一种快速检测蜂王浆水分和蛋白质含量的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及蜂王浆品质的快速检测方法，具体地，是利用蜂王浆中红外光谱与蜂 王浆水分和蛋白质之间的数学模型对水分和蛋白质的含量进行测定的方法。
【背景技术】
[0002] 蜂王浆（Royal Jelly)又名蜂皇浆，蜂皇乳等，是蜂群中工蜂的舌腺以及上颚腺等 腺体分泌的具有复杂化学成分的乳状物质，是供给将要变成蜂王的幼虫的食物，也是蜂王 终身的食物。国内外大量的研宄表明，蜂王浆中含有丰富的活性物质，是适宜人类的天然保 健食品，具有抗菌消炎、抗肿瘤、免疫调节、抗氧化、调节血压血脂等作用。
[0003] 蜂王浆中水分和蛋白质的含量都是评价其品质的重要指标，蛋白质又是影响蜂王 浆生物活性的主要物质之一。经研宄表明，蜂王浆中水分的含量大约占60%~70%，蛋白 质的含量大约在10%~18%。由于蛋白质很容易受到环境的影响而变性降解，因此也可以 根据蜂王浆中蛋白质含量的变化对蜂王浆的新鲜度进行评价监控。
[0004] 目前，测定蜂王浆中水分的方法主要采用的是传统的减压干燥法如中华人民共和 国国家标准GB9697-2008。
[0005] 测定蜂王浆中蛋白质的测量方法主要是中华人民共和国国家标准GB9697-2008 的凯氏定氮法，在进行蛋白质含量的测定时使用的是全自动凯氏定氮仪。
[0006] 上述方法在测定蛋白质含量前需要使用高浓度的酸和高温对样品进行消化，并需 要配置大量的溶液，复杂的操作过程不仅会增加了检测人员的工作量还会降低了实验结果 的准确性。
[0007] 到目前为止，还尚未找到一种能够快速测定蜂王浆中水分和蛋白质含量的方法。 因此，本领域迫切需要提供一种能够简单、快速、有效测定蜂王浆中水分和蛋白质含量的新 方法。
[0008] 中红外光谱（mid-infrared spectroscopy)与近红外光谱一样，都是近些年快速 发展起来的一种光谱技术，可以提供有机分子的分子振动信息。中红外光谱的波长范围是 600~4000CHT 1，所检测到的主要是含氢基团X-H振动强烈基频吸收，比近红外的检测限的 要好1~2个数量级，同时信息量相对较大并且谱峰重叠没有近红外区严重，所以能表达样 品更加丰富的信息，更适合做物质的定量分析。目前，中红外光谱技术已经广泛应用到了各 个领域，其中包括药物、医学、食品等进行物质成分含量测定。但是，在蜂王浆的品质测定 中，还尚未得到有效的应用。水分和蛋白质的物质结构主要包括〇-H、N-H和C-H，因此从理 论上讲，中红外光谱技术也可以用于蜂王浆中水分和蛋白质含量的分析。
[0009] 目前还没有将中红外光谱技术应用于蜂王浆水分和蛋白质含量的检测的文献，本 方法是蜂王浆水分和蛋白质含量的预测中的首次应用。
【发明内容】
[0010] 为了解决蜂王浆水分和蛋白质含量检测方法操作复杂、耗时、耗力的缺点，本发明 提供了一种利用中红外光谱技术与偏最小二乘原理相结合的快速测定蜂王浆水分和蛋白 质含量方法。
[0011] 本发明的第一目的是提供一种建立蜂王浆水分和蛋白质定量模型的方法，该方法 包括以下步骤：
[0012] 1)用现有方法测定蜂王浆样品水分和蛋白质含量；
[0013] 2)建立蜂王浆样品的中红外光谱数据库：用傅里叶变换中红外光谱仪对蜂王浆 样品进行扫描，每个样品扫描3次，取平均值；
[0014] 3)光谱预处理方法以及最优建模波段的选择；
[0015] 4)通过最优参数建立水分和蛋白质的定量模型。
[0016] 上述方法中：
[0017] 所述步骤1)中：
[0018] 现有方法为国家标准GB9697-2008的减压干燥法和凯氏定氮法测定水分和蛋白 质含量。
[0019] 步骤2)中红外光谱数据库的建立方法中：中红外光谱的扫描范围是600~ ^OOcnT 1，分辨率为4CHT1，扫描次数为32次。
[0020] 所述步骤3)的具体步骤为：将蜂王浆的中红外光谱图和水分、蛋白质含量导入光 谱处理软件中，利用偏最小二乘回归分析原理和留一交叉检验法建立水分和蛋白质含量的 预测模型，根据模型的性能指数选择出最佳的光谱预处理方法和最佳的光谱建模波段。
[0021] 优选地，该方法包括以下步骤：
[0022] 1)样品水分和蛋白质含量测定：蜂王浆的样品直接从蜂场采集而来，放在冰箱中 进行保存，实验前将蜂王浆解冻并回复至室温，搅拌均匀后，根据国家标准GB9697-2008进 行蜂王浆水分和蛋白质含量的测定；
[0023] 2)样品光谱数据库建立：设置中红外光谱仪的检测参数，扫描范围为600~ 4000CHT 1，分辨率4CHT1，扫描次数为32次，对步骤1)解冻并回复至室温的蜂王浆样品进行 光谱扫描，每个样本进行多次光谱采集，取平均光谱作为单个样品的光谱，建立样品光谱数 据库；
[0024] 3)鉴别模型建立：将步骤1)所得的样品的水分和蛋白质含量以及步骤2)所得的 光谱数据导入OPUS 6. 5数据处理软件中，利用偏最小二乘回归分析原理和留一交叉检验 法建立水分和蛋白质含量的预测模型，根据模型的性能指数选择出最佳的光谱预处理方法 和最佳的光谱建模波段；
[0025] 4)模型性能的检验：将样本随机分成校正集和检验集，使用最佳的光谱预处理方 法和最佳的光谱波段对校正集和检验集分别进行模型的建立与预测，检验模型的性能。
[0026] 上述方法：
[0027] 步骤2)中：
[0028] 在光谱采集前，将样品搅拌均匀，首先进行以空气为背景的背景扫描，降低环境因 素对样品采集的影响，背景扫描一般间隔30min -次；
[0029] 步骤3)中的模型如下：
[0030] Y = X ? b
[0031] 其依据的是偏最小二乘原理和留一法交叉检验法，模型的原理如下：
[0032] 偏最小二乘法是根据m个（Xi，x2，x3，???? xm)自变量与p个（y^y^yf. yp)因变 量的关系所建立的，这里X和Y关于检验函数b相关；
[0033] 其中Y是蜂王浆的水分和蛋白质含量值为Y ;
[0034] 矩阵X是指为蜂王浆样品的中红外光谱图；
[0035] b的确定，首先在自变量中集中提取第一成分tjxp x2, xf. xm的线性组合，且尽 可能多地提取原自变量集中的变异信息，在偏最小二乘法进行主成分提取时，由计算机自 动提取所有建模集样本中对回归模型贡献最大的一部分进行降维压缩，作为其建模的第一 主成分。
[0036] 同时，在因变量集中也提取第一成分Ul，并且要求^与u i的相关程度达到最大，然 后建立因变量yp….71)与t i的回归，如果方程已经达到满意的精度，则运算停止。
[0037] 否则继续进行第二成分的提取，知道达到满意的精度为止。若最终对自变量集提 取了 r个成分tpt2，…I偏最小二乘回归将通过建立yi，…，71)与七 1，…，仁的回归式， 然后在表示为yi，…，yp与原自变量的回归方程式：
[0038] 软件通过计算出未知值b，来建立定量模型。
[0039] 步骤4)模型性能的检验原理如下：
[0040] 先利用校正集的样品建立回归分析模型，得到偏最小二乘回归系数r，RMSEE和 RPD，然后再把所得到的方程用于检验集样本，得到回归方程在检验集样本点集合的相关系 数r，RMSEP和RPD。模型的性能由相关系数r，RMSEP和RPD决定，r值越接近1，RMSEP的 值越小，RPD的值大于2. 5,模型的准确度就会越高。
[0041] 在模型建立的过程中还采用留一法交叉检验对自身的进行准确率的检验，其原理 如下：
[0042] 留一交叉检验：在模型建立之前从这n样品中取出一个样品，利用剩下的n-1个样 品进行建模，用这一个样品进行进行模型的检验。之后分别取出第2,3,4,5,……，n个样 品，重复此操作，用于计算模型的准确率。
[0043] 本发明采用的偏最小二乘回归分析原理和留一交叉检验法的光谱预处理方法分 别为：减去一条直线，一阶导数，二阶导数，多元散射矫正和消除常数偏移量中的一种或两 种组合。
[0044] 本发明提供的蜂王浆水分和含量快速的测定方法，优点如下：
[0045] 1、本发明建立的模型：蜂王浆水分和蛋白质含量的测定方法主要是传统的方法， 不仅操作步骤复杂，耗时较长，因此影响实验的准确率的因素比较多，有些步骤还具有一定 的危险性。因此，需要发明一种可以对蜂王浆中水分和蛋白质含量进行快速测定的方法。中 红外光谱灵敏度较高，无需任何样品前处理，是近年来发展十分快速的一种检测技术。在进 行光谱测量时，每个实验样品进行多次扫描，而且30min进行一次背景光谱的扫描，可以有 效的减小实验的随机误差；在光谱的扫描过程中将光谱图中峰形有明显差异的剔除掉，将 每个样品的平均化光谱图作为原始光谱。
[0046] 2、对步骤的分解：
[0047] 检测原理是当红外光照射到有机分子时，分子的化学键或官能团可以发生振动吸 收，不同的化学键或官能团吸收的红外光的频率不同，在红外光谱上将体现出吸收峰的位 置和强度不同。在选择建模的最优光谱范围时，要根据物质结构对光