CN112179867B - 一种基于太赫兹波谱技术的微藻细胞中油脂的测定方法 - Google Patents

一种基于太赫兹波谱技术的微藻细胞中油脂的测定方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112179867B
CN112179867B CN202010994744.5A CN202010994744A CN112179867B CN 112179867 B CN112179867 B CN 112179867B CN 202010994744 A CN202010994744 A CN 202010994744A CN 112179867 B CN112179867 B CN 112179867B
Authority
CN
China
Prior art keywords
microalgae
detected
starch
absorption peak
terahertz
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010994744.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112179867A (zh
Inventor
邵咏妮
顾伟民
王雨田
彭滟
朱亦鸣
庄松林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Shanghai for Science and Technology
Original Assignee
University of Shanghai for Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Shanghai for Science and Technology filed Critical University of Shanghai for Science and Technology
Priority to CN202010994744.5A priority Critical patent/CN112179867B/zh
Publication of CN112179867A publication Critical patent/CN112179867A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112179867B publication Critical patent/CN112179867B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3581Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light using far infrared light; using Terahertz radiation
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3563Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing solids; Preparation of samples therefor
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N2021/3595Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light using FTIR
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10Biofuels, e.g. bio-diesel

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于太赫兹波谱技术的微藻细胞中油脂的测定方法,包括:采用傅里叶变换远红外光谱仪获取微藻细胞样本的太赫兹光谱原始信息,然后将所得的太赫兹光谱原始信息依次进行基线校正和去噪平滑预处理,最终得到待测微藻细胞的太赫兹光谱曲线,将待测微藻细胞在9.3THz处的太赫兹吸收峰面积值作为x代入y=1.133x‑0.197中,计算得到微藻细胞中的油脂含量。根据本发明,该测定方法不需要对样品进行前处理,操作简单,从而大大的节约了人力和时间的成本。

Description

一种基于太赫兹波谱技术的微藻细胞中油脂的测定方法
技术领域
本发明涉及微藻细胞中油脂含量的测定的技术领域,特别涉及一种基于太赫兹波谱技术的微藻细胞中油脂的测定方法。
背景技术
微藻用于生产生物柴油已经有了一定的研究,但是在微藻积累油脂的原理及积累的动态过程等方面研究还相对较少。目前研究发现,脂肪酸的合成需要经过一系列的酶促反应,参与酶促反应的酶包括丙酮酸脱氢酶、乙酰-CoA羧化酶、脂肪酸合酶等,而经过这一系列的反应后脂肪酸需要进入叶绿体、内质网和细胞溶胶等细胞结构中进行长链脂肪酸的合成。各种藻类合成的脂肪酸成分与含量有较大的差异,脂肪酸在微藻干重中的比例也有显著差距,甚至在不同的培养条件下同种微藻内的脂肪酸成分和含量也会有产生影响。将微藻用于生产生物柴油时,细胞中的脂肪酸含量是重要的考虑因素之一。但是目前的检测手段对于微藻内油脂成分及含量的检测耗时长并且预处理复杂,不仅无法及时检测细胞内油脂含量并且无法对油脂积累的机理进行快速准确研究。
太赫兹(Terahertz)波的范围为0.1-10THz,介于微波和红外区域之间(图1.2)。由于缺乏有效的光源和检测器,直到1980年代物理技术发展之前,电子与光子之间的“太赫兹间隙”一直未得到开发。近年来由于太赫兹光谱技术的快速发展,该波段光谱技术已被广泛应用于生物学等领域。在太赫兹区域的电磁光谱中,傅里叶变换远红外光谱技术是目前最流行的两种技术之一。
自2000年以来,傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)因分析速度快、无化学污染、无复杂样品处理等优点,已被用于检测微藻中的大分子。例如,Giordano等研究了在氮限制条件下Chaetoceros muelleri L的碳分配模式,他们认为在这种条件下,碳是直接用于脂质而不是蛋白质和叶绿素的合成,而与氮的来源无关。Heraud等研究了使用红外显微技术检查了磷和氮的供应恢复后微藻中脂质和蛋白质的分布。Sigee等基于FTIR显微技术研究了海藻在磷限制期间的碳分配,并表明在细胞磷限制下,该微藻中的脂质积累比细胞外磷饥饿更为明显。虽然FTIR已被广泛应用于研究微藻,但是研究者的工作大多基于中红外波段,而忽视了太赫兹(远红外)波段。与主要反映分子内振动的中红外和拉曼光谱相反,太赫兹波段的光谱信息富含分子间弱相互作用和大分子骨架振动等,这与分子结构更直接相关。
目前微藻细胞中的油脂含量检测方法主要采用干重法和气相色谱质谱法(GC-MS)方法,这些方法需要对样品进行前处理,因此该检测方法存在操作过程繁琐,耗时费力,需要消耗大量的有机试剂,难以实现大批量地快速定量检测等技术问题。
发明内容
针对现有技术中存在的不足之处,本发明的目的是提供一种基于太赫兹波谱技术的微藻细胞中油脂的测定方法,该测定方法不需要对样品进行前处理,操作简单,从而大大的节约了人力和时间的成本。为了实现根据本发明的上述目的和其他优点,提供了一种基于太赫兹波谱技术的微藻细胞中油脂的测定方法,包括以下步骤:
S1、采用傅里叶变换远红外光谱仪测定淀粉标准品的太赫兹光谱曲线,计算淀粉标准品在9.0THz和10.5THz的吸收峰面积值为S”淀粉
S2、制备待测藻细胞样品,并且制备待测微藻薄膜样品;
S3、将步骤S2所得的待测微藻薄膜样品,放置于中空的样品架上,然后放置在傅里叶变换远红外光谱仪的载物台上,傅立叶变换远红外光谱参数设置为分辨率为0.06THz(2cm-1),扫描次数为128次,使用Bruker 66v/s傅里叶变换光谱仪测量范围在2-20.4THz;
S4、利用淀粉标准品在9.0THz和10.5THz的吸收峰面积S9.0和S10.5之和S淀粉和待测微藻细胞太赫兹光谱曲线在17.3THz处的吸收峰峰强H17.3,淀粉标准品在9.0THz、10.5THz吸收峰面积之和与17.3THz的太赫兹峰强的比值A=10.5,计算出待测微藻细胞在9.3THz处其含有淀粉的太赫兹吸收峰面积S’淀粉,即S’淀粉=A*H17.3
S5、将待测微藻细胞在9.3THz的吸收峰面积S9.3扣除其在9.3THz处其含有淀粉的吸收峰面积S’淀粉,即得到待测微藻细胞不含淀粉,仅为油脂在9.3THz的吸收峰面积S油脂,即S油脂=S9.3-S’淀粉
S6、通过17.3THz处吸收峰峰强和9.3THz处的吸收峰面积的比值的关系,得到油脂含量的计算公式:y=1.133x-0.197,其中y为油脂含量(%),x为仅油脂在9.3THz的吸收峰面积S油脂。将S油脂作为x代入到公式中,即得待测微藻细胞中的油脂含量y(%)。
优选的,所述步骤S2还包括以下步骤:
S21、选取斜生栅藻为待测微藻作为待测微藻,将待测微藻接种到装有微藻培养基的2000ml锥形瓶中,然后置于简易光生物培养机上,控制温度25℃、相对湿度为80%、光照强度2500Lux-3500Lux进行光照培养一周,光照培养过程中每24h中光照12h、黑暗12h,得到微藻液;
S22、取稳定期的微藻作为待测微藻液,在室温下以9000r/min的速度离心5min得到藻泥,用蒸馏水洗涤藻泥两次并重复离心;
S23、取湿重200mg藻泥将配成1ml的藻液添加到直径为20mm的平滑聚乙烯模具中,放入烘干机中,并在40℃下干燥6h。最后样品被制成厚度为20μm的薄膜进行测量。
优选的,所述步骤S3还包括以下步骤:
S31、消除大气水汽的吸收贡献,仪器的整个光路采用Nidec旋转真空泵,得到待测微藻细胞样品太赫兹光谱原始信息;
S32、然后将所得到的待测微藻细胞样品太赫兹光谱原始信息依次进行基线校正和去噪平滑预处理,最终得到待测微藻细胞的太赫兹光谱曲线,进一步得到待测微藻细胞在9.3THz处的吸收峰面积为S9.3,在17.3THz的吸收峰峰强为H17.3
优选的,所述步骤S1还包括以下步骤:
S11、将淀粉标准品压片,放置于中空的样品架上,然后放置在傅里叶变换远红外光谱仪的载物台上,傅立叶变换远红外光谱参数设置为分辨率为0.06THz(2cm-1),扫描次数为128次,使用Bruker 66v/s傅里叶变换光谱仪测量范围在2-20.4THz;
S12、消除大气水汽的吸收贡献,仪器的整个光路采用Nidec旋转真空泵,得到待测淀粉标准品太赫兹光谱原始信息。然后将所得到的太赫兹光谱原始信息依次进行基线校正和去噪平滑预处理,最终得到淀粉标准品的太赫兹光谱曲线。
优选的,所述的基线校正是采用Unscrambler软件对太赫兹光谱原始信息进行处理,所述的去噪平滑处理是采用卷积平滑方法对太赫兹光谱原始信息进行处理。
本发明与现有技术相比,其有益效果是:由于采用快速/非破坏的太赫兹光谱信号采集,因此其测定过程不需要配制任何溶液以及化学测定,大大简化了操作步骤,缩短了检测时间,也避免了由于操作人员操作不熟练或者主观因素带来的测量结果不准确等后果。
附图说明
图1为根据本发明的一种基于太赫兹波谱技术的微藻细胞中油脂的斜生栅藻的太赫兹光谱曲线图;
图2为根据本发明的一种基于太赫兹波谱技术的微藻细胞中油脂的测定方法的淀粉的太赫兹光谱曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明的实施例中所用的Bruker 66v/s傅里叶变换光谱仪,生产厂家德国Bruker公司。
所述的Unscrambler软件,CAMO AS,Oslo,Norway;
所述的卷积平滑方法,详见参考文献1。
本发明的实施例中所用的斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)购置于中国科学院野生生物种质库——淡水藻种库。
本发明的实施例中所用的BG11培养基,按每升计算,其含10ml浓度为150.0g/L的NaNO3、10ml浓度为4.0g/L的K2HPO4、10ml浓度为7.5g/L的MgSO4·7H2O、10ml浓度为3.6g/L的CaCl2·2H2O、10ml浓度为0.6g/L的柠檬酸水溶液、10ml浓度为0.6g/L的柠檬酸铁铵、10ml浓度为0.1g/L的EDTANa2水溶液,10ml浓度为2.0g/L的Na2CO3水溶液及1ml的A5溶液,余量为水,在120℃条件下灭菌30min,待冷却至室温后待用;
其中所用的A5溶液,按每升计算,其含2.86g的H3BO3,1.86g的MnCl2·4H2O,0.22g的ZnSO4·7H2O,0.39g的Na2MoO4·2H2O,0.08g的CuSO4·5H2O,0.05g的Co(NO3)2·6H2O,余量为水。
所用的无氮(BG11-N)培养基,按每升计算,其含10ml浓度为50.0g/L的NaNO3、10ml浓度为4.0g/L的K2HPO4、10ml浓度为7.5g/L的MgSO4·7H2O、10ml浓度为3.6g/L的CaCl2·2H2O、10ml浓度为0.6g/L的柠檬酸水溶液、10ml浓度为0.6g/L的柠檬酸铁铵、10ml浓度为0.1g/L的EDTANa2水溶液,10ml浓度为2.0g/L的Na2CO3水溶液及1ml的A5溶液,余量为水,在120℃条件下灭菌30min,待冷却至室温后待用;
其中所用的A5溶液,按每升计算,其含2.86g的H3BO3,1.86g的MnCl2·4H2O,0.22g的ZnSO4·7H2O,0.39g的Na2MoO4·2H2O,0.08g的CuSO4·5H2O,0.05g的Co(NO3)2·6H2O,余量为水
参照图1-2,一种基于太赫兹波谱技术的微藻细胞中油脂的测定方法,包括以下步骤:
S1、采用傅里叶变换远红外光谱仪测定淀粉标准品的太赫兹光谱曲线,计算淀粉标准品在9.0THz和10.5THz的吸收峰面积值为S淀粉
S2、制备待测藻细胞样品,并且制备待测微藻薄膜样品;
S3、将步骤S2所得的待测微藻薄膜样品,放置于中空的样品架上,然后放置在傅里叶变换远红外光谱仪的载物台上,傅立叶变换远红外光谱参数设置为分辨率为0.06THz(2cm-1),扫描次数为128次,使用Bruker 66v/s傅里叶变换光谱仪测量范围在2-20.4THz;
S4、利用淀粉标准品在9.0THz和10.5THz的吸收峰面积S9.0和S10.5之和S淀粉和待测微藻细胞太赫兹光谱曲线在17.3THz处的吸收峰峰强H17.3,淀粉标准品在9.0THz、10.5THz吸收峰面积之和与17.3THz的太赫兹峰强的比值A=10.5,计算出待测微藻细胞在9.3THz处其含有淀粉的太赫兹吸收峰面积S’淀粉,即S’淀粉=A*H17.3
S5、将待测微藻细胞在9.3THz的吸收峰面积S9.3扣除其在9.3THz处其含有淀粉的吸收峰面积S’淀粉,即得到待测微藻细胞不含淀粉,仅为油脂在9.3THz的吸收峰面积S油脂,即S油脂=S9.3-S’淀粉
S6、通过17.3THz处吸收峰峰强和9.3THz处的吸收峰面积的比值的关系,得到油脂含量的计算公式:y=1.133x-0.197,其中y为油脂含量(%),x为仅油脂在9.3THz的吸收峰面积S油脂。将S油脂作为x代入到公式中,即得待测微藻细胞中的油脂含量y(%)。
进一步的,所述步骤S2还包括以下步骤:
S21、选取斜生栅藻为待测微藻作为待测微藻,将待测微藻接种到装有微藻培养基的2000ml锥形瓶中,然后置于简易光生物培养机上,控制温度25℃、相对湿度为80%、光照强度2500Lux-3500Lux进行光照培养一周,光照培养过程中每24h中光照12h、黑暗12h,得到不同天数的微藻液;
上述每个锥形瓶中放入磁力转子,在微藻初级培养平台上,利用磁力搅拌器每天多次进行搅拌,以确保CO2在瓶中的溶解量,待测微藻为斜生栅藻;首先采用BG11培养基进行培养,待测斜生栅藻达到稳定期,然后将培养基换成BG11-N,上述待测微藻光照培养过程中从开始光照培养直至光照培养结束,每隔48h取一次样测量微藻生物量,生物量的测定采用血小板计数法;然后按照培养时间和微藻生物量的关系,判断待测微藻生命周期;光照培养至144h时,待测蛋白核小球藻达到稳定期;六个锥形瓶待测微藻,均取光照培养达到稳定期的微藻液作为待测微藻液;
S22、取稳定期的微藻作为待测微藻液,在室温下以9000r/min的速度离心5min得到藻泥,用蒸馏水洗涤藻泥两次并重复离心;
S23、取湿重200mg藻泥将配成1ml的藻液添加到直径为20mm的平滑聚乙烯模具中,放入烘干机中,并在40℃下干燥6h。最后样品被制成厚度为20μm的薄膜进行测量。
进一步的,所述步骤S3还包括以下步骤:
S31、消除大气水汽的吸收贡献,仪器的整个光路采用Nidec旋转真空泵,得到待测微藻细胞样品太赫兹光谱原始信息,然后将所得到的太赫兹光谱原始信息依次进行基线校正和去噪平滑预处理,最终得到9.0THz、10.5THz吸收峰面积之和与17.3THz的太赫兹峰强的比值为A=10.5;
通过图1中不同天数的微藻光谱数据分析发现,随着时间的增加,油脂含量逐渐积累,其在9.3THz处出现明显特征峰,而这特征峰对应于C=O,-COO-振动。而淀粉的太赫兹光谱(图2a)在9.0和10.5THz处存在两个吸收峰,这很可能加大微藻中油脂分子中的C=O,-COO-在9.3THz的特征峰表现,使得微藻油脂含量偏大(图2b)。因此在计算上述微藻油脂含量时,有必要扣除淀粉在9.0和10.5THz处吸收峰面积的影响;
S32、然后将所得到的待测微藻细胞样品太赫兹光谱原始信息依次进行基线校正和去噪平滑预处理,最终得到待测微藻细胞的太赫兹光谱曲线,进一步得到待测微藻细胞在9.3THz处的吸收峰面积为S9.3,在17.3THz的吸收峰峰强为H17.3,然后将所得到的待测微藻细胞样品太赫兹光谱原始信息依次进行基线校正和去噪平滑预处理,最终得到待测微藻细胞的太赫兹光谱曲线,进一步得到待测微藻细胞在9.3THz处的不同天数的吸收峰面积为S09.3、S29.3、S49.3、S69.3、S89.3、S109.3,在17.3THz的吸收峰峰强为H017.3、H217.3、H417.3、H617.3、H817.3、H1017.3
进一步的,所述步骤S1还包括以下步骤:
S11、将淀粉标准品压片,放置于中空的样品架上,然后放置在傅里叶变换远红外光谱仪的载物台上,傅立叶变换远红外光谱参数设置为分辨率为0.06THz(2cm-1),扫描次数为128次,使用Bruker 66v/s傅里叶变换光谱仪测量范围在2-20.4THz;
S12、消除大气水汽的吸收贡献,仪器的整个光路采用Nidec旋转真空泵,得到待测淀粉标准品太赫兹光谱原始信息。然后将所得到的太赫兹光谱原始信息依次进行基线校正和去噪平滑预处理,最终得到淀粉标准品的太赫兹光谱曲线。
进一步的,所述的基线校正是采用Unscrambler软件对太赫兹光谱原始信息进行处理,所述的去噪平滑处理是采用卷积平滑方法对太赫兹光谱原始信息进行处理。
进一步的,利用步骤S1所得的淀粉标准品在9.0THz、10.5THz吸收峰面积之和与17.3THz的太赫兹峰强的比值A=10.5及步骤S3所得的0、2、4、6、8、10天待测微藻细胞的太赫兹光谱曲线在17.3THz处的吸收峰峰强为H017.3、H217.3、H417.3、H617.3、H817.3、H1017.3,分别计算出不同天数待测微藻细胞在9.3THz处其含有淀粉的太赫兹吸收峰面积值S0’淀粉=A*H017.3、S2’淀粉=A*H217.3、S4’淀粉=A*H417.3、S6’淀粉=A*H617.3、S8’淀粉=A*H817.3、S10’淀粉=A*H1017.3
将S3所得的0、2、4、6、8、10天待测微藻细胞在9.3THz的太赫兹吸收峰面积S09.3、S29.3、S49.3、S69.3、S89.3、S109.3扣除其在9.3THz处其含有淀粉的太赫兹吸收峰面积S0’淀粉、S2’淀粉、S4’淀粉、S6’淀粉、S8’淀粉、S10’淀粉,即得到待测微藻细胞不含淀粉,仅为油脂在9.3THz的太赫兹吸收峰面积S0油脂、S2油脂、S4油脂、S6油脂、S8油脂、S10油脂,即S0油脂=S09.3-S0’淀粉、S2油脂=S29.3-S2’淀粉、S4油脂=S49.3-S4’淀粉、S6油脂=S69.3-S6’淀粉、S8油脂=S89.3-S8’淀粉、S10油脂=S109.3-S10’淀粉、;
通过17.3THz处吸收峰峰强和9.3THz处的吸收峰面积的比值的关系,得到油脂含量的计算公式:y=1.133x-0.197,其中y为油脂含量(%),x为仅油脂在9.3THz的吸收峰面积S油脂。将不同天数S油脂作为x代入到公式中,即得待测微藻细胞中的油脂含量y(%)。
分别从0、2、4、6、8、10天待测微藻液细胞样品取18个样进行测定,最终所得到不同天数斜生栅藻光谱在9.3THz处油脂吸收峰面积S油脂的平均值、S油脂的标准偏差,不同天数斜生栅藻的油脂含量y的平均值和y的标准偏差,具体如表1所示:
表1.不同天数斜生栅藻光谱在9.3THz处油脂吸收峰面积(S油脂)、太赫兹光谱法预测油脂含量(y)和真实油脂含量(y’)结果表(校正后)
Figure GDA0003856596400000111
对照实施例
气相色谱质谱法(GC-MS)(Samek等人(2011))是目前微藻油脂分析的主要方法。本发明人借助气质联用GC-MS的方法(采用的仪器是赛默飞TSQ8000 Evo三重四极杆气质联用仪,型号TSQ 8000Evo,美国)检测计算得到斜生栅藻细胞中的油脂含量为y’(见表1)。
通过上述表1的对比,本发明的测定方法中得到的斜生栅藻细胞中的油脂含量与GC-MS测得的斜生栅藻细胞中的油脂含量值的平均值误差小于14.2%。比较不同天数微藻校正后的数据发现太赫兹光谱法测得油脂含量的标准偏差平均值为3.8%,GC-MS测得油脂含量的标准偏差平均值为2.8%。由此表明了本发明的微藻细胞中的油脂含量的测定方法的可靠性与精度是可行的。
综上所述,本发明的一种基于太赫兹波谱技术的微藻细胞中油脂含量的测定方法,解决了微藻细胞中的油脂含量检测方法存在操作过程繁琐,耗时费力,需要消耗大量的有机试剂等技术问题。经与国标法GC-MS比较以后,得到该计算方法的可靠性与精度是可行的,可以应用于实际生产中对微藻细胞中油脂含量的测定。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的,对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。尽管本发明的实施方案已公开如上,但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用,它完全可以被适用于各种适合本发明的领域,对于熟悉本领域的人员而言,可容易地实现另外的修改,因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下,本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (5)

1.一种基于太赫兹波谱技术的微藻细胞中油脂的测定方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、采用傅里叶变换远红外光谱仪测定淀粉标准品的太赫兹光谱曲线,计算淀粉标准品在9.0THz和10.5THz的吸收峰面积值;
S2、制备待测藻细胞样品,并且制备待测微藻薄膜样品;
S3、将步骤S2所得的待测微藻薄膜样品,放置于中空的样品架上,然后放置在傅里叶变换远红外光谱仪的载物台上,傅立叶变换远红外光谱参数设置为分辨率为0.06 THz (2cm-1),扫描次数为128次,使用Bruker 66v/s傅里叶变换光谱仪测量范围在2-20.4 THz;
S4、利用淀粉标准品在9.0THz和10.5THz的吸收峰面积S9.0和S10.5之和S淀粉和待测微藻细胞太赫兹光谱曲线在17.3THz处的吸收峰峰强H17.3,淀粉标准品在9.0THz、10.5THz吸收峰面积之和与17.3THz的太赫兹峰强的比值A=10.5,计算出待测微藻细胞在9.3THz处其含有淀粉的太赫兹吸收峰面积S’淀粉,即S’淀粉=A* H 17.3
S5、将待测微藻细胞在9.3THz的吸收峰面积S9.3扣除其在9.3THz处其含有淀粉的吸收峰面积S’淀粉,即得到待测微藻细胞不含淀粉,仅为油脂在9.3THz的吸收峰面积S油脂,即S油脂=S9.3-S’淀粉
S6、通过17.3THz处吸收峰峰强和9.3THz处的吸收峰面积的比值的关系,得到油脂含量的计算公式:y=1.133x-0.197,其中y为油脂含量(%),x为仅油脂在9.3THz的吸收峰面积S油脂,将S油脂作为x代入到公式中,即得待测微藻细胞中的油脂含量y(%)。
2.如权利要求1所述的一种基于太赫兹波谱技术的微藻细胞中油脂的测定方法,其特征在于,所述步骤S2还包括以下步骤:
S21、选取斜生栅藻为待测微藻,将待测微藻接种到装有微藻培养基的2000ml锥形瓶中,然后置于简易光生物培养机上,控制温度25℃、相对湿度为80%、光照强度2500Lux-3500Lux进行光照培养一周,光照培养过程中每24h中光照12h、黑暗12h,得到微藻液;
S22、取稳定期的微藻作为待测微藻液,在室温下以9000 r / min的速度离心5 min得到藻泥,用蒸馏水洗涤藻泥两次并重复离心;
S23、取湿重200mg藻泥将配成1 ml的藻液添加到直径为20 mm 的平滑聚乙烯模具中,放入烘干机中,并在40℃下干燥6h,最后样品被制成厚度为20μm的薄膜进行测量。
3.如权利要求1所述的一种基于太赫兹波谱技术的微藻细胞中油脂的测定方法,其特征在于,所述步骤S3还包括以下步骤:
S31、消除大气水汽的吸收贡献,仪器的整个光路采用Nidec旋转真空泵,得到待测微藻细胞样品太赫兹光谱原始信息;
S32、然后将所得到的待测微藻细胞样品太赫兹光谱原始信息依次进行基线校正和去噪平滑预处理,最终得到待测微藻细胞的太赫兹光谱曲线,进一步得到待测微藻细胞在9.3THz处的吸收峰面积为S9.3,在17.3THz的吸收峰峰强为H17.3
4.如权利要求1所述的一种基于太赫兹波谱技术的微藻细胞中油脂的测定方法,其特征在于,所述步骤S1还包括以下步骤:
S11、将淀粉标准品压片,放置于中空的样品架上,然后放置在傅里叶变换远红外光谱仪的载物台上,傅立叶变换远红外光谱参数设置为分辨率为0.06 THz (2 cm-1),扫描次数为128次,使用Bruker 66v/s傅里叶变换光谱仪测量范围在2-20.4 THz;
S12、消除大气水汽的吸收贡献,仪器的整个光路采用Nidec旋转真空泵,得到待测淀粉标准品太赫兹光谱原始信息,然后将所得到的太赫兹光谱原始信息依次进行基线校正和去噪平滑预处理,最终得到淀粉标准品的太赫兹光谱曲线。
5.如权利要求3或4所述的一种基于太赫兹波谱技术的微藻细胞中油脂的测定方法,其特征在于,所述的基线校正是采用Unscrambler软件对太赫兹光谱原始信息进行处理,所述的去噪平滑处理是采用卷积平滑方法对太赫兹光谱原始信息进行处理。
CN202010994744.5A 2020-09-21 2020-09-21 一种基于太赫兹波谱技术的微藻细胞中油脂的测定方法 Active CN112179867B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010994744.5A CN112179867B (zh) 2020-09-21 2020-09-21 一种基于太赫兹波谱技术的微藻细胞中油脂的测定方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010994744.5A CN112179867B (zh) 2020-09-21 2020-09-21 一种基于太赫兹波谱技术的微藻细胞中油脂的测定方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112179867A CN112179867A (zh) 2021-01-05
CN112179867B true CN112179867B (zh) 2022-11-29

Family

ID=73956797

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010994744.5A Active CN112179867B (zh) 2020-09-21 2020-09-21 一种基于太赫兹波谱技术的微藻细胞中油脂的测定方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112179867B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113655023B (zh) * 2021-07-15 2023-09-05 上海理工大学 一种检测低浓度莠去津快速检测的方法
CN113640245A (zh) * 2021-07-15 2021-11-12 上海理工大学 一种检测氮胁迫下雨生红球藻中β-胡萝卜素、虾青素、淀粉的方法
CN114414519B (zh) * 2022-01-24 2023-07-25 上海理工大学 一种水体重金属种类及浓度检测的方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102323261A (zh) * 2011-08-01 2012-01-18 大连大学 一种海洋微藻细胞内淀粉含量的测定方法
CN103592283A (zh) * 2013-11-21 2014-02-19 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 一种快速检测微藻产能过程的方法
CN106124435A (zh) * 2016-07-04 2016-11-16 江苏大学 基于可见光、近红外、太赫兹融合光谱技术的大米新陈品质检测装置及检测方法
CN107255626A (zh) * 2017-07-04 2017-10-17 江南大学 一种淀粉基油炸食品中油脂含量的快速测定方法
CN108398400A (zh) * 2018-01-18 2018-08-14 河南工业大学 利用太赫兹成像无损检测小麦中脂肪酸含量的方法
CN108663350A (zh) * 2018-06-04 2018-10-16 上海理工大学 一种微藻细胞中的脂肪酸不饱和度的测定方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010042096A2 (en) * 2007-09-19 2010-04-15 Monsanto Technology Llc Systems and methods for analyzing agricultural products
US8193503B2 (en) * 2009-12-09 2012-06-05 Emcore Corporation Method of detecting organic materials using terahertz spectroscopy
US10914678B2 (en) * 2019-03-13 2021-02-09 University Of Shanghai For Science And Technology Method for quantitative detection of blood lipid content in blood based on terahertz spectroscopy

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102323261A (zh) * 2011-08-01 2012-01-18 大连大学 一种海洋微藻细胞内淀粉含量的测定方法
CN103592283A (zh) * 2013-11-21 2014-02-19 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 一种快速检测微藻产能过程的方法
CN106124435A (zh) * 2016-07-04 2016-11-16 江苏大学 基于可见光、近红外、太赫兹融合光谱技术的大米新陈品质检测装置及检测方法
CN107255626A (zh) * 2017-07-04 2017-10-17 江南大学 一种淀粉基油炸食品中油脂含量的快速测定方法
CN108398400A (zh) * 2018-01-18 2018-08-14 河南工业大学 利用太赫兹成像无损检测小麦中脂肪酸含量的方法
CN108663350A (zh) * 2018-06-04 2018-10-16 上海理工大学 一种微藻细胞中的脂肪酸不饱和度的测定方法

Non-Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Liu Wei.《Application of terahertz spectroscopy in biomolecule detection》.《Frontiers in Laboratory Medicine》.2019,127-133. *
Xue Li.《Review of NIR spectroscopy methods for nondestructive quality analysis of oilseeds and edible oils 》.《Trends in Food Science & Technology》.2020,172-181. *
Yongni Shao.《Lipids monitoring in Scenedesmus obliquus based on terahertz technology》.《Biotechnology for Biofuels》.2020,第13卷(第161期), *
原喆.《基于近红外光谱的油料油脂检测技术研究》.《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士)工程科技Ⅰ辑》.2019, *
方蕙.《基于显微拉曼对氮胁迫下微藻油脂变化的研究》.《光谱学与光谱分析》.2017,第37卷(第10期),3108-3111. *
李珂.《核诱变及高碳诱导提高雨生红球藻生长固碳速率和虾青素含量》.《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(博士)工程科技Ⅰ辑》.2018, *
赵艳.《低氮胁迫对蛋白核小球藻生化组分和絮凝性能的影响》.《植物营养与肥料学报》.2019,第25卷(第3期),489-497. *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112179867A (zh) 2021-01-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112179867B (zh) 一种基于太赫兹波谱技术的微藻细胞中油脂的测定方法
Meng et al. Application of Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy in determination of microalgal compositions
Jiang et al. Rapid determination of pH in solid-state fermentation of wheat straw by FT-NIR spectroscopy and efficient wavelengths selection
Liebmann et al. Determination of glucose and ethanol in bioethanol production by near infrared spectroscopy and chemometrics
Lu et al. Quantitative determination and characteristic wavelength selection of available nitrogen in coco-peat by NIR spectroscopy
Liu et al. Rapid determination of lignocellulose in corn stover based on near-infrared reflectance spectroscopy and chemometrics methods
Wei et al. Determination of branched-amino acid content in fermented Cordyceps sinensis mycelium by using FT-NIR spectroscopy technique
Chen et al. Uncover the flavor code of roasted sesame for sesame flavor baijiu: Advance on the revelation of aroma compounds in sesame flavor baijiu by means of modern separation technology and molecular sensory evaluation
Dai et al. Four-channel fluorescent sensor array based on various functionalized CdTe quantum dots for the discrimination of Chinese baijiu
Shao et al. Lipids monitoring in Scenedesmus obliquus based on terahertz technology
Li et al. In situ and non-destructive detection of the lipid concentration of Scenedesmus obliquus using hyperspectral imaging technique
Shao et al. Measuring heavy metal ions in water using nature existed microalgae as medium based on terahertz technology
Drieschner et al. Direct optical detection of cell density and viability of mammalian cells by means of UV/VIS spectroscopy
Ju et al. Targeted metabolomic and transcript level analysis reveals quality characteristic of Chinese wild grapes (Vitis davidii Foex)
Chu et al. Visible/Short-wave near-infrared hyperspectral analysis of lipid concentration and fatty acid unsaturation of Scenedesmus obliquus in situ
Nie et al. GC-TOF-MS-based non-targeted metabolomic analysis of differential metabolites in chinese ultra-long-term industrially fermented kohlrabi and their associated metabolic pathways
Xue et al. Comparison of the performance of different one-dimensional convolutional neural network models-based near-infrared spectra for determination of chlorpyrifos residues in corn oil
Zhang et al. Determination of intracellular lipid and main fatty acids of Nannochloropsis oceanica by ATR-FTIR spectroscopy
Che et al. Quantification of photosynthetic pigments in Neopyropia yezoensis using hyperspectral imagery
Zhu et al. Remote sensing of terrestrial gross primary productivity: a review of advances in theoretical foundation, key parameters and methods
Yamashita et al. Potential of spectroscopic analyses for non-destructive estimation of tea quality-related metabolites in fresh new leaves
Coat et al. Unravelling the matrix effect of fresh sampled cells for in vivo unbiased FTIR determination of the absolute concentration of total lipid content of microalgae
Zong et al. Identification of Baijiu based on the Raman spectroscopy and back-propagation neural network optimized using genetic algorithm
He et al. A turn-on fluorescence molecularly imprinted sensor based on covalent organic framework for specific and visual detection of α-dicarbonyl compounds
Zhang et al. Development and Validation of Near‐Infrared Methods for the Quantitation of Caffeine, Epigallocatechin‐3‐gallate, and Moisture in Green Tea Production

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant