基于低场核磁共振的谷物中γ-氨基丁酸含量无损检测方法与流程

基于低场核磁共振的谷物中
γ-氨基丁酸含量无损检测方法
技术领域
1.本发明涉及化学分析技术领域，具体涉及一种基于低场核磁共振的谷物中γ-氨基丁酸含量无损检测方法。


背景技术：

2.谷物糠层和胚芽中富含多种生理活性物质，如谷维素、阿魏酸、γ-氨基丁酸等。喷雾加湿调质加工方法可提高谷物中活性物质含量，特别是γ-氨基丁酸含量显著增加。γ-氨基丁酸是中枢神经系统的抑制性传递物质，它是脑组织中最重要的神经递质之一，具有镇静神经、抗焦虑、降低血压等作用。γ-氨基丁酸是谷物中最重要的活性物质，近些年，越来越多的学者开始关注γ-氨基丁酸富集和含量检测。
3.目前，已使用许多技术检测谷物中γ-氨基丁酸含量，如双向纸层析分光光度法、高效液相色谱法、氨基酸分析仪法等。所有这些检测方法通常都是昂贵的，且对测量目标具有破坏性，无法保证测量数据的实时性。基于以上原因，建立一种快速、准确测量谷物γ-氨基丁酸积累的无损检测方法对于谷物质量控制的实际需求具有十分重要的意义和价值。
4.低场核磁共振技术作为一种高效快速的检测技术已广泛应用于工业、医药、材料、食品等领域。低场核磁共振能够测量完整样品而不受表面性质的影响，与传统的拉曼光谱分析、近红外光谱等技术相比较，具有便捷、快速、无损、重复性好的显著优势。但是，基于低场核磁共振成像技术检测谷物中γ-氨基丁酸积累的研究尚未见报道。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的不足之处，本发明的目的是提供一种基于低场核磁共振的谷物中γ-氨基丁酸含量无损检测方法，该方法不仅可以检测谷物中γ-氨基丁酸积累，且测量过程不破坏样品，不受谷物样品表面性质的影响，达到快速准确、成本低廉、无污染的目的。
6.为实现上述目的，本发明提供了一种基于低场核磁共振的谷物中γ-氨基丁酸含量无损检测方法，首先应用核磁共振成像分析仪对不同喷雾调质过程谷物籽粒进行成像检测，并对图像进行预处理；根据成像结果计算所在像素点的平均信号值；随后测定喷雾调质过程谷物γ-氨基丁酸含量变化；然后建立平均信号值与γ-氨基丁酸含量的模型方程，并对建立的含量预测模型进行评价；最后对未知γ-氨基丁酸含量的谷物样品进行快速准确测量，并根据模型方程得到不同调质时间待测样品的γ-氨基丁酸含量。
7.作为优选方案，具体步骤如下：
8.s1：核磁共振成像参数设置：核磁共振成像检测采用多重自旋回波脉冲序列，成像方案有横向选层成像和纵向选层成像；同时确定重复时间、回波时间、选层厚度、累加次数和频谱带宽等参数；
9.s2：图像预处理：采用质子密度加权成像、统一映像处理、滤波和伪彩预处理核磁共振图像，获取核磁共振横截面成像和纵截面成像；
10.s3：平均信号值计算：根据成像结果提取胚、胚乳、皮层对应位置矩阵，与信号强度矩阵相乘后取均值得到所在像素点的平均信号值；
11.s4：γ-氨基丁酸含量测定：按照国家标准规定的标准理化实验方法检测每个待测样品的γ-氨基丁酸含量；
12.s5：模型建立和评价：建立平均信号值和γ-氨基丁酸含量相关性数学模型，根据线性相关系数大小对建立的含量预测模型进行评价，线性相关系数越大，获得的模型越可靠；
13.s6：预测γ-氨基丁酸积累：在相同检测参数条件下，采集不同喷雾调质过程谷物样品成像，获取谷物不同部位所在像素点的平均信号值，利用已经建立的相关性数学模型预测喷雾调质过程谷物γ-氨基丁酸含量积累。
14.以上所述的方法中，其中，所述步骤s2中成像参数设置条件为：重复时间tr 100-500ms、回波时间te4-10 ms、选层厚度2mm、累加次数ns 8-128和频谱带宽sw 20khz。
15.以上所述的方法中，其中，所述步骤s5中数学模型建立方法为偏最小二乘回归和多元线性回归分析。
16.本发明的优点及有益效果如下：
17.1、本发明将低场核磁共振成像分析技术用于γ-氨基丁酸含量积累分析，分析过程不需要有机试剂，绿色环保，对样品没有破坏。
18.2、本发明利用谷物不同部位所在像素点的平均信号值和γ-氨基丁酸含量相关性可以快速、简便并较为准确地预测γ-氨基丁酸含量积累。
19.3、本发明有助于更好的分析谷物生产加工过程中的活性物质含量积累，可以满足生产现场对样品的快速分析需求。
附图说明
20.图1为本发明实施例1的谷物不同调质时间的核磁共振成像结果；
21.图2为本发明实施例1的谷物各部分平均信号值变化曲线；
22.图3为本发明实施例2的谷物不同调质时间的核磁共振成像结果；
23.图4为本发明实施例2的谷物各部分平均信号值变化曲线。
具体实施方式
24.以下结合附图与具体实施例对本发明作进一步地详细阐述。
25.本发明中基于低场核磁共振的谷物中γ-氨基丁酸含量无损检测方法，首先应用核磁共振成像分析仪对不同喷雾调质过程谷物籽粒进行成像检测，并对图像进行预处理；根据成像结果计算所在像素点的平均信号值；随后测定喷雾调质过程谷物γ-氨基丁酸含量变化；然后建立平均信号值与γ-氨基丁酸含量的模型方程，并对建立的含量预测模型进行评价；最后对未知γ-氨基丁酸含量的谷物样品进行快速准确测量，并根据模型方程得到不同调质时间待测样品的γ-氨基丁酸含量。
26.上述方案中，核磁共振成像检测采用多重自旋回波脉冲序列，成像方案有横向选层成像和纵向选层成像。同时确定重复时间、回波时间、选层厚度、累加次数和频谱带宽等参数。采用质子密度加权成像、统一映像处理、滤波和伪彩预处理核磁共振图像。根据成像
结果提取胚、胚乳、皮层对应位置矩阵，与信号强度矩阵相乘后取均值得到所在像素点的平均信号值。按照国家标准规定的标准理化实验方法检测每个待测样品的γ-氨基丁酸含量。建立平均信号值和γ-氨基丁酸含量相关性数学模型，根据线性相关系数大小对建立的含量预测模型进行评价，线性相关系数越大，获得的模型越可靠。
27.上述方案中，在相同检测参数条件下，采集不同喷雾调质过程谷物样品成像，获得谷物不同部位所在像素点的平均信号值，利用已经建立的相关性数学模型预测喷雾调质过程谷物γ-氨基丁酸含量积累。
28.实施例1
29.选用经过清选、剔除霉变粒、异色粒、无胚粒和未成熟粒的初始含水率为12.5％的干燥谷物，并放在密封袋中置于室温(20～25℃)下储存备用。按单次加湿量占谷物质量的1.0％向谷物喷加水溶液雾滴(控制雾滴的粒径为50μm)。单次喷雾加湿后在室温(20～25℃)下调质60min，循环加湿调质，直至谷物的水分达到18.5％。调质过程随机取出谷物进行核磁共振成像检测。
30.检测过程如下：首先称取上述调质过程一定量的谷物样品放于核磁测试管中，用保鲜膜封口，然后放置于核磁共振成像仪中进行核磁共振t1加权成像检测。成像检测参数设置如下：重复时间tr＝500ms，回波时间te＝10ms，选层厚度为2mm，累加次数ns＝8，频谱带宽sw为20khz，视野fov为28
×
28mm2，成像矩阵为128
×
128。应用质子密度加权成像、统一映像处理、滤波和伪彩预处理核磁共振图像。如图1所示(图中给出的代表性样品伪彩图像)。随后采用matlab软件编程处理核磁共振t1加权成像结果，计算谷物籽粒不同部分(胚、胚乳、皮层)所在像素点的平均信号值。计算结果如图2所示。
31.应用氨基酸分析仪测定谷物中γ-氨基丁酸含量，取谷物样品10g左右，粉碎后过0.25mm孔筛，于具塞三角瓶内保存。称取粉末试样1.0～2.0g于具塞三角瓶内，用0.02mol/l盐酸溶液溶解并加入6％磺基水杨酸溶液15ml于沸水浴中加热回流5min，振荡30min后，移入50.0ml容量瓶内，用ph 2.2柠檬酸缓冲液稀释至刻度。室温下静置1h后，在1000r/min下离心15min，用0.45μm过滤膜过滤后待上机测定。色谱条件为：分析树脂2622#(4.6mmid
×
60mm)和除氨柱树脂2650#(4.6mmid
×
60mm)。测量结果如下表所示。
[0032][0033]
将谷物样品各部分平均信号值与γ-氨基丁酸含量通过spss软件进行拟合，建立平均信号值和γ-氨基丁酸含量的回归模型。如表所示谷物γ-氨基丁酸含量的线性拟合模型，γ-氨基丁酸含量和胚部分平均信号值的r2为0.92，说明低场核磁共振可以准确地预测谷物γ-氨基丁酸积累。本实施例所使用的软件为spss19.0，需要说明的是，所述分析软件可以为任何可以进行回归分析并建立数学模型的软件，不限于本实施例的举例。
[0034][0035]
实施例2
[0036]
选用经过清选、剔除霉变粒、异色粒、无胚粒和未成熟粒的初始含水率为14.5％的干燥谷物，并放在密封袋中置于室温(20～25℃)下储存备用。按单次加湿量占谷物质量的2.0％向谷物喷加水溶液雾滴(控制雾滴的粒径为50μm)。单次喷雾加湿后在室温(20～25℃)下调质90min，循环加湿调质，直至谷物的水分达到22.5％。调质过程随机取出谷物进行核磁共振成像检测。
[0037]
检测过程如下：首先称取上述调质过程一定量的谷物样品放于核磁测试管中，用保鲜膜封口，然后放置于核磁共振成像仪中进行核磁共振t1加权成像检测。成像检测参数设置如下：重复时间tr＝100ms，回波时间te＝4.0ms，选层厚度为2mm，累加次数ns＝64，频谱带宽sw为20khz，视野fov为28
×
28mm2，成像矩阵为128
×
128。应用质子密度加权成像、统一映像处理、滤波和伪彩预处理核磁共振图像。如图3所示(图中给出的代表性样品伪彩图像)。随后采用matlab软件编程处理核磁共振t1加权成像结果，计算谷物籽粒不同部分(胚、胚乳、皮层)所在像素点的平均信号值。计算结果如图4所示。
[0038]
应用氨基酸分析仪测定谷物中γ-氨基丁酸含量，取谷物样品10g左右，粉碎后过0.25mm孔筛，于具塞三角瓶内保存。称取粉末试样1.0～2.0g于具塞三角瓶内，用0.02mol/l盐酸溶液溶解并加入6％磺基水杨酸溶液15ml于沸水浴中加热回流5min，振荡30min后，移入50.0ml容量瓶内，用ph 2.2柠檬酸缓冲液稀释至刻度。室温下静置1h后，在1000r/min下离心15min，用0.45μm过滤膜过滤后待上机测定。色谱条件为：分析树脂2622#(4.6mmid
×
60mm)和除氨柱树脂2650#(4.6mmid
×
60mm)。测量结果如下表所示。
[0039][0040]
将谷物样品各部分平均信号值与γ-氨基丁酸含量通过spss软件进行拟合，建立平均信号值和γ-氨基丁酸含量的回归模型。如表所示谷物γ-氨基丁酸含量的线性拟合模型，γ-氨基丁酸含量和胚部分平均信号值的r2为0.92，说明低场核磁共振可以准确地预测谷物γ-氨基丁酸积累。本实施例所使用的软件为spss19.0，需要说明的是，所述分析软件可以为任何可以进行回归分析并建立数学模型的软件，不限于本实施例的举例。
[0041][0042]
上述实施例证明，低场核磁共振成像检测技术可以用于谷物中γ-氨基丁酸含量的准确测量。测量数据和测量结果均表明低场核磁共振成像检测谷物中γ-氨基丁酸含量的方法是一种方便快速的测量方法，且对谷物样品无破坏性，为γ-氨基丁酸含量的测量提供了一种快速无损的检测方法。