一種新疆核桃產(chǎn)地溯源研究方法與流程

文檔序號：11579034閱讀：369來源：國知局

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本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種新疆核桃產(chǎn)地溯源研究方法，具體地說，涉及一種基于紅外技術(shù)和元素分析對新疆核桃產(chǎn)地溯源研究方法。

背景技術(shù)：

核桃是含有蛋白質(zhì)、纖維素、維生素、脂肪等多種營養(yǎng)素的優(yōu)良干果類食品，營養(yǎng)非常豐富，易消化和吸收，且有一定的藥用價值，被稱為世界四大干果之一，是我國重要的農(nóng)產(chǎn)品資源，核桃的品質(zhì)與產(chǎn)地密切相關(guān)，對核桃進行產(chǎn)地溯源對保護我國特色農(nóng)產(chǎn)品具有重要意義。新疆又是我國核桃的主產(chǎn)區(qū)，其中和田地區(qū)、阿克蘇地區(qū)、喀什地區(qū)均可以產(chǎn)出大量核桃，其產(chǎn)出的溫185、扎343、新新2號、新豐等品種核桃均有早實，豐產(chǎn)性高，品質(zhì)良好等優(yōu)點，對本研究有代表性意義。食品產(chǎn)地溯源即識別食品原產(chǎn)地的過程，是食品危害因子溯源的前提基礎(chǔ)，已成為各國政府強化食品質(zhì)量安全監(jiān)管的重要手段和全球食品安全控制管理的發(fā)展趨勢。近年來，國內(nèi)外學(xué)者將礦物元素指紋分析、穩(wěn)定性同位素指紋分析、近紅外光譜指紋分析等多種溯源技術(shù)應(yīng)用于橄欖油、茶葉、小麥、牛羊肉、葡萄酒等食品產(chǎn)地溯源，取得了很好的效果。近紅外光譜指紋技術(shù)能夠進行無損檢測，可以對食品所有的組分先進行掃描，再形成食品特有的指紋圖譜，這種方法成本低、速度快、環(huán)保且安全。目前，很多人針對臍橙、葡萄酒、橄欖油、茶葉、羊肉、牛肉等食品進行了紅外光譜溯源研究，鑒別準確率在78％-95％的范圍之內(nèi)。礦物元素指紋信息與食品產(chǎn)地來源直接相關(guān)，是用于食品產(chǎn)地溯源的有效方法。其技術(shù)核心是篩選與地域關(guān)系密切的鑒定指標元素，不同種類食品所篩選的鑒定指標元素也不相同。研究表明：ca、cr、fe、mg、zn、k、ba、si、ti、mn、sr等可以鑒別葡萄和葡萄酒的原產(chǎn)地；對于茶葉，mg、k、ca、mn、fe、al元素是鑒別其原產(chǎn)地的有效指標；羊肉和牛肉的鑒定指標分別為be、ca、ni、fe、ba、zn、sb、mn、se及ni、sr、fe、se、zn等元素。目前，食品產(chǎn)地溯源的應(yīng)用越來越多，涉及的領(lǐng)域越來越廣泛，對橄欖油、牛肉、羊肉、茶葉、葡萄酒等材料的指紋溯源技術(shù)有了一些研究，但針對新疆核桃的產(chǎn)地溯源還沒有被報道。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種新疆核桃產(chǎn)地溯源研究方法，該方法通過采集新疆多個地區(qū)、多個品種的核桃，通過對不同地區(qū)核桃近紅外、中紅外、元素分析等多種方法的測定和結(jié)果對比，證明原產(chǎn)地對核桃的品種和營養(yǎng)價值確實有很大的影響，進而探討產(chǎn)地對核桃的影響，為核桃產(chǎn)地溯源技術(shù)的應(yīng)用與推廣提供理論依據(jù)。

其具體技術(shù)方案為：

一種新疆核桃產(chǎn)地溯源研究方法，包括以下步驟：

步驟1、核桃品種采集及預(yù)處理

新疆和田、喀什和阿克蘇三個地區(qū)共取樣37個核桃樣品，每個樣品分別取15個核桃研磨至較細的粉末，最后呈核桃泥狀或粉狀，粉狀核桃粉過100目篩；磨好的核桃粉裝入自封袋進行下面實驗，實驗共計555個樣本；

步驟2、近紅外測定

樣品處理：將555個樣品每個樣品稱取核桃粉5g，制成圓形餅狀，直徑為42mm，厚度約為4.5mm，以待紅外光譜測定；

步驟3、中紅外測定

樣品處理：將555個樣品每個以1:100的比例稱取核桃粉5mg及光譜級kbr500mg，同時放入研缽中研磨至極細粉末，混合均勻，稱取其中150mg用壓片機制成一定直徑和厚度的薄片，進行紅外光譜測定，同時以純kbr片作為對照；

步驟4、元素測定

微波消解：將上述研磨的37個樣品的核桃粉分別混合，每個樣品取0.1g，重復(fù)三次取樣，共計111個樣本，置于微波消解儀中，加入2ml濃硝酸，采用程序升溫進行消解，將消解得到的液體轉(zhuǎn)移到25ml容量瓶中，用蒸餾水定容；

icp-oes測定：用icp-oes儀器依次測定核桃樣品的礦物元素含量，包括mo、zn、pb、ni、ba、fe、mn、mg、ca、cu、sr、na、k元素。

步驟5、數(shù)據(jù)處理

進行近紅外和中紅外實驗時，每個樣品的核桃每個取15個樣本磨粉后提取光譜值，其中十個作為建模集，剩余五個作為預(yù)測集；使用matlab2010b軟件中pls工具箱中進行紅外光譜數(shù)據(jù)處理，經(jīng)過snv平滑，采用plsda進行產(chǎn)地區(qū)分，對于核桃的礦物元素含量使用spss18.0單因素方差分析中的duncan式檢驗，p<0.05，對所得數(shù)據(jù)進行處理。

進一步，步驟2中光譜采集條件:溫度20～25℃，相對濕度25％～30％，掃描范圍4000-12000cm^-1；

測樣方式:①光譜儀開機需預(yù)熱30min，光譜采集要注意保持光源口與樣品的距離為2cm，并要垂直照射；②分別對每一核桃制好的圓餅狀核桃粉進行30次掃描，結(jié)果取平均值；③每隔30min需進行一次背景測試，背景掃描次數(shù)為40次。

進一步，步驟3中光譜采集條件：采用透射掃譜，掃描范圍400-4000cm^-1、分辨率為4cm^-1；

測樣方式:①打開光譜儀，測定純kbr壓片的圖譜作為背景；②將上述制好的樣品薄片依次測定，每個樣品設(shè)定掃描次數(shù)為30次，最后得到平均光譜。

進一步，步驟4中所述程序升溫具體為：功率為162w的前提下，從初始溫度25℃經(jīng)過15min升到180℃，再保持10min。

進一步，步驟5中近紅外波數(shù)在4000-12000cm^-1，中紅外波數(shù)在4000-400cm^-1。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明的研究結(jié)果表明：近紅外區(qū)分效果非常好，喀什地區(qū)和阿克蘇地區(qū)的建模集和預(yù)測集的區(qū)分準確率均為100％，和田地區(qū)建模集和預(yù)測集的區(qū)分準確率高達99％以上；中紅外的區(qū)分準確率較高，其中新豐、新2、扎343等品種區(qū)分準確率高達100％；同一品種核桃元素含量在地域間存在顯著差異，新2、溫185等品種的ca、na等元素均有顯著差異。以上結(jié)果表明，利用近紅外、中紅外和元素分析對核桃產(chǎn)地進行溯源具有很好的區(qū)分效果。這三種方法能夠用于核桃產(chǎn)地溯源研究，為核桃產(chǎn)地溯源技術(shù)的應(yīng)用與推廣提供理論依據(jù)。

附圖說明

圖1是核桃近紅外漫反射光譜圖；

圖2是核桃中紅外透射光譜圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方案對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步詳細地說明。

1材料與方法

1.1核桃品種和產(chǎn)地

本研究核桃來自新疆和田、喀什和阿克蘇三大地區(qū)，主要品種包括：溫185、扎343、新豐、新新2號、新2等。各個核桃品種及地區(qū)分布詳見表1核桃采樣地域和樣品信息，三個地區(qū)共取樣37個核桃樣品，每個樣品分別取15個核桃研磨至較細的粉末，因核桃仁內(nèi)含有大量油脂，最后呈核桃泥狀或粉狀，粉狀核桃粉可過100目篩。磨好的核桃粉裝入自封袋進行下面實驗，實驗共計555個樣本。研究采用近紅外、中紅外光譜分析及元素測定分析三種技術(shù)對新疆核桃進行產(chǎn)地溯源。

表1核桃采樣地域和樣品信息

1.2儀器和設(shè)備

傅立葉變換近紅外(vector22/nspectralanalyser，美國bruker公司)、傅立葉紅外光譜分析儀(nicoletir200ft-ir，美國thermo公司)、微波消解系統(tǒng)(e-thost，意大利萊佰泰科公司)、電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(icp-oes)(optima8000，美國perkinelmer公司)。

1.3近紅外測定

樣品處理：將555個樣品每個稱取核桃粉5g，制成圓形餅狀，直徑為42mm，厚度約為4.5mm，以待紅外光譜測定。

光譜采集條件:溫度20～25℃，相對濕度25％～30％，掃描范圍4000-12000cm^-1。

測樣方式:①光譜儀開機需預(yù)熱30min，光譜采集要注意保持光源口與樣品的距離為2cm左右，并要垂直照射；②分別對每一核桃制好的圓餅狀核桃粉進行30次掃描，結(jié)果取平均值；③每隔30min需進行一次背景測試，背景掃描次數(shù)為40次。

1.4中紅外測定

樣品處理：將555個樣品每個以1:100的比例稱取核桃粉5mg及光譜級kbr500mg，同時放入研缽中研磨至極細粉末，混合均勻，稱取其中150mg用壓片機制成一定直徑和厚度的薄片，進行紅外光譜測定。同時以純kbr片作為對照。

光譜采集條件：采用透射掃譜，掃描范圍400-4000cm^-1、分辨率為4cm^-1。

1.5元素測定

微波消解：將上述研磨的37個樣品的核桃粉分別混合，每個樣品取0.1g左右，重復(fù)三次取樣，共計111個樣本，置于微波消解儀中，加入2ml濃硝酸，采用程序升溫(功率為162w的前提下，從初始溫度25℃經(jīng)過15min升到180℃，再保持10min)進行消解，將消解得到的液體轉(zhuǎn)移到25ml容量瓶中，用蒸餾水定容。

icp-oes測定：用icp-oes儀器依次測定核桃樣品的礦物元素含量，包括mo、zn、pb、ni、ba、fe、mn、mg、ca、cu、sr、na、k元素。

1.6數(shù)據(jù)處理

進行近紅外(波數(shù)在4000-12000cm^-1)和中紅外(波數(shù)在4000-400cm^-1)實驗時，每個樣品的核桃每個取15個樣本磨粉后提取光譜值，其中十個作為建模集，剩余五個作為預(yù)測集；使用matlab2010b軟件中pls工具箱中進行紅外光譜數(shù)據(jù)處理，經(jīng)過snv平滑，采用plsda進行產(chǎn)地區(qū)分。對于核桃的礦物元素含量使用spss18.0單因素方差分析中的duncan式檢驗(p<0.05)對所得數(shù)據(jù)進行處理。

2結(jié)果與分析

2.1近紅外

2.1.1近紅外光譜

圖1是和田地區(qū)扎343品種(14-3)核桃樣本的近紅外光譜圖，橫坐標表示波數(shù)，波數(shù)范圍是4000-12000cm^-1，縱坐標表示吸光度。由圖1可以看出，核桃的近紅外吸收光譜峰值較好，在波數(shù)為5169cm^-1、5674cm^-1、5824cm^-1、8281cm^-1這幾個波段有較明顯的吸收峰，吸收率分別為0.32244、0.27375、0.34242、-0.17368。

2.1.2近紅外對新疆三大產(chǎn)地核桃區(qū)分結(jié)果

表2是plsda方法基于核桃近紅外區(qū)域(4000-12000cm^-1)的光譜值對新疆不同產(chǎn)區(qū)(和田、喀什、阿克蘇)的核桃進行區(qū)分，從表2可以看出，plsda方法對三個產(chǎn)地的核桃區(qū)分效果非常好，建模集和驗證集的平均區(qū)分準確率都高于99％。其中和田地區(qū)建模集共有170個樣品，區(qū)分準確率為99.4％，預(yù)測集共有84個樣品，區(qū)分準確率為98.8％；喀什地區(qū)建模集共有80個樣品，區(qū)分準確率為100％，預(yù)測集共有40個樣品，區(qū)分準確率為100％；阿克蘇地區(qū)建模集共有118個樣品，區(qū)分準確率為100％，預(yù)測集共有59個樣品，區(qū)分準確度為100％。三個地區(qū)的建模集平均區(qū)分準確率為99.8％預(yù)測集平均區(qū)分準確率為99.6％。

表2近紅外在pls數(shù)據(jù)處理后三個產(chǎn)地的平均區(qū)分準確率

使用plsda方法分別基于五個不同品種(溫185、扎343、新新2號、新豐、新2)核桃近紅外區(qū)域(4000-12000cm^-1)的光譜值對和田、喀什、阿克蘇的核桃進行區(qū)分。由表3可知，各品種三個產(chǎn)區(qū)的建模集和預(yù)測集的平均區(qū)分準確度也很高。扎343、新新2號、新2建模集和預(yù)測集的平均區(qū)分準確率均達到100％，溫185和新豐的平均區(qū)分準確率相對較差一些，但也均達到90％以上。其中溫185建模集的平均區(qū)分準確率為90.5％，預(yù)測集為90.8％，新豐建模集平均區(qū)分準確率為98.3％，預(yù)測集為96.7％。

表3近紅外在pls數(shù)據(jù)處理后五個品種各個產(chǎn)地的平均區(qū)分準確率

2.2中紅外

2.2.1中紅外光譜

圖1是阿克蘇地區(qū)新2品種(36-6)核桃樣本的近紅外光譜圖，橫坐標表示波數(shù)，波數(shù)范圍是400-4000cm^-1，縱坐標表示透射率。由圖2可以看出，核桃的中紅外透射光譜峰值較好，其中在波數(shù)為2370cm^-1左右時產(chǎn)生純kbr的峰，透射光譜率為21.9％；在721cm^-1、1170cm^-1、1470cm^-1、1570cm^-1、1650cm^-1、1750cm^-1、2860cm^-1、2940cm^-1、3430cm^-1等波段均有顯著峰值，分別對(-ch2-)n,(n>4)、c-o、ch3/ch2、-nh2、c＝c、r-cooh、ch3/ch2、ch2、-oh等官能團有吸收，且透射光譜率分別為27.9％、11.5％、13.9％、18.6％、14.3％、3.28％、4.68％、1.92％、13.5％。

2.2.2中紅外對新疆三大產(chǎn)地核桃區(qū)分結(jié)果

使用plsda方法基于核桃中紅外區(qū)域(400-4000cm^-1)的光譜值對新疆不同產(chǎn)區(qū)(和田、喀什、阿克蘇)的核桃進行區(qū)分，由表4可以看出，中紅外測定的結(jié)果經(jīng)plsda方法處理對三個產(chǎn)地的區(qū)分效果較好，但比近紅外的區(qū)分效果稍差一些。其中和田地區(qū)建模集區(qū)分準確率為91.8％，預(yù)測集85.7％；喀什地區(qū)建模集區(qū)分準確率為98.7，預(yù)測集97.5％；阿克蘇地區(qū)建模集區(qū)分準確率為79.2％，預(yù)測集為76.7％。

表4中紅外在pls數(shù)據(jù)處理后三個產(chǎn)地的平均區(qū)分準確率

使用plsda方法分別基于五個不同品種(溫185、扎343、新新2號、新豐、新2)核桃中紅外區(qū)域(400-4000cm^-1)的光譜值對三大產(chǎn)區(qū)(和田、喀什、阿克蘇)的核桃進行區(qū)分。從表5可知，5個品種分別對三個產(chǎn)地的區(qū)分效果較好，均高于三個產(chǎn)地總體的平均區(qū)分準確率，說明品種與品種之間的差異對產(chǎn)地的區(qū)分準確率有一定的影響，排除品種因素影響的單一品種的區(qū)分準確率更高。扎343、新2建模集和預(yù)測集的平均區(qū)分準確率均達到100％，其他地區(qū)三個產(chǎn)地的平均區(qū)分準確度也均達到90％以上。其中新豐建模集的三個地區(qū)區(qū)分準確率為100％，預(yù)測集也高達96.7％,區(qū)分效果很好；溫185建模集平均區(qū)分準確度為95.6％，預(yù)測集平均區(qū)分準確率為91％；新新2號建模集平均區(qū)分準確度為97.5％，預(yù)測集平均區(qū)分準確率為90％。

表5中紅外在pls數(shù)據(jù)處理后五個品種各個產(chǎn)地的平均區(qū)分準確率

2.3元素測定

核桃中含有很多人體所需要的重要的元素，營養(yǎng)豐富。經(jīng)實驗測定，核桃中含有的主要元素有mo、zn、ca、k、na、mg，還含有少量的fe、mn，pb、cu、ni、ba等重金屬元素含量很少。同一品種不同產(chǎn)地的核桃所含礦物元素有顯著差異，產(chǎn)地對核桃的礦物元素含量有影響。從表6可以看出，新2品種中，mo元素三個產(chǎn)地均有顯著差異，其中和田地區(qū)敕勒縣和阿克蘇地區(qū)阿拉爾市與阿克蘇地區(qū)庫車縣差異顯著；ca元素和田地區(qū)敕勒縣和阿克蘇地區(qū)庫車縣和阿拉爾市均有顯著差異；na的三個產(chǎn)地之間的差異均很大；k元素和田地區(qū)和阿克蘇地區(qū)存在顯著差異。由以上結(jié)果可以看出，同一品種核桃的元素含量在不同地域中差異顯著。

表6新2品種所含元素測定的方差分析結(jié)果