專利名稱：一種利用近紅外快速測定米糠脂肪酶活性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用近紅外快速測定米糠脂肪酶活性的方法。
背景技術(shù)：
米糠是稻谷加工中的主要副產(chǎn)品，約占稻谷的5_8%，我國稻谷產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量的40%，米糠資源年產(chǎn)約1000-1600萬噸，居世界首位。米糠因富含油脂(有12%-23%的米糠油)和豐富的營養(yǎng)成分與生理活性物質(zhì)而備受關(guān)注。但是米糠極易酸敗，其中的脂肪酶主要存在米皮中，在稻谷或糙米狀態(tài)下由于與脂肪不接觸因而較穩(wěn)定，但自米皮碾下成糠過程中，米皮結(jié)構(gòu)破壞而使其中的脂肪酶與油脂發(fā)生接觸而被迅速活化，酶活力在短時間內(nèi)可增加幾十倍，使米糠在幾小時內(nèi)即酸敗變質(zhì)，嚴(yán)重阻礙了米糠的深度開發(fā)利用。至今為止，國內(nèi)外對米糠的研究主要是集中在米糠脂肪酶的去酶活穩(wěn)定化研究及滅酶后各種功能成分的提取和應(yīng)用研究上，極少有利用米糠脂肪酶的研究。其實脂肪酶作為我國綠色化工的熱點產(chǎn)品，過去長期依賴進口，價格奇高，為降低成本，北京化工大學(xué)進行了高產(chǎn)脂肪酶菌種選育研究，從微生物產(chǎn)脂肪酶途徑已較大幅度降低成本[1]。如果米糠脂肪酶能變廢為利，則不僅可能更具成本優(yōu)勢，而且也符合當(dāng)今綠色、環(huán)保的社會發(fā)展趨勢。而解決米糠脂肪酶的快速測定問題無疑便于米糠脂肪酶的利用。已有相關(guān)的脂肪酶測定法有GB/T 5523-2008糧油檢驗糧食、油料的脂肪酶活動度的測定的方法及中國專利(CN1680587A)作物種子脂肪酶活性的快速檢測方法等[2-3]，兩者均需先對脂肪酶進行提取。近紅外(near inf rared，NIR)光是指波長介于可見區(qū)與中紅外區(qū)之間的電磁波，其波長范圍約800 2 500 nm。近紅外光譜分析是指利用近紅外譜區(qū)包含的物質(zhì)信息，主要用于有機物質(zhì)定性和定量分析的一種分析技術(shù)，它的最大特點是對樣品無破壞性、 操作簡便、分析迅速、可直接對樣品進行分析。近年來近紅外光譜分析技術(shù)在農(nóng)業(yè)、煙草、石油化工、醫(yī)藥等各個領(lǐng)域均到了廣泛的應(yīng)用，在油脂中的應(yīng)用目前也有一些研究報道，主要用于油脂的品質(zhì)檢測，例如fozzolinoW]、Man[5]等運用近紅外檢測油脂中的游離脂肪酸，吳建國W]、楊翠玲[7]等檢測油料種子脂肪酸組成，均取得了令人滿意的結(jié)果。但尚無利用近紅外檢測脂肪酶活性的報道。參考文獻童志勇.脂肪酶國產(chǎn)化開啟綠色合成新篇章[J].現(xiàn)代化工，2009, (5):91.GB/T 5523-2008糧油檢驗糧食、油料的脂肪酶活動度的測定的方法張瑛，吳躍進，何成芳，劉潔，蔣家月.一種新的水稻種子堿性脂肪酶活性快速檢測方法及其應(yīng)用[J]·中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報，2009，11(S2) =43—45,59.)Cozzolino D, Murray I, Chree A, et al. LffT-Food Science and Technology, 2005，38 (8) : 821.Man Y B Che, Moh M H. Journal of American Oil Chemist Society, 1998， 75(5) : 557.吳建國，石春海，張海珍.光譜學(xué)與光譜分析[J].2006,26(2) :259.[7]楊翠玲，陳文杰，張文學(xué)，等.西北農(nóng)業(yè)學(xué)報[J]. 2005，14(6) 72.

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的和意義已有脂肪酶的檢測方法均需對脂肪酶先行提取，然后再進行酶活檢測，難以滿足研究和生產(chǎn)的快速測定需要。利用本發(fā)明方法則無需提取脂肪酶，且除在初始建模時需進行化學(xué)滴定稍顯費時外，在建模完成后，利用近紅外掃描未知樣品光譜，將其輸入模型即可直接讀出脂肪酶的活性值，因而大大簡化了米糠脂肪酶活性的測定方法，對大批量即時快速檢測的實際需要意義更大。本發(fā)明依據(jù)的原理是研究表明，樣品的近紅外光譜包含了物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)信息，而米糠的組成和結(jié)構(gòu)信息與其米糠的存放時間即與米糠脂肪酶的活性和反應(yīng)時間密切相關(guān)。應(yīng)用化學(xué)計量方法對米糠近紅外光譜和米糠存放時間及米糠脂肪酶活性進行關(guān)聯(lián)研究，可以確定這兩者之間的定性或定量關(guān)系，即定標(biāo)模型。建立定標(biāo)模型后，只要測出未知樣品的近紅外光譜，根據(jù)定標(biāo)模型就可以確定米糠脂肪酶的活性。依據(jù)上述原理，建立本發(fā)明的如下方案其包括以下步驟
(1)定標(biāo)集、驗證集樣本光譜的建立將稻谷樣品在25-35°C的恒溫車間進行礱谷、碾米，經(jīng)碾米機碾下的米糠也置于25-35°C恒溫下保存，且每隔1-3小時取樣，將樣品米糠進行近紅外掃描，獲得樣品米糠近紅外范圍內(nèi)的所有光譜信息，同時以滴定法測定其每個對應(yīng)樣品的米糠脂肪酶活性實際值，將上述所得樣品隨機分為定標(biāo)集和驗證集兩組；
(2)近紅外光譜的預(yù)處理對原始光譜進行一階導(dǎo)數(shù)(Firstderivative, FD)、二階導(dǎo)數(shù)(Second derivative，SD)與不光滑(No smoothing，NS)處理、Savitzky-Golay filter (SGF)處理、Norris derivative filter (NDF)處理或它們的組合處理；
(3)定標(biāo)模型的建立分別用主成分回歸(PrincipalComponent Regress-ion, PCR) 和偏最小二乘法(Partial Least Squares Regression, PLS)方法對定標(biāo)集的近紅外光譜及其對應(yīng)樣品脂肪酶活性的實際值之間的函數(shù)關(guān)系建模；
(4)定標(biāo)模型驗證和選定從驗證集中取一組已知脂肪酶活性的米糠樣品，將其近紅外光譜信息輸入定標(biāo)模型，根據(jù)已建立的定標(biāo)模型計算米糠脂肪酶活性，對計算值與實際值進行相關(guān)性分析，計算相關(guān)系數(shù)和方差，評價模型的可靠性，并選定最優(yōu)模型；
(5)待測米糠樣品脂肪酶活性的測定，參照步驟(1)、(2)、(3)所述操作方法獲得未知米糠樣品脂肪酶活性的近紅外光譜特征信息，將所述未知未知米糠樣品近紅外光譜信息輸入定標(biāo)模型，即得到米糠脂肪酶的活性。所述米糠樣品脂肪酶的活性用滴定法測定，其原理是米糠碾下后，在室溫 (25-35°C)條件下其中的脂肪酶與油脂作用分解成游離脂肪酸，按一定的時間間隔(如1-3 小時)定時用氫氧化鉀溶液進行滴定。所述近紅外范圍內(nèi)的所有光譜信息指的是800 nm-2500 nm范圍內(nèi)的吸收光譜。所述方法包括原始光譜(Spectrum)、一階導(dǎo)數(shù)(First derivative, FD)、二階導(dǎo)數(shù)(Second derivative，SD)與不光滑(No smoothing，NS)處理、Savitzky-Golay filter (SGF)處理、Norris derivative filter (NDF)處理或它們的組合處理方法。所述提取近紅外光譜特征信息是指通過主成分分析或偏最小二乘法，將原來多個相關(guān)的近紅外光譜信息變換到2-10個互不相關(guān)的變量中，同時，這些互不相關(guān)的變量含有原來多個相關(guān)光譜> 90%的信息。本發(fā)明是在分析不同脂肪酶活性的米糠近紅外光譜的基礎(chǔ)上，建立基于近紅外光譜分析米糠脂肪酶活性的快速檢測方法。這種檢測方法具有分析迅速、效率高、操作簡便、 分析成本低，且對環(huán)境不造成污染的優(yōu)點。


圖1是未經(jīng)預(yù)處理的米糠樣品光譜圖，即樣品近紅外光譜；
圖2是定標(biāo)模型的驗證相關(guān)曲線，顯示了光譜模型預(yù)測值與真實值相關(guān)性。
具體實施例方式以下結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。(1)定標(biāo)集、驗證集樣本光譜的建立將稻谷樣品在35°C的恒溫車間進行礱谷、碾米，經(jīng)碾米機碾下的米糠也置于35°C恒溫下保存，且每隔1小時取樣，在12小時取13個樣， 連續(xù)4天，共取樣52個樣，將樣品米糠進行近紅外掃描，獲得樣品的米糠近紅外范圍內(nèi)的所有光譜信息，同時以滴定法測定其每個對應(yīng)樣品的米糠脂肪酶活性實際值，將上述所得樣品的隨機分為定標(biāo)集(39個樣)和驗證集(13個樣)兩組；
(2)原始光譜預(yù)處理對原始光譜選用一階導(dǎo)數(shù)(Firstderivative, FD)、二階導(dǎo)數(shù) (Second derivative, SD)與不光滑(No smoothing, NS)處理、Savitzky-Golay filter (SGF)處理、Norris derivative filter (NDF)處理或它們的組合處理方法;
(3)定標(biāo)模型的建立分別用主成分回歸(PrincipalComponent Regress-ion, PCR) 和偏最小二乘法(Partial Least Squares Regression, PLS)方法對定標(biāo)集的近紅外光譜及其對應(yīng)樣品脂肪酶活性的實際值之間的函數(shù)關(guān)系建模；
(4)定標(biāo)模型驗證從驗證集中取一組已知脂肪酶活性的米糠樣品，將其近紅外光譜信息輸入定標(biāo)模型，根據(jù)已建立的定標(biāo)模型計算米糠脂肪酶活性，對計算值與實際值進行相關(guān)性分析，從表1、表2可知，經(jīng)過一階導(dǎo)數(shù)處理后，用PLS建立的光譜模型最優(yōu)，交互驗證相關(guān)系數(shù)達到0. 9911，標(biāo)準(zhǔn)誤均方RMSEC=O. 658，均方根誤差RMSEP=3. 03。圖2表明，這一模型可以很好的預(yù)測一定條件下(常溫25-35°C碾下12小時內(nèi))米糠脂肪酶的活性。因此選定PLS模型為定標(biāo)模型；
(5)未知米糠樣品脂肪酶活性的測定，參照步驟(1)、(2)所述操作方法獲得未知米糠樣品脂肪酶活性的近紅外光譜特征信息，將所述未知未知米糠樣品近紅外光譜信息輸入定標(biāo)模型，即得到米糠脂肪酶的活性。表1 PCR方法處理米糠脂肪酶活性校正模型的預(yù)測性能
權(quán)利要求
1.一種利用近紅外快速測定米糠脂肪酶活性的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)定標(biāo)集、驗證集樣本光譜的建立將稻谷樣品在25-35°C的恒溫車間進行礱谷、碾米， 經(jīng)碾米機碾下的米糠也置于25-35°C恒溫下保存，且每隔1-3小時取樣，將樣品米糠進行近紅外掃描，獲得樣品米糠近紅外范圍內(nèi)的所有光譜信息，同時以滴定法測定其每個對應(yīng)樣品的米糠脂肪酶活性實際值，將上述所得樣品隨機分為定標(biāo)集和驗證集兩組；(2)近紅外光譜的預(yù)處理對原始光譜進行一階導(dǎo)數(shù)(First derivative, FD)、二階導(dǎo)數(shù)(Second derivative，SD)與不光滑(No smoothing，NS)處理、Savitzky-Golay filter (SGF)處理、 Norris derivative filter (NDF)處理或它們的組合處理；(3)定標(biāo)模型的建立分別用主成分回歸(Principal Component Regress-ion, PCR)禾口偏最小二乘法(Partial Least Squares Regression，PLS)方法對定標(biāo)集的近紅外光譜及其對應(yīng)樣品脂肪酶活性的實際值之間的函數(shù)關(guān)系建模；(4)定標(biāo)模型驗證和選定從驗證集中取一組已知脂肪酶活性的米糠樣品，將其近紅外光譜信息輸入定標(biāo)模型，根據(jù)已建立的定標(biāo)模型計算米糠脂肪酶活性， 對計算值與實際值進行相關(guān)性分析，計算相關(guān)系數(shù)和方差，評價模型的可靠性，并選定最優(yōu)模型；(5)未知米糠樣品脂肪酶活性的測定，參照步驟(1)、(2)、(3)所述操作方法獲得未知米糠樣品脂肪酶活性的近紅外光譜特征信息，將所述未知未知米糠樣品近紅外光譜信息輸入定標(biāo)模型，即可得到米糠脂肪酶的活性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述建模米糠樣品脂肪酶的活性的實際值用滴定法測定，其原理是米糠碾下后，在室溫(25-35°C)條件下其中的脂肪酶與油脂作用分解成游離脂肪酸，按一定的時間間隔(如1-3小時)定時用氫氧化鉀溶液進行滴定，即可從氫氧化鉀的耗量測定出游離脂肪酸的耗量進而計算出脂肪酶活性的變化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的米糠樣品脂肪酶活性的近紅外快速檢測方法，其特征在于， 所述近紅外范圍內(nèi)的所有光譜信息指的是800nm-2500nm范圍內(nèi)的吸收光譜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的米糠樣品脂肪酶活性的近紅外快速檢測方法，其特征在于，所述方法包括原始光譜(Spectrum)、一階導(dǎo)數(shù)(First derivative, FD)、二階導(dǎo)數(shù) (Second derivative, SD)與不光滑(No smoothing, NS)處理、Savitzky-Golay filter (SGF)處理、Norris derivative filter (NDF)處理或它們的組合處理方法。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的米糠樣品脂肪酶活性的近紅外快速檢測方法，其特征在于，所述提取近紅外光譜特征信息是指通過主成分分析方法或偏最小二乘法，將原來多個相關(guān)的近紅外光譜信息變換到2-10個互不相關(guān)的變量中，同時，這些互不相關(guān)的變量含有原來多個相關(guān)光譜> 90%的信息。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種利用近紅外快速測定米糠脂肪酶活性的方法，包括以下步驟(1)定標(biāo)集、驗證集樣本光譜的建立；(2)定標(biāo)集近紅外光譜的預(yù)處理；(3)定標(biāo)模型建立；(4)定標(biāo)模型驗證和選定；(5)待測米糠樣品脂肪酶活性的測定，待測米糠樣品的近紅外光譜經(jīng)預(yù)處理，輸入選定的定標(biāo)模型，即可計算得到米糠脂肪酶的活性。
文檔編號G01N21/35GK102279166SQ201110187788
公開日2011年12月14日 申請日期2011年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月6日
發(fā)明者謝定 申請人:長沙理工大學(xué)