一种快速判断水果产地的检测方法
技术领域
本发明涉及一种快速判断水果产地的检测方法。
背景技术
我国地域辽阔，水果种类繁多，而水果的地域分布也根据水果种类不同，依据自身所需的气候条件呈集中分布，在我国，热带、亚热带水果椰子、芒果、菠萝、桂圆、荔枝、柚子、香蕉等最怕0℃低温，因而只分布在华南地区。柑桔、枇杷等亚热带水果能耐轻寒，但在–9℃左右甚至以下低温时仍会造成严重冻害，一般只分布在秦岭—淮河以南地区。秦岭—淮河以北的温带地区则盛产苹果、梨、柿子、葡萄等温带水果。我国长城以北和新疆北部地区，因为冬季过于严寒，苹果等温带水果也难以生长。近年来，利用嫁接、杂交等方法，苹果已开始向更北地区扩展。
目前人们对水果产地的检测通常是通过其种类根据其习性判断该水果的产地，而这种传统的判断产地的方法受个人主观因素影响较大，与个人的经验息息相关，因此如何利用一套标准化的方法，对于各种水果能够快速甄别其产地是目前亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术中没有一套标准化的方法来快速检测水果产地，本发明提供了一种快速检测水果产地的方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种快速判断水果产地的检测方法，其特征在于，包括具体步骤：
步骤1：收集两个及两个以上不同产地的若干个水果果实样品；
步骤2：将水果果实样品分割为果皮和果肉两部分，均切成小块分别进行编号；
步骤3：分别称取果皮、果肉各1g直接置于20ml顶空进样瓶中，拧紧顶空进样瓶瓶盖；
步骤4：将顶空进样瓶在孵化器中以40℃加热震荡10min后，进样针自动移取500ul顶空进样瓶顶空的气体注入GC-IMS中；
步骤5：按预设程序控制载气和漂移气流量，放置20min后得到待测样品果皮或果肉的挥发性有机物的气相离子迁移谱图；
步骤6：根据获得的气相离子迁移谱图进行分析对比，并得到待测果皮和果肉的挥发性有机物的指纹图谱和主成分分析图谱，建立水果产地分类模型；
步骤7：根据建立的水果产地分类模型，得出该样品的产地。
进一步地，步骤6中分析对比采用LAV、Reporter插件、Gallery Plot插件、DynamicPCA插件以及GC×IMS Library Search。
进一步地，步骤6中所述的建立水果产地分类模型的具体操作步骤包括：
S61：利用样品果肉或果皮利用Dynamic PCA插件进行PCA分析，得出主成分气相色谱-离子迁移谱图；
S62：对获得的气相离子迁移谱图中化合物体积进行统计分析；
S63：设定峰体积数据为自变量X，分类标签为Y，并选取70％样品作为训练集，30％样品作为测试集；
S64：将训练集中的数据经标准化处理后，再采用10折交叉验证，根据交叉验证误差率选择合适的潜变量数进行建模；
S65：计算所建立的模型对训练集样品的交叉验证误差，使模型的误差最小，最终建立模型；
S66：取测试集中的若干样品数据作为模型输入进行预测，并统计分类准确率，评估模型预测能力。
进一步地，步骤7的具体操作步骤包括：
S71：获得观察或测量得到的待测样品的数据值；
S72：将得到的样品数据值输入建立好的水果产地分类模型，进行计算处理；
S73：得到该样品数据的分类结果。
与现有技术相比，本发明有如下有益效果：
第一，利用本发明中提供的方法，仪器在无需真空且无需样品前处理前提下，经顶空进样后可快速检测该水果果皮和果肉的挥发性有机物。
第二，通过GC-IMS(气相色谱-离子迁移谱联用仪)可以快速检测待测水果果皮和果肉中的挥发性有机物，即水果的气味，将传统闻气味的方法数据化，协助科研工作者和生产者或商家进行水果原产地或具体产地的鉴定等。
附图说明
图1直接对比不同产地柚子果皮中挥发性有机物差异图；
图2有参照物的不同产地柚子果皮中挥发性有机物差异对比图；
图3(a)为广东柚皮样品挥发性有机物指纹图谱的三维图；
图3(b)为广西柚皮样品挥发性有机物指纹图谱的三维图；
图4(a)为广东柚肉样品挥发性有机物指纹图谱的三维图；
图4(b)为广西柚肉样品挥发性有机物指纹图谱的三维图；
图5广东和广西柚子皮样品PCA分析图；
图6广东和广西柚子肉样品PCA分析图；
图7广西柚子皮样本中的挥发性有机物定性分析图；
图8广西柚子肉样本中的挥发性有机物定性分析图；
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明进一步说明，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干变型和改进，这些也应视为属于本发明的保护范围。
参考附图1-5可以得出，一种快速判断水果产地的检测方法，包括以下具体步骤：
步骤1：收集两个及两个以上不同产地的若干个水果果实样品，优选地，各个产地分别取3个重复样品，即每个产地取3个样品进行试样；
步骤2：将水果果实样品分割为果皮和果肉两部分，均切成小块分别进行编号，重复样品编号分别记为1、2、3；
步骤3：分别称取果皮、果肉各1g直接置于20ml顶空进样瓶中，拧紧顶空进样瓶瓶盖；
步骤4：将顶空进样瓶在孵化器中以40℃加热震荡10min后，进样针自动移取500ul顶空进样瓶顶空的气体注入GC-IMS中，当加热孵化时，温度越高，样品的挥发性有机物越多，为更佳贴近样品的真实状态，果蔬加热时尽量使得孵化温度接近室温；
步骤5：按预设程序控制载气和漂移气流量，放置20min后得到待测样品果皮或果肉的挥发性有机物的气相离子迁移谱图；
步骤6：根据获得的气相离子迁移谱图进行分析对比，并得到待测果皮和果肉的挥发性有机物的指纹图谱和主成分分析图谱建立水果产地分类模型，在建立数据模型时，样品数据越多建立的沙田柚的真实性越可靠；
步骤7：根据建立的水果产地分类模型，得出该样品的产地。
进一步地，步骤6中分析对比采用的分析软件包括LAV、Reporter插件、GalleryPlot插件、Dynamic PCA插件以及GC×IMS Library Search。
其中，LAV(Laboratory Analytical Viewer)：用于查看分析谱图，图中每一个点代表一种挥发性有机物，对其建立标准曲线后可进行定量分析；
Reporter插件：直接对比样品之间的谱图差异(二维俯视图和三维谱图)；
Gallery Plot插件：指纹图谱对比，直观且定量地比较不同样品之间的挥发性有机物差异；
Dynamic PCA插件：动态主成分分析，用于将样品聚类分析，以及快速确定未知样品的种类；
GC×IMS Library Search：应用软件内置的NIST数据库和IMS数据库可对物质进行定性分析，用户可根据需求利用标准品自行扩充数据库。
本发明的建立水果产地分类模型的基本思路是：采用偏最小二乘法判别分析(PLS-DA)建立水果产地分类模型，PLS-DA是一种常用的用于判别分析的多变量统计分析方法，能够根据观察或测量到的若干变量值来判断研究对象如何分类；
进一步地，步骤6所述的建立不同产地的水果分析模型的具体步骤为：
S61：利用样品果肉或果皮利用Dynamic PCA插件进行PCA分析，得出主成分气相色谱-离子迁移谱图；
S62：对获得的气相离子迁移谱图中化合物体积进行统计分析；
S63：设定峰体积数据为自变量X，分类标签为Y，并选取70％样品作为训练集，30％样品作为测试集；
S64：将训练集中的数据经标准化处理后，再采用10折交叉验证，根据交叉验证误差率或者或可释方差(≥85％或≥90％)选择合适的潜变量数进行建模；
S65：计算所建立的模型对训练集样品的交叉验证误差，使模型的误差最小，最终建立模型；
S66：取测试集中的若干样品数据作为模型输入进行预测，并统计分类准确率，评估模型预测能力。
进一步地，步骤7的具体操作步骤包括：
S71：获得观察或测量得到的待测样品的数据值；
S72：将得到的样品数据值输入建立好的水果产地分类模型，进行计算处理；
S73：得到该样品数据的分类结果。
实施例
在使用过程中，首先，选取广东、广西两个产地的柚子作为样品，且每个产地取3个样品。
其次，将所述样品柚子用刀子切分为果皮和果肉两部分，分别进行编号，GXP-广西皮、GXR-广西肉、GDP-广东皮、GDR-广东肉，重复样品编号分别记为1、2、3。
再次，优选地采用柚子果皮样品进行分析，称取柚子果皮1g直接置于20ml顶空进样瓶中，拧紧瓶盖，根据仪器设定程序，顶空进样瓶在孵化器中以40℃加热震荡10分钟后，进样针自动移取500ul顶空瓶中气体进行，自动注入GC-IMS中进行分析。
再次，GC-IMS按照设定程序进行控制载气和漂移气流量，20min后得到待测柚子果皮样本的挥发性有机物的气相离子迁移谱图。
最后，使用GC-IMS的分析软件将得到的气相离子迁移谱图进行分析：
第一，采用Reporter插件直接对比广东、广西水果果皮样品中的挥发性有机物差异，如附图1所示，可以看出，纵坐标代表气相色谱的保留时间，横坐标代表离子迁移时间；整个图背景为蓝色，横坐标8.0处红色竖线为RIP峰(反应离子峰，未经归一化处理)；RIP峰两侧的每一个点代表一种挥发性有机物，颜色代表物质的浓度，白色表示浓度较低，红色表示浓度较高，颜色越深表示浓度越大。
为了更加明显比较不同样品的差异，选取其中一个样品的谱图GXP1(广西皮1)作为参比，其他样品的谱图扣减参比如附图2所示，可以看出，如果二者挥发性有机物一致，则扣减后的背景为白色，而红色代表该物质的浓度高于参比，蓝色代表该物质的浓度低于参比；从以上直接对比和差异对比的图中都可以看出，不同产地某种水果皮中的挥发性有机物差异很大，为了更好地比较，框选这些挥发性有机物的峰，形成样品指纹图谱进行对比；
第二，利用Gallery Plot插件对广东、广西柚子果皮样品挥发性有机物指纹图谱进行对比，生成的三维图如附图3(a)和附图3(b)所示，同样的，再取广东、广西柚子果肉样品的挥发性有机物指纹图谱进行对比得出的三维图如附图4(a)和附图4(b)所示，可以看出，每种样品的完整挥发物信息以及样品之间挥发性有机物存在差异，每个区域的挥发性有机物峰高信号也不同，下面表1为GXP(广西皮)和GDP(广东皮)的皮峰高对比，明显可以看出GXP(广西皮)和GDP(广东皮)的挥发性有机物是不同的：
表1
同样的，可以对GXR(广西肉)和GDR(广东肉)样品分别进行样品挥发性有机物指纹图谱分析，得出GXR(广西肉)和GDR(广东肉)的肉峰高的对比如表2所示：
表2
因此，利用原产地鉴定的特征标记物，能够进行该种水果原产地的鉴定；
第三，利用Dynamic PCA插件对不同产地的柚子果皮样品(GXP和GDP)进行动态主成分分析(PCA)如附图5所示，可以看出3个GDP(广东皮)聚类在一起，该种水果在广东主产地地区，在PCA上聚集效果更好，广西该种水果的产地较为分散，PCA聚集效果较为分散；
同样的，对不同产地的柚子果肉(GXR和GDR)样品进行PCA分析，如附图6所示，可以看出3个GXR(广西肉)聚类在一起，该种水果在广西主产地地区，在PCA上聚集效果更好，广东该种水果的产地较为分散，PCA聚集效果较为分散；
第四，利用GC×IMS Library Search对GXP皮样本中的挥发性有机物进行定性分析，如附图7所示，可以看出该果皮样本中的挥发性有机物含量，并且与图7中相对应的化合物列表如表3所示：
表3
同样的方法对GXR肉样本中的挥发性有机物进行定性分析，如附图8所示，可以看出该果肉样本中的挥发性有机物含量，并且与图8中相对应的化合物列表如表4所示：
表4
利用以上四种分析对比方法，能够得到不同产地的柚子果皮样本中挥发性有机物的指纹图谱和主成分分析图谱，并根据得到的指纹图谱和主成分分析(PCA)，判断出水果产地。
综上所述，使用本申请中的方法，检测仪器在无需真空且无需样品前处理前提下，经顶空进样瓶进样后可快速检测该水果果皮和果肉的挥发性有机物，并且利用LAV(Laboratory Analytical Viewer)和三款插件以及GC×IMS Library Search，可以分别从不同角度进行样品分析，并得出以下信息：
1.GXP(广西皮)和GDP(广东皮)中含有很多种挥发性有机物，某些挥发性有机物的含量在GXP(广西皮)中的含量高，且GXP(广西皮)中含有特征挥发性成分，据此可判断该种水果的产地是否为广西；某些挥发性有机物在GDP(广东皮)中含量高于GXP(广西皮)，根据这些挥发性有机物的综合信息可判断该种水果的原产地或具体产地。
2.该种水果可食部分(果肉)中挥发性有机物的种类明显少于皮的，如柠檬烯、柠檬醇、蒎烯等具有令人愉悦香气的成分在果肉中的含量很少，而在果皮中的含量很多；通过果肉中总体挥发性有机物的种类亦可判断该种水果的原产地或具体产地。
3.不论采用果皮或者果肉PCA分析均可将不同产地的水果分开，通过建立不同产地的水果分析模型后，可快速鉴定未来来源的该种水果的原产地或具体产地。
4.通过GC-IMS(气相色谱-离子迁移谱联用仪)可以快速检测待测水果果皮和果肉中的挥发性有机物，即水果的气味，将传统闻气味的方法数据化，协助科研工作者和生产者或商家进行水果原产地或具体产地的鉴定等。
