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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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_P=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_P=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。
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