大米產(chǎn)地特征因子及溯源方法研究.pdf

1、食品產(chǎn)地溯源技術(shù)是保護地理標志產(chǎn)品的重要技術(shù)支撐之一。食品產(chǎn)地溯源的有效方法是選擇能夠表征地域信息的特征因子,并通過化學(xué)計量學(xué)方法分析其“指紋”特征,從而識別食品的原產(chǎn)地。為探索特征因子的有效選擇方法,分析不同指紋圖譜技術(shù)在大米產(chǎn)地溯源中的可行性,本研究利用電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)、近紅外光譜、高效液相色譜和離子色譜等技術(shù),檢測了不同產(chǎn)地大米中礦物元素、有機組分、陰離子的含量以及產(chǎn)地土壤中礦物元素和陰離子的含量,結(jié)合多元統(tǒng)計

2、學(xué)方法,系統(tǒng)研究了不同產(chǎn)地大米的特征屬性,建立了多種大米產(chǎn)地的溯源方法。
　　1.利用ICP-MS和原子吸收分光光度計測定了四產(chǎn)地大米樣本中Mg、K、Ca、Na、Be、Mn、Ni、Cu、Cd、Fe、Al、Cr、Zn、Sb和Pb共15種元素含量以及其產(chǎn)地土壤中交換態(tài)Mg、K、Ca、Na、Mn,有效態(tài)Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb、Fe,全態(tài)Be、Al、Sb、Pb含量和pH值。結(jié)果表明,大米中Mg、K、Ca、Na、Be、Mn

3、、Ni、Cu和Cd9種元素的含量在不同產(chǎn)地之間有顯著差異,土壤中17種礦物元素含量及pH在不同產(chǎn)地間均有顯著差異,大米中Mg、K、Ca、Na、Be、Mn、Ni、Cu、Cd、Pb含量與土壤元素存在顯著相關(guān)性。利用大米中Mg、K、Ca、Na、Be、Mn、Ni、Cu和Cd9元素含量建立的產(chǎn)地溯源方法準確度高于全部元素,線性判別方法對大米產(chǎn)地的檢驗判別正確率為100％,交叉檢驗判別正確率為93.8%。對大米中15種元素的R型系統(tǒng)聚類分析結(jié)果表明

4、:Mg、Cu、K、Ni、Be、Mn和Ca7種元素聚為一類,具有較顯著的共同特征,均與土壤中元素分布顯著相關(guān),是合適的產(chǎn)地鑒別元素。
　　2.利用近紅外光譜和模式識別技術(shù)建立了大米產(chǎn)地的快速鑒別方法。大米的近紅外光譜經(jīng)過一階導(dǎo)數(shù)和平滑處理后,利用主成分分析法(PCA)對數(shù)據(jù)進行了降維。通過前三個主成分的載荷圖確定了與產(chǎn)地相關(guān)性較大的特征波段為7700~6700 cm-1與5700~4300 cm-1。在全波段內(nèi),凝聚層次聚類和線性判

5、別鑒別方法都可以100%正確的鑒別響水大米和非響水大米;對于非響水地區(qū)大米的具體產(chǎn)地判別,聚類分析正確率為91.9%,線性判別分析的總體正確率為96.7%。利用特征波段,凝聚層次聚類和線性判別鑒別方法都可以100%正確的鑒別響水大米和非響水大米;對于非響水地區(qū)大米的具體產(chǎn)地判別,聚類分析正確率為95.7%,線性判別分析的總體正確率為91.6%。證實了特征波段是大米產(chǎn)地溯源的有效波段。
　　3.利用《中藥指紋圖譜相似度評價系統(tǒng)》分析

6、了大米的乙酸乙酯提取物液相色譜數(shù)據(jù),建立了由75個指紋峰和18個共有峰組成的響水大米指紋圖譜,其中7、10、11和14號共有峰分別為沒食子酸、鄰苯二酸、對羥基苯甲酸和阿魏酸。利用該指紋圖譜對大米樣本進行分析,以相似度為0.9為標準,可以準確判別響水大米和非響水大米。
　　大米乙酸乙酯提取物液相色譜數(shù)據(jù)的主成分分析結(jié)果表明,保留時間在40.66 min,5.39 min,22.06 min,39.66 min等色譜峰是分析大米產(chǎn)地的

7、重要色譜峰。逐步線性判別分析結(jié)果表明,利用所篩選的23個特征峰建立判別方程,對大米產(chǎn)地的判別正確率為100%,交叉驗證的正確率為97.7%;保留時間為22.06 min,38.00 min,40.66 min,35.93 min,17.87 min和5.39 min的特征峰對于產(chǎn)地判別起到主要作用,與主成分分析的結(jié)果較為一致。利用逐步多元線性回歸分析,篩選了22個特征峰建立大米產(chǎn)地的預(yù)測方程。產(chǎn)地判別正確率為100%,標準殘差為0.69

8、9。與逐步判別分析篩選的特征峰結(jié)果相比較,除保留時間為44.97 min的色譜峰外,其余特征色譜峰的選擇一致。利用逐步多元線性回歸分析確定的22個特征峰數(shù)據(jù)進行K最近鄰近分析,k=2時對于大米產(chǎn)地的鑒別正確率最高,總體正確率為96.9%。進一步證實,上述方法確定的特征峰在產(chǎn)地溯源分析方面是非常有效的。
　　4.利用離子色譜法分析了四個產(chǎn)地大米和土壤中F-、Cl-、NO2-,NO3-和SO42-含量,結(jié)果表明,大米中F-、Cl-、N

9、O2-和NO3含量在四產(chǎn)地間存在顯著性差異,-大米中F-、Cl-、NO2-,NO3-和SO42-含量與土壤中陰離子含量均存在顯著相關(guān)性,具有較強的原產(chǎn)地特征。利用大米中F-、Cl-、NO2-,NO3-和SO42-含量建立的Bayls判別分析模型對產(chǎn)地的判別的回代檢驗正確率為100%,交叉檢驗正確率為96.9%,Q型系統(tǒng)聚類分析的正確率為81.3%。
　　從上述研究結(jié)果可以得出,通過大米中礦物元素、有機成分和陰離子的產(chǎn)地特征因子,結(jié)