一种基于矿物元素指纹技术的金银花产地鉴别方法与流程

本发明属于农产品安全与质量检测
技术领域：
，涉及一种鉴别金银花产地的方法，具体涉及一种基于矿物元素指纹技术的金银花产地鉴别方法。
背景技术：
：金银花，又名忍冬(学名：lonicerajaponica)。金银花自古被誉为清热解毒的良药。金银花性甘寒气芳香，甘寒清热而不伤胃，芳香透达又可祛邪。金银花既能宣散风热，还善清解血毒，用于各种热性病，如身热、发疹、发斑、热毒疮痈、咽喉肿痛等症，均效果显著。金银花的种植区域主要集中在山东、河南、河北、重庆、陕西、湖北等地。其中，山东省临沂市平邑县为金银花的主产区，平邑金银花是沂蒙山区传统的正宗药材。平邑县被农业部命名为“中国金银花之乡”，平邑县栽培金银花历史悠久，质量上乘，有效成分数量和含量高于其它地区产品，产量占全中国总产量的一半以上，年交易额超过4亿元，居全国首位，是中国最大的金银花集散地。地理标志保护产品是指来自本地区的种植、养殖产品或者原材料来自本地区，并在本地区按照特定工艺生产和加工的产品。我国已经对茶叶、谷物、水果、药材等上千个原产地域产品实施了地理标志产品保护，其中94％以上的地理标志产品涉及农产品。平邑县是中国金银花原产地和主产区之一。2007年9月，平邑金银花获批成为国家地理标志保护的农产品。近年来，不法商贩由于受利益唆使，经常拿着其他省市所产的金银花冒充“平邑金银花”上市交易，时间长了致使平邑金银花品质下降，导致平邑金银花在全国的声誉受到影响，“平邑金银花”中国地理标志证明商标的权威性也受到挑战。为了保护地方特色农产品的品质和特色，提升农产品市场竞争力，保护生产者利益，满足部分消费者对特色农产品的需求。我国政府也相继出台了法律，制定政策，对优质特色农产品实施保护。我国分别于1999年和2005年分别发布了《原产地域产品保护规定》和《地理标志产品保护规定》，用以保护我国特色农产品。但现行的“地理标志”农产品相关标准，主要基于感官辨别，主观性较强，部分标准中产品的地域特征因子不明显，容易误判。因此，亟需建立一套独立、科学的金银花产地溯源模型用以追溯金银花的产地来源，既有利于实施对地理标志性产品及特色产品的保护，并有利于在食品安全问题产生时快速确定源头，减小社会影响，最终实现保障消费者利益的根本目的。技术实现要素：为了解决金银花产地鉴别困难的问题，本发明提供一种基于矿物元素指纹技术的金银花产地鉴别方法。本发明采用等离子体发射光谱仪和质谱仪同时测定多种矿质元素的含量，以矿质元素含量为指标，结合化学计量法，建立金银花产地溯源模型，以达到产地鉴别的目的。具体而言，本发明采取如下的技术方案。一种基于矿物元素指纹技术的金银花产地鉴别方法，其对随机采自金银花主产区的金银花样品进行预处理，测定所述预处理金银花样品的矿物元素含量，分析对金银花主产区判别作用显著的矿物元素并以此建立判别模型，根据判别模型确定金银花的地理标志；其中，在0.05的显著水平上，所述对金银花主产区判别作用显著的矿物元素包括cd、cr、hg、se、co、ni、sr、fe和cu。进一步地，所述的基于矿物元素指纹技术的金银花产地鉴别方法，以cd、cr、hg、se、co、ni、sr、fe和cu分别表示各矿物元素在金银花样品中的含量，单位为mg/kg，建立的判别模型为：y河南封丘＝-3.037cd-5.88cr+243.533hg+4.77se-3.467co+1.085ni+0.303sr+0.021fe+0.490cu-22.454；y山东平邑＝0.209cd-0.510cr+64.324hg+0.321se+4.234co+2.536ni-0.084sr+0.037fe+0.334cu-21.695；y河北巨鹿＝-1.680cd+0.021cr+36.652hg-0.007se+8.033co+.0.525ni+0.118sr+0.010fe+0.280cu-9.972；y重庆秀山＝15.518cd-0.369cr+53.433hg+0.570se-10.986co+0.889ni+0.186sr+0.016fe+0.250cu-18.844。进一步地，所述的基于矿物元素指纹技术的金银花产地鉴别方法，包括下述步骤：(1)金银花样品的采集在金银花主产区山东平邑、河南封丘、河北巨鹿、重庆秀山随机采集金银花样品。(2)金银花样品的预处理金银花样品烘干后，粉碎，用硝酸浸泡，再加入30％h2o2，摇匀后置于微波消解仪中消解。(3)金银花样品的矿物元素含量测定采用等离子体发射光谱仪测定样品中矿物元素fe、mn、cu、zn、k、ca、mg的含量；采用等离子体发射质谱仪测定样品中矿物元素pb、cd、cr、as、hg、se、sr、co、ni、b、mo的含量。(4)金银花样品的矿物元素分析对步骤(3)获知的不同金银花主产区的金银花样品中的矿物元素含量进行主成分分析和判别分析，建立判别模型。(5)地理标志的判定根据步骤(4)所建立的判别模型判定金银花样品的地理标志。进一步地，所述的基于矿物元素指纹技术的金银花产地鉴别方法，在0.05的显著水平上，不同金银花主产区的金银花样品中矿物元素pb、cd、cr、as、hg、se、co、ni、sr、b、fe、mn、cu、k、ca、mg的含量差异显著，并以此进行主成分分析和逐步判别分析。本发明所述的基于矿物元素指纹技术的金银花产地鉴别方法，至少具有下述的有益效果是或优点：本发明采集的金银花样品来自金银花主产区山东平邑、河南封丘、河北巨鹿、重庆秀山，结合光谱分析技术和化学计量学，筛选、确认金银花主产区的金银花的特征指纹元素，在0.05的显著水平上，山东平邑、河南封丘、河北巨鹿、重庆秀山区域的金银花样品中矿物元素pb、cd、cr、as、hg、se、co、ni、sr、b、fe、mn、cu、k、ca、mg的含量差异显著。在此基础上，对这16种矿物元素分别进行主成分分析和逐步判别分析，得出，在0.05的显著水平上，对金银花主产区判别作用显著的矿物元素包括cd、cr、hg、se、co、ni、sr、fe和cu。本发明依据这9种矿物元素建立一套独立、科学的金银花产地溯源模型，为实施对地理标志性产品及特色产品的保护提供技术支持，并有利于在食品安全问题产生时快速确定源头，提升地理标志性产品的市场竞争力，利于保障消费者利益。附图说明图1是不同地域金银花样品的矿物元素中的主成分载荷图。图2是不同地域金银花样品前三个主成分标准化得分图。图3是不同地域金银花样品判别函数得分图。具体实施方式本实施例提供一种基于矿物元素分析技术的金银花产地鉴别方法，现结合所述鉴别方法的实施过程予以详细说明。(1)金银花样品采集2016年5月～9月在金银花主产区山东平邑、河南封丘、河北巨鹿、重庆秀山随机采集金银花样品共117份。金银花样品采集信息见表1。表1，金银花样品采集信息表地域样本数地区(样本数)河南省新乡市封丘县26黄德镇(14)、陈固镇(6)、陈桥镇(6)山东省临沂市平邑县32流峪镇(10)、郑城镇(12)、铜石镇(10)河北省邢台市巨鹿县29堤村乡(15)、王虎寨镇(6)、张王疃乡(8)重庆市秀山县30清溪场镇(10)、平凯镇(10)、钟灵镇(10)(2)金银花样品预处理将金银花样品烘干后，经粉碎机充分粉碎，称取粉碎的金银花样品约0.2g于微波消解罐中，加入3ml浓硝酸浸泡过夜，再加入1ml30％h2o2，摇匀后置于微波消解仪(mars5，美国cem公司)中消解，微波消解条件见表2。待冷却后，定容至25ml，摇匀后待测。同时做试剂空白。表2，金银花样品的微波消解条件步骤功率(w)升温时间(min)控制温度(℃)恒温时间(min)1120051205212005160531200518025(3)金银花样品中的矿物元素含量测定采用等离子体发射光谱仪(optima5300dv，美国pe公司)测定样品中的矿物元素fe、mn、cu、zn、k、ca、mg的含量。仪器条件如下：功率1300w，等离子体气流量15l/min，辅助气流量0.2l/min，雾化器流量0.8l/min，蠕动泵转速1.5ml/min。采用等离子体发射质谱仪(icapqc，美国thermofisher公司)测定样品中的矿物元素pb、cd、cr、as、hg、se、sr、co、ni、b、mo的含量。仪器条件如下：射频功率1550w，等离子体气流量14l/min，辅助气流量0.8l/min，雾化器流量1.0l/min，采样深度5mm，元素分析采用ked模式。每个样本重复测定3次，使用外标法进行定量分析。质控样品采用标准物质芹菜(gbw10048/gsb-26，地球物理化学勘察研究所)，用在线内标(sc，ge，in，bi)保证仪器的稳定性。不同地域来源金银花样品中的矿物元素含量，见表3。表3，不同地域来源金银花样品中矿物元素含量元素河南封丘山东平邑河北巨鹿重庆秀山pb4.06±2.23b1.13±0.55a1.23±1.54a0.516±0.504acd0.091±0.043a0.342±0.179b0.120±0.047a1.74±0.63ccr4.86±2.66b10.4±5.7c9.88±5.32c1.59±1.49aas0.488±0.347c0.176±0.141ab0.206±0.132b0.086±0.155ahg0.030±0.016c0.006±0.007a0.004±0.003a0.016±0.012bse3.01±1.68b0.075±0.035a0.117±0.092a0.099±0.077aco0.496±0.150b0.788±0.294d0.623±0.195c0.222±0.069ani2.26±0.75a5.74±2.71b2.17±0.58a2.13±0.74amo0.309±0.105a0.430±0.974a0.485±0.239a0.232±0.313asr19.2±8.1c14.2±6.0ab16.8±9.1bc12.5±4.3ab17.0±7.1a31.0±30.8b20.4±9.8a14.0±7.0afe288±109b586±192d383±198c128±68amn41.5±10.9a63.6±19.2b38.5±8.1a177±75ccu22.3±5.8c20.8±10.5bc18.3±5.6ab14.9±4.8azn29.6±7.1a33.6±10.3a32.2±18.5a28.9±8.6ak17500±3459b16781±1887ab15816±2416a16841±2455abca3603±825a4436±973b3775±824a3813±1246amg2548±447bc2571±305c2417±435b2190±475a注：元素含量单位为mg/kg；表中数值均用平均值±标准偏差表示，不同的小写字母表示又显著性差异(p<0.05)。不同地域金银花样品中18种元素含量的平均值和标准偏差如表3所示。对不同地域来源金银花样品中18种元素含量进行方差分析。结果表明，pb、cd、cr、as、hg、se、co、ni、sr、b、fe、mn、cu、k、ca、mg16种元素的含量在不同地域间差异显著(p<0.05)；元素mo、zn的含量在不同地域间差异不明显。河南封丘金银花样品的pb、as、hg、se、sr、cu、k元素含量最高；山东平邑金银花样品的cr、co、ni、b、fe、zn、ca、mg元素含量最高；河北巨鹿金银花样品的mo元素含量最高；重庆秀山金银花样品的cd、mn元素含量最高。可见，不同地域来源金银花样品中矿物元素组成有其各自的特征。(4)采用spss22.0软件对数据进行方差分析(duncan多重比较分析)、主成分分析和判别分析(逐步判别分析)。不同地域金银花样品矿物元素中的主成分分析，见图1。对金银花样品在地域间存在显著性差异的16种元素含量进行主成分分析。根据各矿物元素的载荷大小选择对各个主成分贡献较大的矿物元素，并利用前三个主成分的标准化得分做散点图(图2)，如图2所示，四个地域的金银花样品基本分布在不同区域，说明这16种元素携带有足够的与地域相关的信息可以用来判别金银花产地。为进一步明确各矿物元素指标在金银花产地判别中的作用及效果，对地域间差异的16种元素进行逐步判别分析。在0.05的显著水平上，cd、cr、hg、se、co、ni、sr、fe和cu9种对地域判别作用显著的元素先后被引入判别模型中，并建立如下判别模型。y河南封丘＝-3.037cd-5.88cr+243.533hg+4.77se-3.467co+1.085ni+0.303sr+0.021fe+0.490cu-22.454。y山东平邑＝0.209cd-0.510cr+64.324hg+0.321se+4.234co+2.536ni-0.084sr+0.037fe+0.334cu-21.695。y河北巨鹿＝-1.680cd+0.021cr+36.652hg-0.007se+8.033co+.0.525ni+0.118sr+0.010fe+0.280cu-9.972。y重庆秀山＝15.518cd-0.369cr+53.433hg+0.570se-10.986co+0.889ni+0.186sr+0.016fe+0.250cu-18.844。利用此判别模型对金银花样品进行归类，并结合“留一法”交叉检验法对判别模型的有效性进行验证。验证结果见表4。从表4可以看出，金银花样品来源的整体判别效果比较理想，单个地域的回代检验和交叉检验的整体正确率分别为93.2％和90.6％(表4)。此外，利用金银花样品的两个判别函数得分作图(图3)，可见不同地域的金银花样品占据不同的空间，说明上述判别模型是有效的。表4，不同地域金银花样品的判别分析结果上面结合实施例对本发明做了进一步的叙述，但本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。当前第1页12