【摘要】：中國紅棗(鼠李科棗屬)是一種深受消費(fèi)者喜愛的健康食品,因富含蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)、多糖、維生素C和有機(jī)酸等營養(yǎng)物質(zhì)而聞名。另外,它還含有豐富的兼具保健和營養(yǎng)價值的生物活性成分。由于其富含抗氧化活性成分,已被用于傳統(tǒng)醫(yī)學(xué),具有預(yù)防失眠、癲癇、癌癥、肝臟保護(hù)和心血管疾病的功能。紅棗易腐爛,在收獲后的幾天內(nèi)品質(zhì)發(fā)生惡化。干燥是一種能夠維持食品品質(zhì)的加工方式,可以同時減少食品體積并延長保質(zhì)期。然而,直接暴露于太陽輻射以及各種環(huán)境因素變化會導(dǎo)致紅棗的質(zhì)量惡化。因此,有效的干燥方法是中國棗種植者所急需的。近年來,關(guān)于紅棗的研究已經(jīng)擴(kuò)展到其多酚、酚類、花青素、類胡蘿卜素和其他抗氧化劑對人類健康和產(chǎn)品質(zhì)量的作用�？寡趸瘎�(酚類化合物等)已成為分析紅棗的品質(zhì)特性和功能特性的主要指標(biāo)。用于測定這些生物活性化合物的傳統(tǒng)方法主要依賴于色譜和比色技術(shù),但是這些方法具有破壞性,耗時且需要大量樣品制備和不利于環(huán)境的化學(xué)試劑。近紅外(NIR)和中紅外(MIR)光譜分析技術(shù)具有簡單、快速、非破壞性、非侵入性、易于操作等優(yōu)點(diǎn)。作為濕化學(xué)分析方法的替代方法,具有廣闊的應(yīng)用前景。為了克服濕化學(xué)分析方法的缺點(diǎn),本研究采用光譜技術(shù)(NIR、便攜式NIR和MIR)對中國紅棗的抗氧化活性和酚類化合物進(jìn)行了定量分析。本研究的主要結(jié)論如下:1.實(shí)驗(yàn)樣品主要選自產(chǎn)于河北、山東、山西、新疆和河南的中國紅棗,均收獲于2017年8月,為其最佳成熟期。將樣品進(jìn)行對流干燥和真空干燥,采用最小顯著性差異檢驗(yàn)對干燥方式和產(chǎn)地進(jìn)行區(qū)分。結(jié)果表明,干燥方式對紅棗的2,2-二苯基-1-苦基肼基(DPPH)清除力、總抗氧化能力(TAC)、總酚含量(TPC)、鐵還原抗氧化能力測定(FRAP)、2,2'-連氮基-雙(乙基苯并噻唑啉-6磺酸鹽)二銨鹽(ABTS)、總黃酮含量(TFC)、總類胡蘿卜素含量(TCC)、總花青素含量(TANC)、總糖(TS)、總酸(TA)、亞鐵螯合活性和酚類化合物具有顯著的影響。真空干燥的樣品具有較高抗氧化活性和酚類化合物含量,如沒食子酸、咖啡酸、根皮苷、蘆丁、堇氨醇和L-表兒茶素。各省的紅棗中,新疆的紅棗DPPH、FRAP、TPC、TFC、TA、TS和酚類化合物(如根皮苷和兒茶素)含量最高,從而產(chǎn)出的品質(zhì)最高。環(huán)保且商業(yè)化的真空干燥系統(tǒng)為中國紅棗的工業(yè)加工提供了巨大的前景,干燥時間大大減少,酚類化合物含量和抗氧化活性更高。2.NIR光譜結(jié)合線性判別分析(LDA)和K-最近鄰(K-NN)對不同產(chǎn)地的紅棗進(jìn)行區(qū)分。此外,近紅外光譜結(jié)合偏最小二乘法(PLS),包括前向區(qū)間偏最小二乘法、后向區(qū)間偏最小二乘法和遺傳偏最小二乘法,用于研究真空干燥的紅棗的抗氧化特性。通過交叉驗(yàn)證優(yōu)化構(gòu)建模型的性能。在建立分類模型之前,用主成分分析(PCA)來評估分類可能性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,LDA構(gòu)建模型優(yōu)于K-NN模型,校正集和預(yù)測集的識別率分別為100%和93%。構(gòu)建的基于變量選擇算法的預(yù)測模型,較好地預(yù)測了DPPH、TAC、FRAP、ABTS、TFC、TCC、TANC和亞鐵螯合活性的含量。校正(Rc)和預(yù)測(Rp)組的相關(guān)系數(shù)和構(gòu)建模型的預(yù)測(RPD)分別為0.8503≤Rc≤0.9897,0.8463≤Rp≤0.9783,1.86≤RPD≤4.88。相比之下,Si-PLS模型對DPPH和TAC預(yù)測準(zhǔn)確度更好;Bi-PLS模型對FRAP,ABTS,TFC和TCC的預(yù)測準(zhǔn)確度更好;GA-PLS模型對TANC和鐵螯合活性的預(yù)測準(zhǔn)確度更好。這些結(jié)果表明NIR光譜與多元算法相結(jié)合,可用于中國紅棗的產(chǎn)地鑒別和抗氧化性能的量化。3.采用NIR和MIR相結(jié)合的方法對真空干燥紅棗中的多酚進(jìn)行了定量分析。多酚是中國紅棗植物化學(xué)特性的最重要衡量標(biāo)準(zhǔn),可以提供許多潛在的健康益處,如預(yù)防癌癥,降低冠心病、利尿活性、心肌刺激、冠狀動脈擴(kuò)張和肌肉松弛的風(fēng)險。研究使用NIR和MIR光譜數(shù)據(jù)基于Si-PCA-GA-PLS融合方法對多酚進(jìn)行了定量研究,通過Si-PLS算法提取有效光譜區(qū)間作為NIR-MIR融合模型的輸入變量。通過NIR和MIR技術(shù)提取的有效光譜區(qū)間很可能包含與多酚相關(guān)的信息以及一些冗余信息。為了排除不需要的因素,在提取有效光譜區(qū)間應(yīng)用主成分分析法(PCA)來確定第一個主要成分(PCs),GA被用于構(gòu)建基于NIRMIR融合數(shù)據(jù)的模型。新建模型得出Rc=0.9621,Rp=0.9451,RPD=2.44,校準(zhǔn)集偏差=0.004,預(yù)測集偏差=0.061,模型僅使用15個輸入變量。這些研究結(jié)果表明,NIR和MIR的整合有望用于真空干燥紅棗中的多酚含量預(yù)測。4.開發(fā)了一種低成本的便攜式光譜分析系統(tǒng),用于原位篩選真空干燥紅棗中的酚類化合物。首先使用高效液相色譜結(jié)合二極管陣列檢測器(HPLC-DAD)定量檢測沒食子酸、咖啡酸、L-表兒茶素、根皮苷和西阿尼醇等酚類化合物,然后采用蟻群算法優(yōu)化的前向區(qū)間偏最小二乘法(Si-ACO-PLS)來優(yōu)化和捕獲用于預(yù)測這些化合物含量的信息變量。經(jīng)過優(yōu)化,Si-ACO-PLS得到如下結(jié)果:0.8540≤Rc≤0.9250,0.8582≤Rp≤0.9056,0.84≤RMSEP≤16.30,2.03≤RPD≤2.26。結(jié)合Si-ACO-PLS的便攜式光譜分析系統(tǒng)被證明是一種簡便、經(jīng)濟(jì)有效的方法來定量測定中國棗中的酚類化合物。目前的研究表明,光譜分析(NIR,便攜式NIR和MIR)是傳統(tǒng)濕化學(xué)分析法的一種有效可行的替代工具,可用于紅棗中生物活性化合物的快速、可靠定量分析。此外,NIR光譜被證實(shí)還可以用于紅棗的產(chǎn)地鑒別。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：O657.33;TS201.2


本文編號：2796065