文具体内容如下:(1)三种不同差谱方法的研究。本章研究中利用Antaris II傅立叶变换近红外光谱仪对三种差谱法(减去同一张溶剂法、依次相减法、最小面积法)在甲醇-水溶液简单体系中的优越性进行了探究,以便能最大程度上提高光谱的质量。首先,配制0.1-2.5%(v/v)的甲醇-水溶液,间隔0.1%,分直接稀释和梯度稀释,一式两份,共100个样品,在实验室条件下进行。借助于偏最小二乘回归(partial least squares regression,PLSR)模型中的回归系数考察了直接稀释法和梯度系数法两种溶液配制方法,结果显示这两种溶液配制方法无显著性差异,对模型的准确度影响不大。在直接稀释基础上考察了上述三种差谱方法,以交叉验证均方根误差(root mean square error of cross validation,RMSECV)值为主要评判标准,结果显示依次相减差谱法建模效果最佳,面积最小法次之,最差的是减去同一张光谱法,但是仍然比传统的3张光谱取平均建模法的RMSECV值低50%左右。(2)水光谱组学用于毕赤酵母发酵过程的可行性研究。本研究考察了近红外光谱技术结合水光谱组学对甲醇-培养基(yeast extract peptone dextrose,YPD、、luria-bertani,LB、yeast extract peptone ethanol glycerin,YEPG)体系中甲醇含量测定的可行性。首先,实验室条件下利用直接稀释法配制甲醇浓度范围在0.1-2.5%(v/v)之间的甲醇-培养基(YPD、LB、YEPG)溶液,间隔0.1%,每种培养基有25个样品。其次,选择12个水基质坐标(water matrix coordinates:WAMACS,7149 cm--1、7082 cm--1、6954 cm-11、6940 cm-11、6900 cm-1、6871 cm--1、6836 cm--1、6773 cm--1、6702 cm--1、6667 cm--1、6509 cm--1、6400 cm-1),通过雷达图反应甲醇的存在对水光谱的影响。结果显示即使甲醇的加入量是0.1%,仍可以对原溶液的吸光度产生影响。然后,利用PLSR建立了水光谱组学用于低含量甲醇测定的回归分析模型。以甲醇-YPD溶液为例,最佳模型的RMSEC、RMSECV、RMSEP、Rc2、Rcv2和Rp2值分别是0.014%,0.03 8%,0.047%,1.000,0.997,0.999。甲醇-LB培养基和甲醇-YEPG培养基得到的结果和上述的结果均类似,结果证明水光谱组学可以用于甲醇含量的测定,为低含量甲醇的测定提供了一个新的思路。(3)毕赤酵母发酵过程关键参数:生物量、甘油、甲醇的测定。本研究将上述得到的结论用于巴斯德毕赤酵母实际发酵过程中关键质量参数:生物量、甘油、甲醇含量的测定。首先在摇瓶水平上分别平行4次试验(第一阶段)、5次试验(第一阶段),从巴斯德毕赤酵母发酵过程的第一阶段和第二阶段分别取100个和110个样品,其中第一阶段的样品包含了生物量和甘油含量的变化,第二阶段的样品包含了甲醇含量的变化。这三者的一级数据分别通过紫外分光光度计、甘油含量测定试剂盒、气相色谱法

关键词：近红外光谱分析技术差谱方法水光谱组学关键质量参数

水光谱组学研究现状及对中药归经理论的特殊影响

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湖南中医药大学学报 2021年第12期41卷 1986-1992页

作者：陈定芳吴月峰桂卉贺玉婷李海英肖美凤周晋周逸群邓凯文贺福元湖南中医药大学药学院湖南长沙410208 中药成药性与制剂制备湖南省重点实验室湖南长沙410208 中药药性与药效国家中医药管理局重点实验室湖南长沙410208 湖南中医药大学第一附属医院湖南长沙410007 湖南中医药大学中医药超分子机理与数理特征化实验室湖南长沙410208

水光谱组学是一门研究水和水系统分子间氢键组成形态的新兴科学,它通过观察近红外光对水的作用所表征特征峰的变化来分析水系统中溶剂与溶质间的作用关系,且具有非侵入性、分析速度快和定性定量等特点,是研究中医经络及中药归经的有用... 详细信息

水光谱组学是一门研究水和水系统分子间氢键组成形态的新兴科学,它通过观察近红外光对水的作用所表征特征峰的变化来分析水系统中溶剂与溶质间的作用关系,且具有非侵入性、分析速度快和定性定量等特点,是研究中医经络及中药归经的有用工具。根据前期建立的中医药超分子“气析”理论,中药归经是中药成分客体与人体经络脏腑主体“印迹模板”自主选择性作用的结果,体现出以水为溶剂的体系的主体分子间非共价键作用特性,故水光谱组学可分析以水为溶剂系统人体的经络、腧穴、脏腑与中药分子的相互作用。本文先梳理水光谱组学的历史沿革、研究方法及其应用现状,再结合中药归经的超分子属性和亟待解决的主要问题,旨在阐明水光谱组学可用于测定人体经络脏腑的超分子结构特征,揭示具特殊基团“印迹模板”的中药归经微观物质基础。因此,水光谱组学将成为研究中药归经理论的有利工具,也是促进中医药现代化的有效方法。

关键词：水光谱组学近红外线水活性基团中药归经理论中医药现代化

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一种通过水光谱探究木犀草素浓度测定的新方法

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分析测试学报 2022年第2期41卷 255-260页

作者：冯昱龙贺小刚韩想于佳萍楚刚辉新疆特色药食用植物资源化学实验室喀什大学化学与环境科学学院新疆喀什844000

采集了一定含水量、不同浓度的木犀草素溶液的近红外光谱,借助于多元分析方法研究了其谱峰变化,建立了一种基于不同浓度木犀草素对水光谱的扰动情况进行木犀草素检测的模型。通过比较不同光谱预处理方法,最终确定采用标准正态变换(SNV)... 详细信息

采集了一定含水量、不同浓度的木犀草素溶液的近红外光谱,借助于多元分析方法研究了其谱峰变化,建立了一种基于不同浓度木犀草素对水光谱的扰动情况进行木犀草素检测的模型。通过比较不同光谱预处理方法,最终确定采用标准正态变换(SNV)法进行光谱预处理,并以偏最小二乘(PLS)法建立木犀草素的定量预测模型。结果显示,经Kennard-Stone(KS)筛选的模型相关系数R为0.9947,交叉验证均方根误差(RMSECV)为1.9478,预测残差(RPD)为4.2927,说明模型稳健,误差小;预测集样品的预测均方根误差(RMSEP)为2.0777,回收率为98.0%~105%。结果表明,基于木犀草素对水的近红外光谱的扰动可以进行木犀草素浓度测定。该方法简便、快速,结果准确,为生物活性成分的测定提供了一种新的方法。

关键词：水光谱组学近红外光谱扰动木犀草素

基于近红外光谱结合水光谱组学法对蜂蜜品质的鉴定

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基于近红外光谱结合水光谱组学法对蜂蜜品质的鉴定

作者：杨川梅广西师范大学

学位级别：硕士

蜂蜜是一种含有较高的营养和医疗价值的天然甜味食品。随着人们对蜂蜜的需求量逐渐增加,导致市场上的蜂蜜质量参差不齐,甚至出现用低价的意蜂蜂蜜掺入或冒充高价的中蜂蜂蜜的现象。除此之外,我国南方部分地区还连续发生食用蜂蜜中毒事件... 详细信息

蜂蜜是一种含有较高的营养和医疗价值的天然甜味食品。随着人们对蜂蜜的需求量逐渐增加,导致市场上的蜂蜜质量参差不齐,甚至出现用低价的意蜂蜂蜜掺入或冒充高价的中蜂蜂蜜的现象。除此之外,我国南方部分地区还连续发生食用蜂蜜中毒事件,这使得人们对蜂蜜的质量产生担忧,蜂蜜产业受到严重打击。本实验将采用近红外光谱结合机器学习及水光谱组学对蜂蜜品质进行研究。本研究内容和结果主要分为以下两部分:1.建立基于近红外（NIR）光谱分别结合偏最小二乘判别分析（PLS-DA）和水光谱组学的中蜂蜜、意蜂蜜鉴别模型。首先采集105蜂蜜样品的NIR光谱,再经过多元散射校正（MSC）、标准正态变换（SNV）、一阶导数、二阶导数等预处理和PCA降维分析后,选择最佳的预处理方法和最佳的主成分个数,并通过PLS-DA算法建立意蜂蜂蜜和中蜂蜂蜜的鉴别模型。最后以水的第一倍区（1300-1600 nm）作为研究对象建立水光谱组学模型,采用12种水吸收模式绘制意蜂蜂蜜和中蜂蜂蜜的水镜图,并分析两者中水吸收模式的差异,用于意蜂蜂蜜和中蜂蜂蜜的鉴别。PLS-DA结果表明:采用SNV预处理方法时所建立的模型鉴别效果最佳,准确度、特异性和灵敏度分别为100%,100%,100%。水谱组学结果表明:中蜂蜜和意蜂蜜在1400-1500 nm区域的水分子结构存在差异,中蜂蜜中的游离水分子数多于意蜂蜜,中蜂蜂蜜的果糖含量高于意蜂蜜,而意蜂蜂蜜的葡萄糖含量高于中蜂蜜蜂蜜。2.建立基于NIR光谱分别结合PLS-DA、决策树和水光谱组学的天然蜂蜜、含钩吻的有毒蜂蜜鉴别模型。首先采集218蜂蜜样品的NIR光谱,再经过多元散射校正（MSC）、标准正态变换（SNV）、一阶导数、二阶导数等预处理和PCA降维分析后,选择最佳的预处理方法和最佳的主成分个数,并通过PLS-DA和决策树算法建立天蜂蜜和有毒蜂蜜的鉴别模型。最后以水的第一倍区（1300-1600 nm）作为研究对象建立水光谱组学模型,采用10种水吸收模式绘制天然蜂蜜和有毒蜂蜜的水镜图,并分析两者中水吸收模式的差异,用于天然蜂蜜和有毒蜂蜜的鉴别。PLS-DA结果表明:采用一阶导数预处理后所建立的模型鉴别效果最佳,准确度、特异性和灵敏度分别为100%,92.73%,87.09%;决策树结果表明:采用一阶导数预处理后所建立的模型鉴别效果最佳,准确度、特异性和灵敏度分别为100%,92.73%,87.09%,但该模型的建模过程比PLS-DA复杂。水谱组学结果表明:有毒蜂蜜和无毒蜂蜜在1400-1500 nm区域的水分子结构存在差异,有毒蜂蜜中的自由水分子数高于无毒蜂蜜,有毒蜂蜜中含带氢键的水分子较少,带有三个氢键的水分子可以是鉴别两者的指标。

关键词：中蜂蜂蜜意蜂蜂蜜有毒蜂蜜近红外光谱水光谱组学

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基于温度扰动的近红外无创血糖检测光谱分析

基于温度扰动的近红外无创血糖检测光谱分析

作者：王苗苗天津大学

学位级别：硕士

近红外光谱血糖测量是目前人体无创血糖测量中最具有前景的研究方法。温度变化是影响近红外无创血糖测量精度的主要因素之一。针对温度扰动对近红外光谱测量的影响,本文将水光谱组学理论应用到无创血糖测量分析中,首先分析血糖测量中多... 详细信息

近红外光谱血糖测量是目前人体无创血糖测量中最具有前景的研究方法。温度变化是影响近红外无创血糖测量精度的主要因素之一。针对温度扰动对近红外光谱测量的影响,本文将水光谱组学理论应用到无创血糖测量分析中,首先分析血糖测量中多种扰动引起的特征变化,提取其中温度扰动的特征影响,并对温度扰动引起的测量光谱进行有效判别。进一步,通过双光谱二维相关光谱方法,定量分析了温度扰动对血糖测量光谱的影响。利用水光谱分析方法对温度、葡萄糖浓度以及蛋白质浓度扰动进行研究和分析。结果表明,每一种扰动都有各自对应的水谱模式,从温度扰动的水谱模式中可以识别9个特征波长。基于PLS-DA方法对温度扰动下测量光谱的有效性进行判别,对于葡萄糖溶液测量光谱,水光谱特征波长训练集和测试集的效果优于原始光谱全波段训练集和测试集的效果,其中水光谱特征波长训练集和测试集的分类准确率分别可达98.15%和94.45%。结果表明,在人体体温附近,通过水光谱分析,可以在较少的波长情况下,有效判别0-1000mg/d L浓度范围的葡萄糖测量光谱。利用双光谱二维相关谱法(2T2D-COS)对温度扰动的测量光谱进一步分析。采用2T2D-COS分析浓度扰动和温度扰动下的光谱特征,通过观察异步谱中交叉峰的位置及强度变化规律,对两种扰动引起的测量光谱进行判别。提取异步谱中温度扰动产生的交叉峰对应波长1410nm处的切片谱,建立样品温度的预测模型,以1471～1479nm范围内异步谱切片谱的强度积分结果进行线性拟合,可以准确获取样品温度。利用脂肪乳(Intralipid)溶液作为仿体样品进一步验证了2T2D-COS分析方法在近红外无创血糖中,对温度扰动的判别及定量分析的有效性。

关键词：近红外光谱水光谱组学双光谱二维相关光谱温度扰动

基于红外光谱分析蜂王浆品质及鉴别麦卢卡蜂蜜掺假的方法研究

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基于红外光谱分析蜂王浆品质及鉴别麦卢卡蜂蜜掺假的方法研究

作者：杨心浩暨南大学

学位级别：硕士

蜂王浆是由哺育蜂头部咽下腺和上颚腺共同分泌的淡黄色浆状物,有着可防癌症,治疗糖尿病,降低血脂等保健功能和医疗作用。蜂王浆中含有多种脂肪酸,这些脂肪酸与蜂王浆具有的生物学功能密切相关,其中最重要的脂肪酸为10-羟基-2-奎烯酸(10-... 详细信息

蜂王浆是由哺育蜂头部咽下腺和上颚腺共同分泌的淡黄色浆状物,有着可防癌症,治疗糖尿病,降低血脂等保健功能和医疗作用。蜂王浆中含有多种脂肪酸,这些脂肪酸与蜂王浆具有的生物学功能密切相关,其中最重要的脂肪酸为10-羟基-2-奎烯酸(10-HDA)。麦卢卡蜂蜜是一种单花种蜜,是蜜蜂采集麦卢卡树的花蜜酿造而成。相比于普通的蜂蜜,麦卢卡蜂蜜对金黄色葡萄球菌有很强的抑制作用,有很好的抗菌效果。近几年,随着人们生活水平的提高,对麦卢卡蜂蜜的需求逐渐增加,导致麦卢卡蜂蜜掺假事件时有发生。目前蜂王浆品质测定和麦卢卡蜂蜜掺假检测的方法尚存在检验费时、程序繁琐、需要化学试剂等缺点,因此,探索一种快速、简单、绿色的检测方法具有重要的应用价值和科学研究意义。本文通过研究,建立了采用红外光谱测定蜂王浆品质和检测麦卢卡蜂蜜掺假的新方法。主要内容如下:(1)基于NIR光谱结合波长筛选算法建立检测蜂王浆中10-HDA含量的分析模型。采集了232个不同10-HDA含量(0.35%-2.44%)蜂王浆样品的NIR光谱。首先对原始光谱进行二阶导数处理,并建立全谱的PLS模型;然后利用GA-PLS,CARS-PLS和SI-PLS方法对二阶导数光谱进行特征波长筛选,分别建立10-HDA含量分析的PLS模型;最后用58个预测样品进行模型验证,选出最优的10-HDA含量预测模型。结果表明:波长筛选后所建立的PLS模型相比全谱建立的PLS模型预测精度有明显提高。其中,SI-PLS算法表现最佳,筛选特征波长范围:980-1038nm,1220-1278nm,1340-1398nm,1688-1746nm,预测结果:RMSEP=0.1496(%),R=0.9380。(2)基于NIR和ATR-FTMIR光谱结合数据融合策略建立检测蜂王浆中10-HDA含量的分析模型。实验分别采集蜂王浆样品的NIR和ATR-FTMIR光谱,采用低、中级数据融合策略,结合PLS算法对蜂王浆样品的10-HDA含量进行建模分析。在低级数据融合中,将原始光谱进行预处理后拼接成一个新的数据矩阵进行PLS建模分析。在中层数据融合中,采用SI-PLS进行波长筛选和PCA/ICA进行特征提取两种方式获得变量,将提取的变量拼接后输入到PLS模型进行建模分析。结果表明,使用中级数据融合策略建立的PLS分析模型优于独立数据和低级数据融合策略建立的PLS模型。其中采用SI-PLS变量选择后进行中级数据融合策略建立的PLS模型具有最佳的10-HDA含量预测准确度,RMSEP=0.1118(%),R=0.9585。(3)基于NIR光谱结合水光谱组学建立检测麦卢卡蜂蜜掺假糖浆的新方法。首先,将麦卢卡蜂蜜与五种糖浆(玉米糖浆、蔗糖糖浆、高果糖浆、甜菜糖浆和大米糖浆)以掺假度10%-50%(梯度10%)进行混合,并采集NIR光谱。然后,对1300-1800nm光谱区间(水和碳水化合物吸收带)进行光谱差异分析、PCA分析和偏最小二乘回归向量分析。最后,根据分析结果选出12个特征波长(1324,1344,1356,1386,1418,1426,1434,1460,1476,1502,1528,1586nm),基于特征波长绘制水镜图并进行水光谱组学评估。评估结果表明,麦卢卡蜂蜜在长波区域(1476,1502,1528,1586nm)显示出优势,说明麦卢卡蜂蜜比糖浆含有更多强氢键水分子和高度结构化的组织水;糖浆的优势主要体现在短波区域(1324,1344,1356,1386,1418,1426,1434,1460nm),说明糖浆主要含有无氢键和少量氢键的非结构化游离水。随着掺杂浓度的增加,麦卢卡蜂蜜中促进分子间相互作用的组织水逐渐减少。因此,通过红外光谱对蜂王浆品质分析及麦卢卡蜂蜜掺假鉴别是可行的,这种方法具有快速、简单、绿色的优点。本文研究结果对维护蜂王浆和麦卢卡蜂蜜市场秩序,保障消费者的正当权益有积极的现实意义。

关键词：蜂王浆麦卢卡蜂蜜 NIR光谱 ATR-FTMIR光谱波长筛选数据融合水光谱组学