CN111766212A - 一种卟啉紫外探针鉴别不同名优绿茶的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种卟啉紫外探针鉴别不同名优绿茶的方法，包括：步骤1、名优绿茶、四甲基吡啶卟啉以及四甲基吡啶卟啉‑名优绿茶样品制备；步骤2、对四甲基吡啶卟啉稀释液、名优绿茶稀释液以及在四甲基吡啶卟啉探针作用下的名优绿茶样品进行紫外光谱扫描；步骤3、基于偏最小二乘判别的化学计量学甄别不同名优绿茶紫外光谱信息之间的细微差异，从而判别不同名优绿茶产区品种等级信息。本发明通过使用四甲基吡啶卟啉，与不同名优绿茶中的化学分子进行轴向配位，及氢键和静电等相互作用，构建不同微环境的大π‑共轭体系，从而利用此差异获得不同的紫外吸收光谱，进而实现对不同名优绿茶产区品种等级的鉴别，该方法灵敏度高、快速、简便。
Description
技术领域
本发明涉及纳米材料及食品质量分析领域，具体是一种卟啉紫外探针鉴别不同名优绿茶的方法。
背景技术
自古以来，茶作为人们日常饮用的饮品之一，深受着很多人的喜爱，如今它已成为世界三大饮品之一。这些所有类型的茶都产自于茶树的叶片，然后采用不同的加工方法，制备成不同的类型。绿茶是指非发酵茶，它含有多种生物保健活性化合物，比如茶多酚、咖啡因、儿茶素、茶色素、皂甙、氨基酸等。文献报道，这些非营养生物保健活性物质具有抗氧化、抗癌、抗肥胖以及其他药理作用，因此使其成为营养保健品饮用的理想选择。不同产区品种等级名优绿茶风味和呈味不尽相同，其市售价格以及品牌影响力也大有较大差异，而且茶叶市场一直存在着以次充好的现象。过去由于缺乏科学的分类，前人凭借自己的经验来判别不同产区品种等级的名优绿茶。然而，仅仅依靠个人经验对名优绿茶茶香、茶形、茶色的判别来区分不同名优绿茶，明显不能实现判定结果的统一，同时也不能保证判别结果的准确性。随着现代仪器分析的飞速发展，不断有学者使用仪器分析的方法对不同名优绿茶进行判别分析，尤其是紫外光谱分析，它具有方便、快捷、高效的特点，但其特异性不够高。
卟啉是一种重要的大环共轭有机化合物，其母体结构是卟吩。卟吩分子结构是由四个吡咯环的α-碳原子通过次甲基桥(＝CH-)相互关联而形构成的大分子多元杂环。有取代基的卟吩即为卟啉。卟啉共轭环一共有26个π电子，是一个高度共轭的多元杂环体系，其外观比较暗甚至显深色。卟啉化合物有较大的摩尔吸光系数，因此在化学分析中可作为一种稳定性好，灵敏度高的试剂去检测多种类型的金属离子。此外，卟啉化合物还可以作为生物传感器，直接或间接检测一些氨基酸，多肽和其他物质。
根据现有文献，构建基于四甲基吡啶卟啉(四甲基吡啶卟啉)再结合紫外吸收光谱，去检测不同品种以及等级名优绿茶的研究课题目前还没有被报道过。
发明内容
本发明的目的是提供一种卟啉紫外探针鉴别不同名优绿茶的方法，使用四甲基吡啶卟啉，利用它们本身所具有的大π特征共轭环结构，通过物理或者化学作用(例如轴向配位，氢键和静电相互作用)与名优绿茶中各种风味呈味物质发生相互反应，再结合化学计量学对得到的光谱信息进行优化，实现快速判别不同名优绿茶的目的。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种卟啉紫外探针鉴别不同名优绿茶的方法，包括如下步骤：
步骤1、名优绿茶、四甲基吡啶卟啉以及四甲基吡啶卟啉-名优绿茶样品制备，具体为：
步骤1.1：精确称取一定量四甲基吡啶卟啉溶解到纯水中，配制成四甲基吡啶卟啉母液，再量取少量四甲基吡啶卟啉母液使用纯水稀释，得到四甲基吡啶卟啉稀释液；
步骤1.2：准确称取1.0000g(±0.0010)不同名优绿茶，用10mL纯水75℃水浴提取20min，高速离心20min取上清液，每种名优绿茶取上清液于EP管(微型离心管)中，得到名优绿茶母液，每种名优绿茶母液精确量取100μL，用纯水稀释到1mL得到名优绿茶稀释液；
步骤1.3：称取一定量的名优绿茶母液、四甲基吡啶卟啉母液、纯水，配制成名优绿茶-四甲基吡啶卟啉混合液，构建名优绿茶-四甲基吡啶卟啉混合液的不同微环境，即得到四甲基吡啶卟啉探针作用下的名优绿茶样品；
步骤2、对四甲基吡啶卟啉稀释液、名优绿茶稀释液以及在四甲基吡啶卟啉探针作用下的名优绿茶样品进行紫外光谱扫描；
步骤3、基于偏最小二乘判别(PLSDA)的化学计量学甄别不同名优绿茶紫外光谱信息之间的细微差异，从而判别不同名优绿茶产区品种等级信息。
上述方案中，步骤3具体步骤为：
步骤3.1：收集31种不同产区等级名优绿茶的紫外光谱数据(每种绿茶配制5个样本，每个样本平行测定3次，共计得到465组紫外光谱信息)，由于不同产区等级名优绿茶与四甲基吡啶卟啉溶液构建的微环境不同，从而导致不同绿茶间的紫外光谱信息存在细微差异，而这些细微差异就是区别其产地等级的特征信息；
步骤3.2：通过二阶导算法处理放大光谱信息间的细微差异，再与其产地等级信息对应，建立快速判别模型；
步骤3.3：将市面某种名优绿茶的紫外光谱信息与所述快速判别模型进行比对，从而得到此绿茶的产区等级信息，从而实现对不同名优绿茶产区等级信息的快速判别分析。
上述方案中，所述纯水均为UPTL-20L超纯水机制的纯水。
上述方案中，步骤1.1中溶解所用到的四甲基吡啶卟啉的量为0.0050g-0.010g，所得四甲基吡啶卟啉母液的浓度为0.0005g/mL-0.0010g/mL，四甲基吡啶卟啉母液用纯水稀释得到的四甲基吡啶卟啉稀释液的浓度为4×10-6g/mL-8×10-6g/mL。
上述方案中，步骤1.3中名优绿茶母液、四甲基吡啶卟啉母液、纯水的体积比为100：8：882。
本发明中四甲基吡啶卟啉作为紫外光区探针的名优绿茶样品的光谱采集是以纯水为背景参比，并以均匀混合了四甲基吡啶卟啉的绿茶样品作为被测试样，充分利用四甲基吡啶基卟啉在紫外光区的光敏特性，从而获取四甲基吡啶卟啉与不同绿茶作用后具有不同差异的紫外光谱；本发明所阐述的基于四甲基吡啶卟啉紫外探针光谱结合化学计量学对不同名优绿茶判别的方法，能充分利用光敏性材料-四甲基吡啶卟啉与不同名优绿茶作用后产生的紫外光谱信息差异，构建不同的微环境的大π-共轭体系，从而利用此差异获得不同的紫外吸收光谱，相比直接利用名优绿茶紫外光谱，具有更高的灵敏度和更强的特异性。
附图说明
图1中a为31种名优绿茶的紫外吸收光谱，b为四甲基吡啶卟啉的紫外吸收光谱，c为四甲基吡啶卟啉-名优绿茶混合物的紫外吸收光谱；
图2中a为四甲基吡啶卟啉-名优绿茶紫外吸收原始光谱图，b为31种四甲基吡啶卟啉-名优绿茶混合液二阶导紫外吸收光谱图；
图3为31种名优绿茶二阶导紫外吸收光谱在PLSDA模型中训练集的虚拟编码图；
图4为31种名优绿茶二阶导紫外吸收光谱在PLSDA模型中预测集的虚拟编码图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的详细说明，以使本领域的技术人员更加清楚地理解本发明。但以下内容不应理解为是对本发明的权利要求书请求保护范围的限制。
实施例：基于卟啉紫外探针光谱结合化学计量学对31种名优绿茶进行快速判别分析。
主要仪器：UV1902PC系列紫外可见分光光度仪(日本岛津)；ISO9001电子天平(北京赛多利斯仪器系统有限公司)；UPTL-20L超纯水机(成都渗源科技有限公司，编号201601201655)。
(1)名优绿茶、四甲基吡啶卟啉以及四甲基吡啶卟啉-名优绿茶样品制备，具体为：
A：用分析天平精确称量0.0050g四甲基吡啶卟啉溶解到10mL纯水中(本实验中使用的水均为UPTL-20L超纯水机制的纯水)，配制成浓度为0.0005g/mL的四甲基吡啶卟啉母液，然后精确量取8μL此浓度的母液，用992μL纯水稀释成体积1mL总浓度为4×10-6g/mL的四甲基吡啶卟啉稀释液。
B：31种名优绿茶各精确称量1.0000g(±0.0010)，用40mL纯水75℃水浴提取20min，高速离心20min取上清液，每种名优绿茶取上清液10mL于10mL的EP管中，得到浓度为0.025g/mL的名优绿茶母液。每种名优绿茶母液精确量取100μL稀释到1mL，得到浓度为0.0025g/mL的名优绿茶稀释液。
C：取名优绿茶母液100μL，四甲基吡啶卟啉母液8μL，纯水882μL，配制成名优绿茶-四甲基吡啶卟啉混合液。
(2)对四甲基吡啶卟啉稀释液、名优绿茶稀释液以及在四甲基吡啶卟啉探针作用下的名优绿茶样品进行紫外光谱扫描，图1中a为31种名优绿茶的紫外吸收光谱，b为四甲基吡啶卟啉的紫外吸收光谱，c为四甲基吡啶卟啉-名优绿茶混合物的紫外吸收光谱。
具体的，先进行仪器的机械校准，调整暗电流和矫正波长，以纯水作为背景调平基线，再将配制好的名优绿茶水提稀释液，四甲基吡啶卟啉稀释液和名优绿茶-四甲基吡啶卟啉混合液放入紫外吸光光度计中进行测量。采集范围400nm-800nm，慢速扫描，间隔1nm。温度24±1℃，湿度为43±2％。本次实验采用M.Wave Professional 2.0软件采集紫外光谱数据。名优绿茶稀释液和名优绿茶-四甲基吡啶卟啉混合液每份分别平行配制3个浓度完全相同的样品，每个样品平行测定五次，得到930条紫外光谱，最终得到31种名优绿茶的原始紫外光谱信息，见图1a。
(3)基于偏最小二乘判别的化学计量学方法快速判别分析31种名优绿茶产区品种等级信息。
对采集得到的紫外光谱数据随机划分为训练集和预测集，然后对名优绿茶-四甲基吡啶卟啉原始紫外吸收光谱进行二阶导处理，借助PLSDA模型甄别31种绿茶二阶导紫外吸收光谱的细微差异，最后结果表明在PLSDA模型中，名优绿茶-四甲基吡啶卟啉二阶导紫外吸收光谱训练集、预测集判别准确率达到了99.32％和98.22％，这表明使用基于名优绿茶-四甲基吡啶卟啉二阶导紫外吸收光谱的PLSDA模型能成功实现对不同产区品种等级名优绿茶精确判别分析；并且该方法的灵敏度均保持在0.800以上，特异性均保持在0.990以上。此模型的意义在于：将市面某种名优绿茶的紫外光谱信息与该模型进行比对，从而得到此绿茶的产区等级信息，从而实现对不同名优绿茶产区等级信息的快速判别分析。
图2中a为四甲基吡啶卟啉-名优绿茶紫外吸收原始光谱图，b为31种四甲基吡啶卟啉-名优绿茶混合液二阶导紫外吸收光谱图；图3为31种名优绿茶二阶导紫外吸收光谱在PLSDA模型中训练集的虚拟编码图；图4为31种名优绿茶二阶导紫外吸收光谱在PLSDA模型中预测集的虚拟编码图。其中紫外光谱的产生是分子内的价电子的跃迁而产生的，当样品吸收紫外光谱后发生价电子跃迁，同时伴随着振动能级和转动能级的跃迁，使紫外光谱呈现宽谱带。而红外光谱的产生是分子中的化学键或官能团的振动，不同的化学键或官能团吸收频率不同，在红外光谱上将处于不同位置，从而可获得分子中含有何种化学键或官能团的信息，当用红外光照射样品，样品将选择性地吸收那些与其振动频率相匹配的波段，从而产生红外光谱。因此从光谱的产生上可以知道，紫外光谱的产生主要在于其分子内部的价电子跃迁，所以紫外光谱具有更加快速、更高灵敏度等优点。
本发明利用的是不同大π-共轭体系之间的差异去获得不同的紫外吸收光谱，然后通过算法甄别紫外吸收光谱的细微差异，构建快速判别分析不同名优绿茶产区等级信息的模型，紫外光谱法是基于物质对不同波长的紫外光的吸收来测定物质成分和含量的方法，具有快速准确等显著特点，明显区别于近红外等现代分析方法。
本发明的核心创新点在于制备卟啉紫外探针，然后结合化学计量学构建一个快速判别分析不同名优绿茶产区等级信息的模型，此模型的建立可以有效填补目前市面上鉴别名优绿茶产区等级信息的痕量分析方法的空缺，从而使名优绿茶的鉴别分析更加高效精确。其中卟啉紫外探针相比于近红外全息探针具有快速、准确、痕量分析等优点，近红外全息探针虽然可以做到样品无损分析，但同时也有不能痕量分析、分辨率低、模型不通用等多个缺点，而卟啉紫外探针却可以很好的解决这些问题。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种卟啉紫外探针鉴别不同名优绿茶的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1、名优绿茶、四甲基吡啶卟啉以及四甲基吡啶卟啉-名优绿茶样品制备，具体为：
步骤1.1：精确称取一定量四甲基吡啶卟啉溶解到纯水中，配制成四甲基吡啶卟啉母液，再量取少量四甲基吡啶卟啉母液使用纯水稀释，得到四甲基吡啶卟啉稀释液；
步骤1.2：准确称取1.0000g±0.0010不同名优绿茶，用10mL纯水75℃水浴提取20min，高速离心20min取上清液，每种名优绿茶取上清液于EP管中，得到名优绿茶母液，每种名优绿茶母液精确量取100μL，用纯水稀释到1mL得到名优绿茶稀释液；
步骤1.3：称取一定量的名优绿茶母液、四甲基吡啶卟啉母液、纯水，配制成名优绿茶-四甲基吡啶卟啉混合液，构建名优绿茶-四甲基吡啶卟啉混合液的不同微环境，即得到四甲基吡啶卟啉探针作用下的名优绿茶样品；
步骤2、对四甲基吡啶卟啉稀释液、名优绿茶稀释液以及在四甲基吡啶卟啉探针作用下的名优绿茶样品进行紫外光谱扫描；
步骤3、基于偏最小二乘判别的化学计量学甄别不同名优绿茶紫外光谱信息之间的细微差异，从而判别不同名优绿茶产区品种等级信息。
2.如权利要求1所述的卟啉紫外探针鉴别不同名优绿茶的方法，其特征在于：步骤3具体步骤为：
步骤3.1：收集31种不同产区等级名优绿茶的紫外光谱数据，由于不同产区等级名优绿茶与四甲基吡啶卟啉溶液构建的微环境不同，从而导致不同绿茶间的紫外光谱信息存在细微差异，而这些细微差异就是区别其产地等级的特征信息；
步骤3.2：通过二阶导算法处理放大光谱信息间的细微差异，再与其产地等级信息对应，建立快速判别模型；
步骤3.3：将市面某种名优绿茶的紫外光谱信息与所述快速判别模型进行比对，从而得到此绿茶的产区等级信息，从而实现对不同名优绿茶产区等级信息的快速判别分析。
3.如权利要求1所述的卟啉紫外探针鉴别不同名优绿茶的方法，其特征在于：所述纯水均为UPTL-20L超纯水机制的纯水。
4.如权利要求1所述的卟啉紫外探针鉴别不同名优绿茶的方法，其特征在于：步骤1.1中溶解所用到的四甲基吡啶卟啉的量为0.0050g-0.010g，所得四甲基吡啶卟啉母液的浓度为0.0005g/mL-0.0010g/mL，四甲基吡啶卟啉母液用纯水稀释得到的四甲基吡啶卟啉稀释液的浓度为4×10-6g/mL-8×10-6g/mL。
5.如权利要求1或4所述的卟啉紫外探针鉴别不同名优绿茶的方法，其特征在于：步骤1.3中名优绿茶母液、四甲基吡啶卟啉母液、纯水的体积比为100：8：882。
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