本發(fā)明涉及利用紅外光來測試或分析材料的檢測方法，具體涉及一種馬鈴薯全粉與面粉共混物的官能團圖譜分析方法。

背景技術(shù)：

2015年初我國啟動了馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略，以新鮮馬鈴薯為原料，經(jīng)挑選、清洗、去皮、切片、漂洗、預(yù)煮、冷卻、蒸煮、搗泥、脫水干燥等工藝過程制得馬鈴薯全粉。馬鈴薯全粉易貯藏，且保持了馬鈴薯特有的營養(yǎng)和風味，將其與面粉按一定比例混合后加工制成饅頭、面條等適合中國人飲食習慣的主食，這將大大改善和豐富我國居民的膳食營養(yǎng)結(jié)構(gòu)，滿足人體對營養(yǎng)配比的需要。但目前馬鈴薯主糧化推進過程中存在馬鈴薯全粉專用品種缺乏，馬鈴薯主糧中馬鈴薯全粉混合比例較低，馬鈴薯主糧產(chǎn)品價格高昂等問題。

近年來出現(xiàn)了一些針對馬鈴薯淀粉、馬鈴薯全粉及其制品進行檢測的技術(shù)，如近紅外光譜建模分析。基于近紅外光譜的研究主要針對馬鈴薯全粉中還原糖、蛋白質(zhì)等營養(yǎng)成分進行了定量分析，還有學者對干物質(zhì)、淀粉等進行了定量分析。很多近紅外模型預(yù)測結(jié)果精準，但建模所需樣本量大，而且模型失效有待解決。

二維相關(guān)光譜技術(shù)是將原本在一維空間的光譜拓展到二維空間，以達到增強光譜分辨率的效果，二維相關(guān)光譜技術(shù)常結(jié)合紅外光譜檢測技術(shù)一起使用，紅外光譜圖分為特征頻率區(qū)和指紋區(qū)，特征頻率區(qū)的吸收峰數(shù)目不多，但具有很強的特征性，在基團鑒定工作上很有價值。指紋區(qū)峰多而復(fù)雜，沒有強的特征性，但當分子結(jié)構(gòu)稍有不同時，該區(qū)吸收峰就會產(chǎn)生細微差異，指紋區(qū)對于區(qū)別結(jié)構(gòu)類似的化合物很有幫助。所以二維相關(guān)光譜技術(shù)結(jié)合紅外光譜技術(shù)后，就可通過測定分子內(nèi)各基團相應(yīng)微擾所導(dǎo)致紅外振動光譜的影響，運用數(shù)學相關(guān)分析技術(shù)對獲得的動態(tài)光譜進行處理得到二維相關(guān)紅外譜圖，利用更高分辨率的二維譜圖上自動峰及相關(guān)峰峰簇的位置、數(shù)量和強度等的不同，不僅能鑒別出各譜峰的具體歸屬，還提供了各物質(zhì)分子之間微觀變化的信息，進而獲得分子結(jié)構(gòu)變化的信息。對于復(fù)雜體系的鑒別研究，具有一定的實際意義。目前該方法已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于物理、化學、材料、生物、醫(yī)學等各個領(lǐng)域，但是在馬鈴薯主糧化領(lǐng)域還未見應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對背景技術(shù)中存在的問題和不足，本發(fā)明的目的在于提供一種馬鈴薯全粉與面粉共混物的官能團圖譜分析方法，在衰減全反射采集模式下采集樣品在溫度外擾下的一系列紅外光譜，進一步獲得同步二維相關(guān)光譜，然后對不同樣品二維相關(guān)同步譜間差異進行分析，揭示不同品種馬鈴薯全粉與面粉在不同混合比例下它們之間相應(yīng)各官能團的變化規(guī)律，既解決了傳統(tǒng)濕法化學方法檢測成本高，環(huán)境不友好等缺點，也有效彌補了近紅外光譜建模分析法模型失效的不足。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案的步驟如下：

1)制備多個品種的馬鈴薯全粉和面粉的混合樣品，多個品種的馬鈴薯全粉和面粉的混合樣品比例分別為30％、35％、40％、45％或50％；然后采集溫度外擾下多個品種的馬鈴薯全粉和面粉的混合樣品的紅外光譜；

2)計算步驟1)中混合樣品的紅外光譜的受溫度外擾t誘發(fā)的動態(tài)光譜，動態(tài)光譜表示為：

式中，y(v，t)是在整個微擾過程(從t＝-T/2到t＝T/2)中微擾為t時變量v處的光譜強度；是參考光譜，參考光譜的選擇由靜態(tài)光譜或時間平均光譜設(shè)定，定義為：

3)對各樣品的動態(tài)光譜進行二維相關(guān)分析，獲得對應(yīng)的同步二維相關(guān)光譜；

在微擾t作用下，等間距的測得m個數(shù)據(jù)點(如在相等溫度間隔時測量樣品的紅外光譜)則從t＝-T/2到t＝T/2的動態(tài)光譜可表示為：

同步二維相關(guān)光譜代表兩個變量v₁和v₂處光譜強度隨微擾t而產(chǎn)生的變化的相似性，同步二維相關(guān)光譜的同步光譜強度φ(v₁，v₂)的計算公式為：

4)對各混合樣品的同步二維相關(guān)光譜進行官能團變化的圖譜分析。

所述步驟1)中，馬鈴薯全粉制備方法為：新鮮馬鈴薯-清洗去皮-切片厚度8mm-在70℃下預(yù)煮20min-冷卻-在100℃下蒸煮15min-搗碎制泥-真空干燥-粉碎100目過篩-取篩下物。

所述步驟1)中，光譜采集模式為衰減全反射，所有樣品采集紅外光譜時的采集條件一致：光譜范圍為4000～400cm^-1，光譜分辨率8cm^-1，采集時間3s，每一條光譜為16次掃描的平均光譜。

本發(fā)明具有的有益效果是：

1)本發(fā)明采用的二維相關(guān)光譜法結(jié)合紅外光譜檢測技術(shù)，通過比較馬鈴薯全粉與面粉不同混合比例樣品的二維相關(guān)紅外光譜間的差異情況，對樣品在外擾下各物質(zhì)分子之間微觀變化信息進行分析。該方法不僅簡便，快速，無需對待測樣品進行分離，純化等預(yù)處理，而且環(huán)境友好，無化學試劑污染，對操作人員要求不高，同時還彌補了近紅外光譜建模方法中遇到的模型失效的問題。

2)本發(fā)明利用二維相關(guān)紅外光譜研究馬鈴薯全粉與面粉共混物的分子結(jié)構(gòu)變化以及它們之間的相互作用，揭示了不同品種馬鈴薯全粉與面粉在不同混合比例下它們之間相應(yīng)各官能團的變化規(guī)律，為更好的優(yōu)化完善馬鈴薯主糧的制作加工過程，更有效的評價馬鈴薯主糧的營養(yǎng)和功效提供了參考。

附圖說明

圖1是馬鈴薯全粉制備方法。

圖2是二維相關(guān)光譜的獲得示意圖。

圖3是大西洋含量從30％增至50％的馬鈴薯全粉及面粉共混物的二維相關(guān)圖譜。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。

本實施例中，所制備的樣本包括：

馬鈴薯：共4個品種，分別為大西洋、夏波蒂、冀張薯8號和克新，均采收自河北壩上張北縣。

如圖1所示，馬鈴薯全粉制備方法為：新鮮馬鈴薯-清洗去皮-切片厚度8mm-在70℃下預(yù)煮20min-冷卻-在100℃下蒸煮15min-搗碎制泥-真空干燥-粉碎100目過篩-取篩下物。

馬鈴薯全粉和面粉的共混物：混合馬鈴薯全粉比例分別為30％、35％、40％、45％、50％

如圖2所示，是二維相關(guān)光譜的獲得示意圖。

步驟1：采集一系列紅外光譜

將馬鈴薯全粉和面粉的五種混合比例樣品分別置于控溫附件上，然后利用控溫附件控制溫度，從35～95℃每隔10℃采集一次紅外光譜。所有樣品采集紅外光譜時的采集條件一致：采集模式為衰減全反射，空白對照光譜為不放置樣本采集的空氣的紅外光譜，光譜范圍為4000～400cm^-1，光譜分辨率8cm^-1，采集時間3s，每一條光譜為16次掃描的平均光譜。

步驟2：計算得到的紅外光譜的動態(tài)光譜

動態(tài)光譜可由下式計算得到：

式中，y(v，t)為在外擾作用下-T/2到T/2區(qū)域內(nèi)的光譜強度；是參考光譜，參考光譜的選擇通常由靜態(tài)光譜或時間平均光譜設(shè)定，定義為：

假如在外擾變量t作用下，獲得的m組數(shù)據(jù)其動態(tài)光譜也可以由式3表達。

步驟3：計算同步二維相關(guān)光譜：

同步二維相關(guān)光譜計算公式如式(4)所示；

步驟4：根據(jù)得到的同步二維相關(guān)光譜圖(如圖3所示)對馬鈴薯全粉和面粉的混合樣品進行官能團變化分析。從圖中可以看到在對角線相近的位置上均出現(xiàn)了自動峰，但是自動峰存在不同的組合方式且相對強度也各不同，也就是說馬鈴薯全粉和面粉不同混合比例體系中自動峰所對應(yīng)的官能團所處的分子內(nèi)部環(huán)境不同，相對應(yīng)的分子結(jié)構(gòu)對外部溫度微擾的敏感程度也不同。此外，這些自動峰均在1047cm^-1、1022cm^-1以及994cm^-1處出現(xiàn)最強峰，1047cm^-1是淀粉結(jié)晶區(qū)的結(jié)構(gòu)特征，對應(yīng)于淀粉聚集態(tài)結(jié)構(gòu)中的有序結(jié)構(gòu)，1022cm^-1則是淀粉無定型區(qū)的結(jié)構(gòu)特征，對應(yīng)于淀粉大分子的無規(guī)線團結(jié)構(gòu)。在對角線兩側(cè)各個特征峰相互之間也都出現(xiàn)了交叉峰，而且均為正峰，表明在外部微擾的影響下，各個特征峰動態(tài)變化的方向是一致的。

上述具體實施方式用來解釋說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)，對本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護范圍。