马铃薯全粉与面粉共混物的官能团图谱分析方法与流程

本发明涉及利用红外光来测试或分析材料的检测方法，具体涉及一种马铃薯全粉与面粉共混物的官能团图谱分析方法。

背景技术：

2015年初我国启动了马铃薯主粮化战略，以新鲜马铃薯为原料，经挑选、清洗、去皮、切片、漂洗、预煮、冷却、蒸煮、捣泥、脱水干燥等工艺过程制得马铃薯全粉。马铃薯全粉易贮藏，且保持了马铃薯特有的营养和风味，将其与面粉按一定比例混合后加工制成馒头、面条等适合中国人饮食习惯的主食，这将大大改善和丰富我国居民的膳食营养结构，满足人体对营养配比的需要。但目前马铃薯主粮化推进过程中存在马铃薯全粉专用品种缺乏，马铃薯主粮中马铃薯全粉混合比例较低，马铃薯主粮产品价格高昂等问题。

近年来出现了一些针对马铃薯淀粉、马铃薯全粉及其制品进行检测的技术，如近红外光谱建模分析。基于近红外光谱的研究主要针对马铃薯全粉中还原糖、蛋白质等营养成分进行了定量分析，还有学者对干物质、淀粉等进行了定量分析。很多近红外模型预测结果精准，但建模所需样本量大，而且模型失效有待解决。

二维相关光谱技术是将原本在一维空间的光谱拓展到二维空间，以达到增强光谱分辨率的效果，二维相关光谱技术常结合红外光谱检测技术一起使用，红外光谱图分为特征频率区和指纹区，特征频率区的吸收峰数目不多，但具有很强的特征性，在基团鉴定工作上很有价值。指纹区峰多而复杂，没有强的特征性，但当分子结构稍有不同时，该区吸收峰就会产生细微差异，指纹区对于区别结构类似的化合物很有帮助。所以二维相关光谱技术结合红外光谱技术后，就可通过测定分子内各基团相应微扰所导致红外振动光谱的影响，运用数学相关分析技术对获得的动态光谱进行处理得到二维相关红外谱图，利用更高分辨率的二维谱图上自动峰及相关峰峰簇的位置、数量和强度等的不同，不仅能鉴别出各谱峰的具体归属，还提供了各物质分子之间微观变化的信息，进而获得分子结构变化的信息。对于复杂体系的鉴别研究，具有一定的实际意义。目前该方法已经被广泛的应用于物理、化学、材料、生物、医学等各个领域，但是在马铃薯主粮化领域还未见应用。

技术实现要素：

针对背景技术中存在的问题和不足，本发明的目的在于提供一种马铃薯全粉与面粉共混物的官能团图谱分析方法，在衰减全反射采集模式下采集样品在温度外扰下的一系列红外光谱，进一步获得同步二维相关光谱，然后对不同样品二维相关同步谱间差异进行分析，揭示不同品种马铃薯全粉与面粉在不同混合比例下它们之间相应各官能团的变化规律，既解决了传统湿法化学方法检测成本高，环境不友好等缺点，也有效弥补了近红外光谱建模分析法模型失效的不足。

本发明采用的技术方案的步骤如下：

1)制备多个品种的马铃薯全粉和面粉的混合样品，多个品种的马铃薯全粉和面粉的混合样品比例分别为30％、35％、40％、45％或50％；然后采集温度外扰下多个品种的马铃薯全粉和面粉的混合样品的红外光谱；

2)计算步骤1)中混合样品的红外光谱的受温度外扰t诱发的动态光谱，动态光谱表示为：

式中，y(v，t)是在整个微扰过程(从t＝-T/2到t＝T/2)中微扰为t时变量v处的光谱强度；是参考光谱，参考光谱的选择由静态光谱或时间平均光谱设定，定义为：

3)对各样品的动态光谱进行二维相关分析，获得对应的同步二维相关光谱；

在微扰t作用下，等间距的测得m个数据点(如在相等温度间隔时测量样品的红外光谱)则从t＝-T/2到t＝T/2的动态光谱可表示为：

同步二维相关光谱代表两个变量v₁和v₂处光谱强度随微扰t而产生的变化的相似性，同步二维相关光谱的同步光谱强度φ(v₁，v₂)的计算公式为：

4)对各混合样品的同步二维相关光谱进行官能团变化的图谱分析。

所述步骤1)中，马铃薯全粉制备方法为：新鲜马铃薯-清洗去皮-切片厚度8mm-在70℃下预煮20min-冷却-在100℃下蒸煮15min-捣碎制泥-真空干燥-粉碎100目过筛-取筛下物。

所述步骤1)中，光谱采集模式为衰减全反射，所有样品采集红外光谱时的采集条件一致：光谱范围为4000～400cm^-1，光谱分辨率8cm^-1，采集时间3s，每一条光谱为16次扫描的平均光谱。

本发明具有的有益效果是：

1)本发明采用的二维相关光谱法结合红外光谱检测技术，通过比较马铃薯全粉与面粉不同混合比例样品的二维相关红外光谱间的差异情况，对样品在外扰下各物质分子之间微观变化信息进行分析。该方法不仅简便，快速，无需对待测样品进行分离，纯化等预处理，而且环境友好，无化学试剂污染，对操作人员要求不高，同时还弥补了近红外光谱建模方法中遇到的模型失效的问题。

2)本发明利用二维相关红外光谱研究马铃薯全粉与面粉共混物的分子结构变化以及它们之间的相互作用，揭示了不同品种马铃薯全粉与面粉在不同混合比例下它们之间相应各官能团的变化规律，为更好的优化完善马铃薯主粮的制作加工过程，更有效的评价马铃薯主粮的营养和功效提供了参考。

附图说明

图1是马铃薯全粉制备方法。

图2是二维相关光谱的获得示意图。

图3是大西洋含量从30％增至50％的马铃薯全粉及面粉共混物的二维相关图谱。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

本实施例中，所制备的样本包括：

马铃薯：共4个品种，分别为大西洋、夏波蒂、冀张薯8号和克新，均采收自河北坝上张北县。

如图1所示，马铃薯全粉制备方法为：新鲜马铃薯-清洗去皮-切片厚度8mm-在70℃下预煮20min-冷却-在100℃下蒸煮15min-捣碎制泥-真空干燥-粉碎100目过筛-取筛下物。

马铃薯全粉和面粉的共混物：混合马铃薯全粉比例分别为30％、35％、40％、45％、50％

如图2所示，是二维相关光谱的获得示意图。

步骤1：采集一系列红外光谱

将马铃薯全粉和面粉的五种混合比例样品分别置于控温附件上，然后利用控温附件控制温度，从35～95℃每隔10℃采集一次红外光谱。所有样品采集红外光谱时的采集条件一致：采集模式为衰减全反射，空白对照光谱为不放置样本采集的空气的红外光谱，光谱范围为4000～400cm^-1，光谱分辨率8cm^-1，采集时间3s，每一条光谱为16次扫描的平均光谱。

步骤2：计算得到的红外光谱的动态光谱

动态光谱可由下式计算得到：

式中，y(v，t)为在外扰作用下-T/2到T/2区域内的光谱强度；是参考光谱，参考光谱的选择通常由静态光谱或时间平均光谱设定，定义为：

假如在外扰变量t作用下，获得的m组数据其动态光谱也可以由式3表达。

步骤3：计算同步二维相关光谱：

同步二维相关光谱计算公式如式(4)所示；

步骤4：根据得到的同步二维相关光谱图(如图3所示)对马铃薯全粉和面粉的混合样品进行官能团变化分析。从图中可以看到在对角线相近的位置上均出现了自动峰，但是自动峰存在不同的组合方式且相对强度也各不同，也就是说马铃薯全粉和面粉不同混合比例体系中自动峰所对应的官能团所处的分子内部环境不同，相对应的分子结构对外部温度微扰的敏感程度也不同。此外，这些自动峰均在1047cm^-1、1022cm^-1以及994cm^-1处出现最强峰，1047cm^-1是淀粉结晶区的结构特征，对应于淀粉聚集态结构中的有序结构，1022cm^-1则是淀粉无定型区的结构特征，对应于淀粉大分子的无规线团结构。在对角线两侧各个特征峰相互之间也都出现了交叉峰，而且均为正峰，表明在外部微扰的影响下，各个特征峰动态变化的方向是一致的。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。