CN111982973B - 一种利用气味指纹图谱无创评价牛乳清蛋白抗衰老性能的方法 - Google Patents

一种利用气味指纹图谱无创评价牛乳清蛋白抗衰老性能的方法 Download PDF

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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means

Abstract

本发明属于功能食品功效快速评价技术领域，公开了一种利用气味指纹图谱无创评价牛乳清蛋白抗衰老性能的方法。该方法包含以下步骤：(1)分别取牛乳清蛋白干预不同时间段小鼠粪便于容器中，密封静置获得挥发性气味物质的顶空气体；(2)将电子鼻传感器阵列与顶空气体接触，产生传感器响应信号，获得牛乳清蛋白干预不同时间小鼠粪便的气味指纹图谱；(3)从气味指纹图谱中提取特征数据，对牛乳清蛋白干预不同时间及对照组小鼠粪便进行定性分类，利用多元线性回归分析建立气味指纹图谱与小鼠周龄之间的相关性，并建立预测小鼠周龄的模型。这种方法实现了基于粪便气味评价牛乳清蛋白的抗衰老性能，为实验动物实施快速、无创的评价提供了依据。

Description

一种利用气味指纹图谱无创评价牛乳清蛋白抗衰老性能的 方法
技术领域
本发明涉及功能食品功效快速评价技术领域，涉及一种基于粪便气味评价食品功能性的方法，具体是涉及一种利用气味指纹图谱无创评价牛乳清蛋白抗衰老性能的方法。
背景技术
乳清蛋白是乳中除酪蛋白外多种蛋白质组分的统称，其具有促进蛋白质合成、矿物质吸收、降低血糖、降低血压和血脂水平、抑菌、抗癌和抗氧化等功能，此外乳清蛋白还可维持机体健康和修复损伤，提高菌群多样性，提高或维持肠道益生菌的相对丰度，同时降低肠道有害菌群的丰度。目前对于乳清蛋白的功能特性研究，主要是通过建立动物模型实验和人体临床试验进行探究，但是这种探究方法对实验动物的依赖大，致使实验动物的使用量呈逐年上升趋势，且为获取生理生化及形态学指标需处死实验动物，与动物保护主义背道而驰，此外分析过程繁琐，消耗大量人力、物力和财力。因此，在乳清蛋白的功能特性研究中对实验动物实施快速、无创的评价具有重要的科学意义。
电子鼻是利用气敏传感器阵列对挥发性气味物质的响应来识别简单和复杂气味信息，已在食品、农产品品质检测中广泛应用。粪便是机体整体代谢终产物输出的主要途径之一，其代谢物的变化不仅能够反映机体整体代谢的特征，还是膳食差异及营养调节影响的外在表现。然而，目前基于代谢物中挥发性成分呈味电子鼻检测的研究主要包含食品功能性成分体内功效评价，利用粪便挥发性气味物质的气味信息无创评价食品体内功能性的研究存在较大的空白。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种利用气味指纹图谱无创评价牛乳清蛋白抗衰老性能的方法。该方法利用气味指纹图谱对牛乳清蛋白干预不同阶段进行快速判别，可实现牛乳清蛋白干预小鼠周龄的快速判定和预测，可以无创评价牛乳清蛋白抗氧化性。
为达到本发明的目的，本发明利用气味指纹图谱无创评价牛乳清蛋白抗衰老性能的方法包含以下步骤：
(1)分别取牛乳清蛋白干预不同时间段小鼠粪便于容器中，密封静置，获得挥发性气味物质的顶空气体；
(2)将电子鼻传感器阵列与顶空气体接触，产生传感器响应信号，获得牛乳清蛋白干预不同时间小鼠粪便的气味指纹图谱；
(3)从气味指纹图谱中提取特征数据，用模式识别方法对牛乳清蛋白干预不同时间及对照组小鼠粪便进行定性分类，利用多元线性回归分析建立气味指纹图谱与小鼠周龄之间的相关性，并建立预测小鼠周龄的模型。
进一步地，在本发明的一些实施例中，所述步骤(1)中取100～400mg/(Kg·d)牛乳清蛋白。
进一步地，在本发明的一些实施例中，所述步骤(1)中小鼠粪便为1～3粒。
进一步地，在本发明的一些实施例中，所述步骤(1)中密封静置的时间为5～10min。
进一步地，在本发明的一些实施例中，所述步骤(1)中顶空气体的体积为150～500mL。
进一步地，在本发明的一些实施例中，所述步骤(2)中电子鼻传感器阵列与顶空气体接触时载气流速为200～400mL/min。
进一步地，在本发明的一些实施例中，所述步骤(3)中模式识别方法为典则判别分析、主成分分析和多元线性回归分析。
与现有技术相比，本发明提供的方法可以无创评价牛乳清蛋白抗氧化性，填补了气味指纹图谱分析在食品功能性评价方面的研究空白，扩宽了动物实验效果评定的方法，避免了处死实验动物。而且本发明的方法不需要预处理步骤，操作简单，检测效率高且灵敏，可实现牛乳清蛋白干预小鼠周龄的快速判定和预测，适合作为食品功能性评价的实时、快速方法。
附图说明
图1为牛乳清蛋白干预不同时间小鼠粪便气味觉雷达图；
图2为牛乳清蛋白和不同对照组干预7周后小鼠粪便气味的典则判别分析，其中，灌胃给药低浓度为每只100mg/(kg·d)、中浓度为每只200mg/(kg·d)、高浓度为每只400mg/(kg·d)；
图3为牛乳清蛋白干预不同时间小鼠粪便气味的典则判别分析两维得分图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。应当理解，以下描述仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。
当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1至5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1至4”、“1至3”、“1至2”、“1至2和4至5”、“1至3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。
此外，下面所描述的术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不是必须针对相同的实施例或示例。而且，本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1
一种利用气味指纹图谱无创评价牛乳清蛋白抗衰老性能的方法，包含以下步骤：
(1)分别取100～400mg/(Kg·d)牛乳清蛋白干预不同时间段小鼠粪便1～3粒于150～500mL烧杯中，密封静置5～10min，获得挥发性气味物质的顶空气体；
(2)于载气流速为200～400mL/min条件下将电子鼻传感器阵列与样品顶空气体接触，产生传感器响应信号，获得牛乳清蛋白干预不同时间小鼠粪便的气味指纹图谱；
(3)从气味指纹图谱中提取特征数据，用模式识别方法对牛乳清蛋白干预不同时间及对照组小鼠粪便进行定性分类，利用多元线性回归分析建立气味指纹图谱与小鼠周龄之间的相关性，并建立预测小鼠周龄的模型。
实施例2
牛乳清蛋白干扰小鼠粪便的处理方法及气味指纹图谱数据处理和建模方法。采用一个基于金属传感器气味传感器阵列的电子鼻，其传感器阵列由10个传感器组成，各传感器的名称和性能见表1。
表1气味信息及其对应传感器和敏感物质
Figure GDA0002681832180000051
这些传感器的功能是将牛乳清蛋白干扰小鼠粪便中不同气味物质在其表面的作用转化为可测量的电信号。
利用100～400mg/(Kg·d)牛乳清蛋白干预小鼠，收集干预不同时间段(第0、1、3、5、7周)粪便，取牛乳清蛋白干扰小鼠粪便样品1粒于150mL烧杯中，密封静置10min。建模集和验证集，每个时间段牛乳清蛋白干扰小鼠粪便样品均准备40个平行样品，设置电子鼻检测时间为60s，采样间隔为80s，选取传感器稳态第59s响应值进行分析。
如附图1所示，不同时间段牛乳清蛋白干扰小鼠粪便在传感器S1、S2、S3、S4和S5的气味指纹信息差异较小；在传感器S6、S7、S8、S9和S10的气味指纹信息有较大差异。
附图2是牛乳清蛋白和对照组干预7周后小鼠粪便气味的典则判别分析。利用粪便的电子鼻气味，典则判别分析基本可以实现鉴别不同干预小鼠粪便的气味，为基于气味信息的食品体内功能性评价提供了基础。
附图3是牛乳清蛋白干预不同时间小鼠粪便气味的典则判别分析两维得分图。前两个主成分的贡献率分别是83.82％和13.36％，其总贡献率达到97.18％。从附图3可以看出，牛乳清蛋白干预0、1、3、5、7周的小鼠粪便样品呈规律性分布，即干预时间越长其第1主成分分值越小。利用典则判别分析可以很好的区分牛乳清蛋白干预衰老小鼠的周期。
实施例3
在典则判别分析的基础上，进一步采用多元线性回归分析建立气味信息和小鼠周龄之间的相关性。将5种干预时间(第0、1、3、5、7周)小鼠粪便的气味信息作为建模集。利用电子鼻气味信息作为多元线性回归分析的参数进行回归，建立预测小鼠周龄的模型。
采用多元线性回归分析获得小鼠周龄预测模型：
小鼠周龄＝-24.229 S1+1.245 S2+6.908 S3-18.923 S4-9.047 S5-0.445 S6+0.994 S7+2.941 S8-4.81 S9-2.118 S10+50.723
上式中，S1～S10为气味指纹信息中的芳香成分、烷烃和有机硫化物等气味。
预测模型的决定系数R2＝0.8290，表明多元线性回归分析建立的预测模型有效。
表2给出了多元线性回归分析建立的预测模型对建模集样品和预测集样品的预测结果，预测结果误差范围允许在±1(动物实验差异较大)间波动，预测准确率为84％。由模型预测结果可以看出，可以建立气味指纹信息和小鼠周龄之间的关系，说明本发明对牛乳清蛋白干预小鼠周龄预测是可行的。
表2多元线性回归分析模型对建模集样品和预测集样品的预测结果
Figure GDA0002681832180000061
Figure GDA0002681832180000071
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种利用气味指纹图谱无创评价牛乳清蛋白抗衰老性能的方法，其特征在于，所述方法包含以下步骤：
(1)分别取牛乳清蛋白干预不同时间段小鼠粪便于容器中，密封静置，获得挥发性气味物质的顶空气体；
(2)将电子鼻传感器阵列与顶空气体接触，产生传感器响应信号，获得牛乳清蛋白干预不同时间小鼠粪便的气味指纹图谱；
(3)从气味指纹图谱中提取特征数据，用模式识别方法对牛乳清蛋白干预不同时间及对照组小鼠粪便进行定性分类，利用多元线性回归分析建立气味指纹图谱与小鼠周龄之间的相关性，并建立预测小鼠周龄的模型。
2.根据权利要求1所述的利用气味指纹图谱无创评价牛乳清蛋白抗衰老性能的方法，其特征在于，所述步骤(1)中取100～400mg/(Kg·d)牛乳清蛋白。
3.根据权利要求1所述的利用气味指纹图谱无创评价牛乳清蛋白抗衰老性能的方法，其特征在于，所述步骤(1)中小鼠粪便为1～3粒。
4.根据权利要求1所述的利用气味指纹图谱无创评价牛乳清蛋白抗衰老性能的方法，其特征在于，所述步骤(1)中密封静置的时间为5～10min。
5.根据权利要求1所述的利用气味指纹图谱无创评价牛乳清蛋白抗衰老性能的方法，其特征在于，所述步骤(1)中顶空气体的体积为150～500mL。
6.根据权利要求1所述的利用气味指纹图谱无创评价牛乳清蛋白抗衰老性能的方法，其特征在于，所述步骤(2)中电子鼻传感器阵列与顶空气体接触时载气流速为200～400mL/min。
7.根据权利要求1所述的利用气味指纹图谱无创评价牛乳清蛋白抗衰老性能的方法，其特征在于，所述步骤(3)中模式识别方法为典则判别分析和多元线性回归分析。
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