基于PLS法近紅外光譜技術(shù)對(duì)鹿血真?zhèn)舞b別的研究

尹冬冬

(黑龍江省野生動(dòng)物研究所，哈爾濱 150081)

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基于PLS法近紅外光譜技術(shù)對(duì)鹿血真?zhèn)舞b別的研究

尹冬冬

(黑龍江省野生動(dòng)物研究所，哈爾濱 150081)

通過鹿血和偽劣鹿血近紅外光譜區(qū)的分析，選擇近紅外光譜7500～4500cm-1信息段作為分析對(duì)象。使用PLS法建立鹿血真?zhèn)巫R(shí)別模型，其模型在定標(biāo)集鹿血樣本和外部未知鹿血樣本準(zhǔn)確率分別達(dá)到100%和93.3%。

鹿血；近紅外；鑒別

鹿血系梅花鹿(CervusnipponTemmink )或馬鹿(CervuselaphusLinnaeus)的血液，系名貴中藥材[1]。由于在醫(yī)藥和保健上鹿血產(chǎn)品具有良好的效果，在各地的市場上，出現(xiàn)銷售假冒偽劣鹿血的現(xiàn)象。在目前的情況下，主要以感官評(píng)價(jià)和DNA鑒別鹿血真?zhèn)?。感官評(píng)價(jià)雖然具有速度快的優(yōu)勢，但人為因素和外部環(huán)境因素對(duì)感官評(píng)價(jià)的客觀性結(jié)果具有很大影響。DNA測定法雖然具有高精度無損檢測方法的優(yōu)點(diǎn)，但由于需要長時(shí)間的測定，成本高的原因，不利于快速測定的推廣。近紅外光譜分析技術(shù)是基于有機(jī)分子的近紅外吸收，從樣品的背景變化中提取弱信息的技術(shù)[2]，是一種速度快、無損和再現(xiàn)性好等優(yōu)勢[3]，已逐漸從農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用推廣到了食品[4]、制藥[5]和化學(xué)[6]等許多領(lǐng)域。本試驗(yàn)利用PLS法結(jié)合NIR技術(shù)建立了鹿血真?zhèn)蔚淖R(shí)別模型，能夠通過PLS鹿血判別模型進(jìn)行快速檢測鹿血真?zhèn)?。將在鹿血的生產(chǎn)、產(chǎn)品的流通和消費(fèi)環(huán)節(jié)中得到廣泛應(yīng)用。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)材料和儀器

試驗(yàn)采用的偽劣鹿血通過測定購自市場，鹿血購自南岔養(yǎng)鹿場和東寧養(yǎng)鹿場。

1.2儀器與設(shè)備

JD500-2型電子天平(廣州航信科學(xué)儀器有限公司)；精密電子天平AB204-N(上海世義精密儀器有限公司)；DA7200近紅外分析儀(瑞典波通瑞華科學(xué)儀器公司)。

1.3試驗(yàn)方法

1.3.1鹿血樣本的處理。定標(biāo)集樣本為80個(gè)鹿血樣品(馬鹿與梅花鹿各40個(gè)樣本)和40個(gè)偽劣鹿血樣本，驗(yàn)證集樣本鹿血樣本為30個(gè)和偽劣鹿血樣本為15個(gè)。

1.3.2近紅外光譜的采集。樣品的近紅外光譜的采集在波通瑞華科學(xué)儀器公司的近紅外分析儀DA7200上進(jìn)行，采集模式吸收光譜。

1.3.3PLS法建立模型。選2留1法選取鹿血n個(gè)樣本，其他偽劣鹿血n個(gè)，其中定義值1的為鹿血，定義值-1的為其他偽劣鹿血，采用內(nèi)部交叉驗(yàn)證的方法(RMSECV)，通過PLS法進(jìn)行定性分析，建立鹿血真?zhèn)蔚亩ㄐ耘袆e模型。以中間值0為絕對(duì)閥值進(jìn)行分析判別鹿血的真?zhèn)?，其中通過PLS模型的計(jì)算，數(shù)值>0的樣本為純正鹿血，數(shù)值<0的樣本為偽劣鹿血。

1.3.4PLS模型的驗(yàn)證。采用定標(biāo)集以外的外部未知樣品，應(yīng)用建好的PLS定性分析模型進(jìn)行識(shí)別樣品的種類，確定PLS定性分析模型識(shí)別種類的準(zhǔn)確率。

1.3.5數(shù)據(jù)分析。采用軟件Unscrambler95(CAMO，OLSO，挪威)進(jìn)行PLS定性分析模型的建立，包括分析近紅外光譜的預(yù)處理方法和對(duì)外部未知樣品的鑒定等。

2　結(jié)果與討論

2.1樣本近紅外光譜的獲得

使用DA7200近紅外光譜儀(波通瑞華科學(xué)儀器公司)采集模式進(jìn)行掃描，同時(shí)得到樣品近紅外光譜120個(gè)(馬鹿血與梅花鹿血各40個(gè)樣本和40個(gè)偽劣鹿血樣本)。由圖1可以看出鹿血和偽劣鹿血的近紅外光譜帶具有相同類似特征，但是它們有明顯區(qū)別的譜帶圖形和相對(duì)強(qiáng)度。由近紅外光譜圖可以看出鹿血近紅外光譜區(qū)間7500～4500cm-1這段具有信息含量豐富的吸收峰。因此選擇信息量相對(duì)豐富的7500～4500cm-1信息段作為定性分析的對(duì)象。

圖1　鹿血樣本近紅外光譜

2.2PLS法建立模型

2.2.1光譜預(yù)處理方法的選擇。為了減少光譜噪音，粒子散射和對(duì)校準(zhǔn)非線性因素譜移的影響。同時(shí)在最大保留樣品的近紅外光譜之間由于與濃度線性變化，實(shí)驗(yàn)中采用SNV、FD和SNV+FD預(yù)處理方法對(duì)原始光譜進(jìn)行預(yù)處理，通過比較原始光譜和不同的預(yù)處理方法建模的效果。結(jié)果表明，在SNV+FD預(yù)處理的光譜的相關(guān)性得到改善的最好，采用SNV+FD預(yù)處理結(jié)果建模的光譜成效最好(表1)。

表1　不同光譜預(yù)處理方法對(duì)模型的影響

2.2.2PLS模型對(duì)于定標(biāo)集的預(yù)測分析。定標(biāo)集中的鹿血樣本賦值為1，偽劣鹿血賦值為-1，利用PLS模型對(duì)于定標(biāo)集樣本進(jìn)行預(yù)測見圖2，發(fā)現(xiàn)鹿血樣本和偽劣鹿血樣本都具有很好的聚類趨勢。其中鹿血樣本均在0值上方聚為一類；而偽劣鹿血樣本均在0值下方聚為一類。說明可以用-l和1的平均值0作為識(shí)別鹿血和偽劣鹿血的絕對(duì)閾值，并且PLS模型對(duì)定標(biāo)集樣本識(shí)別準(zhǔn)確率為100%。

圖2　PLS模型對(duì)于定標(biāo)集的預(yù)測效果

2.2.3PLS模型對(duì)于未知樣本的判別效果。為了驗(yàn)證PLS定性分析模型對(duì)于未知鹿血樣本的識(shí)別適用性，采用45個(gè)PLS模型外未知樣本對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證，其中鹿血樣本30個(gè)，偽劣鹿血樣本15個(gè)，利用PLS模型進(jìn)行結(jié)果預(yù)測，根據(jù)模型的計(jì)算值對(duì)未知樣本進(jìn)行分類，其中<0的為偽劣鹿血，>0的為鹿血識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)，45個(gè)樣本中有2個(gè)鹿血的樣本被錯(cuò)誤的識(shí)別為偽劣鹿血樣本，有1個(gè)偽劣鹿血樣本被錯(cuò)誤的識(shí)別為鹿血樣本，其余樣本均識(shí)別正確，識(shí)別的準(zhǔn)確率達(dá)到了93.3%，說明了利用近紅外光譜結(jié)合PLS模型進(jìn)行鹿血真?zhèn)巫R(shí)別的可靠性(表2)。

表2　PLS模型對(duì)于未知樣本的判別效果

3　結(jié)論

在本實(shí)驗(yàn)中，通過鹿血和偽劣鹿血近紅外光譜區(qū)的分析，選擇近紅外光譜7500～4500cm-1信息段作為分析對(duì)象。使用PLS法建立鹿血真?zhèn)巫R(shí)別模型，其模型在定標(biāo)集鹿血樣本和外部未知鹿血樣本準(zhǔn)確率分別達(dá)到100%和93.3%。結(jié)果表明，利用PLS法結(jié)合近紅外光譜鑒別鹿血真?zhèn)问强尚械?，該方法簡單快捷。如果增加鹿血的樣本?shù)，并通過鹿血主要成分含量，建立定量分析模型，鑒別精度有望進(jìn)一步提高。

[1]中華人民共和國藥典.一部[M].北京：中國醫(yī)藥科技出版社,2000:264-265.

[2]嚴(yán)衍錄,趙龍蓮,韓東海,等.近紅外光譜分析基礎(chǔ)與應(yīng)用[M].北京：中國輕工業(yè)出版社,2005:1-9.

[3] 陳華才．近紅外光譜在藥物領(lǐng)域的應(yīng)用與研究進(jìn)展[J]．中國計(jì)量學(xué)院學(xué)報(bào)，2003(9)：261-267.

[4] 張寧, 張德權(quán),李淑榮,等.近紅外光譜定性分析技術(shù)在食品安全中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].食品科技,2008(8):218-221.

[5] 劉荔荔,相秉仁，盛龍生，等.近紅外漫反射光譜可視化褶合指紋譜對(duì)中藥材的定性鑒別[J].中國藥科大學(xué)學(xué)報(bào),2003(2) ：105-108.

[6] 陸婉珍,袁洪福,徐廣通.現(xiàn)代近紅外光譜分析技術(shù)[M].北京：中國石化出版社,2000：122-124.

2016-05-12

黑龍江省森工總局青年基金項(xiàng)目(sgzjQ2013002)

尹冬冬(1984-)，女，助理研究員，碩士研究生，從事野生動(dòng)物研究，E-mail: 853599859@qq.com。

R282.5

A

DOI.:10.13268/j.cnki.fbsic.2016.05.007