专利名称：基于主成份分析的葛粉掺假鉴别方法
技术领域：
本发明涉及红外光谱的鉴定方法，特别涉及葛粉掺假鉴别方法。
背景技术：
葛根为豆科植物葛(/^eraria lobata Ohwi)的根，是一种药、食两用的天然植物 资源。以葛根为原料生产的葛粉是一种优质的野生植物淀粉，不仅富含人体必需的各种氨 基酸和钙、铁、锌、硒等微量元素，还含有异黄酮、葛根素等物质，具有清热解毒、生津止渴等 功效。市场中的不法商贩为了赚取利润，在纯葛粉里大量地掺假诸如红薯粉、马铃薯粉等廉 价的薯类淀粉，妄图鱼目混珠、以假乱真。这无疑使消费者蒙受欺骗，市场信誉大打折扣。常 用的葛粉检测技术包括性状比较、显微镜比较以及液相色谱等。它们存在诸如淀粉之间性 质相似，无法精确检测；仪器操作复杂，价格不菲等缺点及限制。因此，葛粉交易市场迫切需 要一种快速、准确并且经济的真假鉴别技术。红外光谱(infrared spectroscopy, IRS)技术不仅能够对物质的化学结构作出 判定，而且能够建立样品的特征指纹图谱。并以其分析速度快，效率高；样品一般不需预处 理；分析成本低，无污染；便于在线分析；操作简便等优点，成为食品安全与质量控制领域 的研究热点。Gurdeniz G等利用纯橄榄油及其掺假样品的红外光谱，并结合主成分分析进 行鉴别。结果表明，当橄榄油中掺入葵花籽油、菜籽油、棉籽油的比例高于5%，掺假样品能 够被成功鉴别出来。Cozzolino D等对有机和非有机红酒进行常规理化检测以及中红外扫 描，并结合主成分分析进行区别。通过对比发现，有机红酒和非有机红酒在二维主成分分布 图中的分布区域存在差异，运用此法能够成功将二者区别开。Paradkar M M等结合傅里叶 转换和拉曼光谱对蜂蜜进行扫描，并通过主成分分析对蜂蜜中掺入甜菜糖和甘蔗糖进行鉴 别。结果表明，花蜜掺假样品能够被成功区分开，且正确识别率高于95%。Karoui R等在两 种不同品种的奶酪的中红外图谱中提取特征光谱段，结合主成分分析以及判别分析对样品 进行鉴别。结果表明，在特征光谱段2 800 3 OOOcnT1和900 1 500CHT1获得的准确识 别率分别为90. 9%和90.5%。目前，对于使用红外光谱鉴别葛粉真伪还未见报道。现有技术 中，葛根淀粉及其掺假产品的鉴别仅能依赖于各种植物淀粉的形态、大小、结构、组分、直链 和支链淀粉的比例以及支链淀粉中长链短链所占的比例等特性，还少有基于红外光谱分析 鉴定方法的研究。

发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于主成份分析的葛粉掺假鉴别方法，该 方法是通过对红外光谱的主成分分析实现的，其识别率高，操作简单。为实现上述目的，本发明的技术方案为
基于主成份分析的葛粉掺假鉴别方法，具体包括以下步骤
A、标准红外图谱的获取将葛粉或葛粉中掺入其他淀粉的淀粉组合物压片制成样 品，在波长范围为4000 500CHT1条件下进行中红外扫描，得标准红外图谱；B、标准主成份分析将步骤A所得标准红外图谱进行基线调整、平滑处理和矢量 归一化处理后进行主成份分析，并获得标准主成份得分；
C、判别分析将步骤B所得标准主成份得分进行判别分析，得判别函数；
D、掺假判断将待检测的未知样品进行红外图谱的获取和主成份分析，将其主成份分 析结果代入判别函数中，未知样品所得函数值最大者为对应组，进而葛粉掺假。 进一步，步骤A中，将葛粉或/和葛粉中掺入重量比为7:3、5:5、3:7及0 :10的 红薯淀粉/ 土豆淀粉的组合物分组压片制成样品，每组样品数> 5，在波长范围为4000 500cm-1条件下进行中红外扫描，得标准红外图谱；
进一步，步骤C中，将步骤B所得标准主成份得分进行Fisher判别分析，得下列判别函
数
葛粉中掺入红薯淀粉
f葛粉=_3.757 +8.731 + 1.290X3-0.0012;f红薯淀粉=0.970 +0 517 -0 041 -171.963f 30%掺假=0.641 -1.248X2-0.324XS-34. 801;f 50%掺假=0.503X!-1.982X2-0.164 -60.753;f 70%掺假=0.357X!-1.876 -0.180X359·225ο 葛粉中掺入马铃薯淀粉
葛粉=°·399 - 0.188X2 + 0.272X3 - 56.476;马铃薯淀粉=-0. 235X!+ 0. 124 + 0. 895X3 - 30. 67530%掺假=0.165 +0.035X2 -0.635 - 17.834;50%掺假=0.034X!-0.031 +0.824 - 18. 599;70%掺假=-0. 264Xi+0. 042X2+0. 549X3 - 24. 581 ；
其中，X1 ^X2和分别主成份得分依次排在前3位的主成份。本发明的有益效果在于本法将淀粉的红外光谱引入研究，通过结合化学计量分 析方法，得到一种操作简易、快速、准确的葛粉鉴别方法，其正确识别率为100%。


为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进 一步的详细描述，其中
图1为葛粉掺假红薯粉的红外图谱； 图2为葛粉掺假马铃薯粉的红外图谱； 图3为葛粉掺假红薯粉的主成分分析图； 图4为葛粉掺假马铃薯粉的主成分分析图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明的优选实施例进 行详细的描述。为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的优 选实施例进行详细的描述。
1材料与方法
1. 1实验材料及样品制备
葛粉一级，重庆钰峰生物制品有限责任公司(西南大学食品科学学院研制)；红薯淀 粉重庆市江北区石门两兄豆制品厂；马铃薯淀粉重庆金田农业开发有限公司。样品经烘 箱(105°C)干燥池，然后置于干燥器中冷却至室温。按表1经电子天平准精称取样品。共 制备样品110个，55个用于建模，45个用于验证。将样品粉末与溴化钾粉末按1: 50的比 例一起研磨，每次测定准确称取0. Ig进行压片，并测定红外光谱。表1葛粉与掺假葛粉的准备
I波粉( 样品数
葛根&薯 马钤薯+B1001 Λ9 η葛粉掺假红薯粉70I冊 ‘31) —‘y 135&5D —10 —3D？0 + — +12 —
O β.—.
2 ftM
912U
βυ βν βυ
3 5 7
I I I
6D . O
7CJ 3
粉 薯 铃 马
粉 葛
1.2实验仪器
Perkin-Elmer公司Spectrum GX傅里叶变换红外光谱仪，DTGS检测器，光谱分辨率4 cm—1，扫描范围4 000 400cm-1，扫描次数16次，扫描时即时去除水份和CO2的背景干扰。 采用红外光谱仪自带的Spectrum 2. 0操作软件采集及处理红外图谱。1.3数据处理
通过测定，得到样品粉末的红外光谱图。以样品为对象，以不同波数段及其吸光度为指 标。将原图谱数据以JCAMP-DX格式作为数据源导入Unscrambler 7. 8中进行主成分分析。 取得主成分得分值后，使用SPSS 16. 0软件进行判别分析。结果与分析
2.1葛粉与掺假葛粉的红外光谱比较
图1和图2中为三种淀粉的红外图谱无太大差异，均在观00 3100CHT1处出现了 -CH 的伸缩振动吸收峰；在3500 SOOOcnr1范围内出现了 -OH的伸缩振动吸收峰；在lOOOcnT1 左右出现糖环中C-C伸缩振动吸收峰；在1634 cnT1附近出现C=O或C=C的伸缩振动区。红 外光谱图综合反映出了三种淀粉组成成分的一些基本信息。可以看出，光谱吸收峰的峰形 和峰位都存在很大的相似性，因此需要结合多元统计分析对获得的红外光谱进行处理，以 建立葛粉及掺假葛粉的鉴别模型。
2. 2主成分分析
/ 1 (principal component analysis,
PCA)能将原始变量线性组合成一组
新的变量，即一组主成分，仅用部分主成分就可表达原有变量的主要信息。利用这一特性， 可实现红外光谱数据的线性降维投影显示，从而能直观地从二维或三维图象中观察到光谱 的主要特性和聚类情况。在葛粉和掺假葛粉样品中采集数据，共55组。将所得数据导入 Unscrambler 7. 8中进行主成分分析，做出样品的PC散点图。图3、4为葛粉与掺假假葛粉 的第1、第2主成分得分图。横坐标表示第1主成分的得分值，纵坐标表示第2主成分的得 分值。同时，对葛粉与掺假葛粉进行区域划分，得到样品各自的主成分二维分布图。可以看 出在以PCl和PC2为横、纵轴的图谱中，掺假葛粉与葛粉的分布区域相距较明显，且图3中 各样品内聚合度较好。通过主成分分析，得到55个样品的主成分的方差累计贡献率，如表2所示。葛粉 中掺假红薯粉和葛粉中掺假马铃薯粉的前5个主成分的累计贡献率都超过了 99%。说明前 5个主成分已经足够代表55个样品的重要信息。表2主成分的方差累计贡献率
权利要求
1.基于主成份分析的葛粉掺假鉴别方法，其特征在于，具体包括以下步骤A、标准红外图谱的获取将葛粉或葛粉中掺入其他淀粉的淀粉组合物压片制成样 品，在波长范围为4000 500CHT1条件下进行中红外扫描，得标准红外图谱；B、标准主成份分析将步骤A所得标准红外图谱进行基线调整、平滑处理和矢量 归一化处理后进行主成份分析，并获得标准主成份得分；C、判别分析将步骤B所得标准主成份得分进行判别分析，得判别函数；D、掺假判断将待检测的未知样品进行红外图谱的获取和主成份分析，将其主成份分 析结果代入判别函数中，未知样品所得函数值最大者为对应组，进而判断葛粉掺假。
2.根据权利要求1所述的基于主成份分析的葛粉掺假鉴别方法，其特征在于步骤A 中，将葛粉或/和葛粉中掺入重量比为7:3、5:5、3:7及0 :10的红薯淀粉/ 土豆淀粉的组合 物分组压片制成样品，每组样品数> 5，在波长范围为4000 500CHT1条件下进行中红外扫 描，得标准红外图谱。
3.根据权利要求2所述的基于主成份分析的葛粉掺假鉴别方法，其特征在于步骤C 中，将步骤B所得标准主成份得分进行Fisher判别分析，得下列判别函数葛粉中掺入红薯淀粉葛粉=_3.757 +8.731 + 1.290X3-0.0012;红薯淀粉=0.970 +0 517 -0 041 -171.96330%掺假=0.641 -1.248X2-0.324XS-34. 801;50%掺假=0.503X!-1.982X2-0.164 -60.753;70%掺假=0.357X!-1.876 -0.180X3-59.225 ；葛粉中掺入马铃薯淀粉f 葛粉=0. 399 - 0. 188 + 0. 272 - 56. 476;f 马铃薯淀粉=-0. 235X! + 0. 124 + 0. 895X3 - 30. 675;fsctt 掺假=0. 165 + 0. 035 - 0. 635 - 17. 834;f5o% 掺假=0. 034 - 0. 031 + 0. 824 - 18. 599;f7(W 掺假=-0. 264 + 0. 042X2 + 0. 549 - 24. 581 ；其中，X1 ^X2和\分别主成份得分依次排在前3位的主成份。
全文摘要
本发明涉及红外光谱的鉴定方法，特别涉及基于主成份分析的葛粉掺假鉴别方法，具体为将葛粉或葛粉中掺入其他淀粉的淀粉组合物压片制成样品，在波长范围为4000～500cm-1条件下进行中红外扫描，得红外线图谱；将所得红外线图谱进行基线调整、平滑处理和矢量归一化处理后进行主成份分析，并获得主成份得分；将所得主成份得分进行判别分析，从判别分析的结果中判断葛粉掺假，本法将淀粉的红外光谱引入研究，通过结合化学计量分析方法，得到一种操作简易、快速、准确的葛粉鉴别方法，其正确识别率为100%。
文档编号G01N21/35GK102087212SQ20101055925
公开日2011年6月8日 申请日期2010年11月25日 优先权日2010年11月25日
发明者刘嘉, 明建, 李峰, 赵国华, 陈嘉 申请人:西南大学