[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于近紅外光譜的小麥感染赤霉病等級(jí)檢測(cè)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810664254.1
• 申請(qǐng)日: 2018-06-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108872143A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁琨;丁靜;羅慧;劉澤宇;徐劍宏;錢(qián)筱琳
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N21/359
• 分類(lèi)號(hào): G01N21/359;G01N21/3563
• 代理公司: 南京天華專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 32218
• 代理人: 李德濺;徐冬濤

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于近紅外光譜的小麥感染赤霉病等級(jí)檢測(cè)方法，步驟如下：從待檢測(cè)小麥中選取樣品并放置在密封袋中標(biāo)記編號(hào)；去除雜物并使得小麥籽粒的含水量處于12%?13%之間，每份樣品取等質(zhì)量的小麥籽粒進(jìn)行研磨，獲得的麥粉樣品放入培養(yǎng)皿中等待光譜采集；采用Nirquest512便攜式光譜儀對(duì)麥粉樣品進(jìn)行掃描，獲得近紅外光譜曲線；d、剔除反射率大于100%的異常樣本和波長(zhǎng)為900nm?1700nm之外的數(shù)據(jù)，確定建模樣本和預(yù)測(cè)樣本并選擇進(jìn)行特征波段提取；e、采用特征波段?支持向量機(jī)模型和/或全波段?偏最小二乘法確定樣本的DON濃度并分級(jí)。本發(fā)明能夠快速檢測(cè)麥粉樣本中的DON毒素等級(jí)且不使用化學(xué)試劑。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及糧食品質(zhì)檢測(cè)、儀器控制以及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種基于近紅外光譜的小麥感染赤霉病等級(jí)檢測(cè)方法。

背景技術(shù)

小麥?zhǔn)鞘澜缟献钪匾墓任镔Y源之一，產(chǎn)量?jī)H次于稻谷居第二位，既是人類(lèi)主要的食物資源，又是重要的工業(yè)原料（王曉曦；世界小麥產(chǎn)量及加工業(yè)發(fā)展概況）。赤霉病是小麥的主要病發(fā)癥之一，而脫氧雪腐鐮刀菌稀醇(DON)是引發(fā)小麥赤霉病的主要真菌毒素，其性質(zhì)穩(wěn)定，耐熱、耐壓、耐弱酸、耐儲(chǔ)藏，一般的食品加工不能破壞其結(jié)構(gòu)，加堿或高壓處理可破壞部分毒素。DON毒素又稱(chēng)嘔吐毒素，不僅對(duì)小麥細(xì)胞組織有毒害作用，降低麥粒出粉率，造成產(chǎn)量嚴(yán)重?fù)p失，更為嚴(yán)重的是感染小麥作為食品或飼料時(shí)對(duì)人和牲畜具有致厭食、致嘔吐、致畸、致突變、致癌等作用，引起食品安全問(wèn)題。我國(guó)規(guī)定谷物中DON的含量不得超過(guò)1.0mg/kg。為了避免DON毒素對(duì)人畜造成潛在的健康風(fēng)險(xiǎn)，含DON毒素超標(biāo)的小麥必須在加工之前被識(shí)別和處理掉。

目前，國(guó)內(nèi)外用于小麥粉赤霉病毒檢測(cè)的方法主要有化學(xué)生物檢測(cè)方法，如薄層色譜法(TLC)、高效液相色譜法(HPLC)、氣相色譜法(GC)和酶聯(lián)免疫檢測(cè)法（ELISA）等，可以精確地對(duì)小麥中的DON 毒素進(jìn)行定量分析。雖然化學(xué)生物檢測(cè)方法很有用，但是這些方法不同程度存在耗時(shí)、程序復(fù)雜、檢測(cè)成本高等問(wèn)題，不便推廣應(yīng)用，也不適合大批量樣品的在線檢測(cè)。

經(jīng)調(diào)研，面粉廠會(huì)在每年小麥?zhǔn)斋@季節(jié)去小麥主產(chǎn)區(qū)進(jìn)行原糧收購(gòu)，清理收購(gòu)回來(lái)的這些原糧并進(jìn)行抽樣檢測(cè)，按抽檢結(jié)果的DON含量不同將原糧收入相應(yīng)的中轉(zhuǎn)倉(cāng)中，這一步也叫原糧入庫(kù)。原糧抽樣后，由于檢測(cè)時(shí)間太長(zhǎng)，為了避免對(duì)運(yùn)糧船和運(yùn)糧車(chē)的過(guò)度占用影響原糧收購(gòu)進(jìn)度，要先讓原糧入庫(kù)，再檢測(cè)抽樣樣品，故檢測(cè)結(jié)果存在一定的滯后性。他們希望有一種裝置，能夠快速穩(wěn)定且較為準(zhǔn)確的分辨原糧中DON含量等級(jí)，先對(duì)原糧進(jìn)行大規(guī)模半定量篩查，然后再對(duì)疑似DON超標(biāo)的原糧采用定量手段進(jìn)行精確檢測(cè)。

近紅外光譜技術(shù)適用于檢測(cè)大分子有機(jī)物，對(duì)真菌毒素的直接檢測(cè)能力有限，主要是通過(guò)檢測(cè)受真菌毒素侵染后谷物中蛋白質(zhì)、淀粉等大分子有機(jī)物的變化來(lái)間接檢測(cè)真菌毒素的含量等級(jí)。近紅外光譜是介于可見(jiàn)光(Vis)和中紅外(MIR)之間的電磁輻射波，與有機(jī)分子中含氫基團(tuán)(O-H、N-H、C-H)振動(dòng)的合頻和各級(jí)倍頻的吸收區(qū)一致，通過(guò)掃描樣品的近紅外光譜，可以得到樣品中有機(jī)分子含氫基團(tuán)的特征信息。近紅外光譜儀可以對(duì)含量在百分之一水平上的有機(jī)物進(jìn)行定量檢測(cè)，而小麥中DON毒素的含量非常低，通常在ppm（mg/kg）甚至ppb（ug/kg）的水平，故難以通過(guò)近紅外光譜技術(shù)直接檢測(cè)到麥粉中的DON毒素。但真菌毒素會(huì)破壞谷物的組織、細(xì)胞甚至分子，受DON毒素侵染的小麥，其內(nèi)部有機(jī)物如蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂質(zhì)的含量或性質(zhì)會(huì)發(fā)生變化，這種變化能夠反映在光譜特征上（Cécile Levasseur-Garcia；Updated Overview of Infrared Spectroscopy Methods forDetecting Mycotoxins on Cereals (Corn, Wheat, and Barley)），因此使用近紅外光譜技術(shù)檢測(cè)麥粉中的DON是可行的。通過(guò)掃描近紅外光譜，可以得到受赤霉病菌侵染的麥粉特征信息的光譜數(shù)據(jù)。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定樣品中的DON含量。將樣品的近紅外光譜數(shù)據(jù)和DON濃度等級(jí)信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)，通過(guò)化學(xué)計(jì)量學(xué)算法，建立數(shù)學(xué)模型，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)麥粉中DON含量等級(jí)的預(yù)測(cè)。