[发明专利]一种基于近红外图像的谷物单籽粒中镰刀菌毒素高通量快速无损定量分析方法

说明书

本发明公开了一种基于近红外图像的谷物单籽粒中镰刀菌毒素高通量快速无损定量分析方法。本发明方法可在不破坏谷物籽粒的情况下，对单个谷物籽粒中的镰刀菌毒素含量进行快速分析，具有快速、无损、高通量的特点，可有效应对镰刀菌毒素污染在谷物中分布不均匀，且抽样检测代表性不足导致的检测难题，对及时发现镰刀菌毒素污染，减少因局部污染导致的粮食浪费，保障谷物安全，保护人们的身体健康具有重要的意义，适于推广应用。

技术领域

本发明属于分析检测领域，涉及一种基于近红外图像的谷物单籽粒中镰刀菌毒素高通量快速无损定量分析方法。

背景技术

呕吐毒素又称脱氧雪腐镰刀菌烯醇(Deoxynivalenol,DON)，主要是由禾谷镰刀菌复合种侵染小麦等谷物，引起赤霉病过程中产生的有毒次级代谢产物。呕吐毒素不仅破坏小麦的细胞组织结构，降低出粉率，还会导致误食DON污染饲料的家畜发生呕吐、拒食、腹泻、出血甚至死亡，对人体也有较大毒性。

近年来，受极端气候等环境因素影响，小麦DON污染风险不断加剧，已成为制约我国及世界小麦产品质量安全的主要风险因子。及时检测并发现DON污染食品可有效避免DON污染食品进入食物链，进而对人畜健康构成危害。研究表明，镰刀菌毒素污染在谷物中分布不均匀，批量采样检测不能反映呕吐毒素真实污染水平，如样品中大部分籽粒未被污染或毒素含量较低，仅个别籽粒中毒素含量很高，就可能导致整批样品毒素检测不合格。传统DON检测方法有色谱法和免疫学方法，色谱法方法有高效液相色谱法、气相色谱法、和液相色谱-串联质谱法等，具有较高的灵敏度和重复性，可同时对多种镰刀菌毒素进行定量分析；免疫学方法如荧光免疫分析法、酶联免疫吸附测定法和免疫生物传感器法等灵敏度较高，在一定程度上弥补了色谱学分析方法不能用于现场快速检测的不足，但以上两种分析方法都需要复杂的前处理，属于破坏性检测，时效性差，均不能满足小麦仓储及加工过程中DON快速无损、高通量快速筛查的需求。

近年来，基于近红外光谱分析技术在谷物中镰刀菌毒素检测方面得到了应用，并体现出了巨大的应用潜力。但目前报道的都是针对谷物进行的批量抽样分析，或者病瘪粒判别，不涉及单个麦粒的毒素检测。本研究提出检测方法，可实现单麦粒中DON含量快速无损检测，有利于避免因局部样品DON超标导致的粮食浪费，保障谷物安全。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于近红外图像的谷物单籽粒中镰刀菌毒素高通量快速无损定量分析方法。

本发明提供的单谷物籽粒中镰刀菌毒素快速无损定量分析方法，包括如下步骤：

1)以真菌侵染致发病不同等级和无症状的谷物籽粒，作为研究对象，使用近红外高光谱成像设备扫描获取所述研究对象的近红外图像，得到所述研究对象的近红外谱图；

2)去除所述步骤1)所得近红外谱图的无信息区域，进行背景扣除和光谱提取，得到单个谷物籽粒的近红外光谱数据；

3)对所述研究对象进行镰刀菌毒素提取及含量测定，得到单个谷物籽粒的镰刀菌毒素含量；

4)基于步骤2)所得单个谷物籽粒的近红外光谱数据与步骤3)所得单个谷物籽粒的镰刀菌毒素含量，构建定量分析模型；

5)对待测单个谷物籽粒与所述步骤1)相同的检测条件，得到所述待测单个谷物籽粒的近红外光谱数据；

6)将步骤5)所得待测单个谷物籽粒的近红外光谱数据代入所述步骤4)所得定量分析模型中，得到所述待测单个谷物籽粒中的镰刀菌毒素含量。

上述方法的步骤1)中，所述不同等级至少包括：严重和中度等级；

具体的，所述严重等级定义如下：高度皱缩、呆白，在种子表面伴有丰富的白色菌丝体；

所述中度等级定义如下：籽粒相对饱满，局部伴有粉红色菌丝体；

所述每种等级的谷物籽粒至少35颗；具体为40颗。