种子指纹图谱的荧光光谱和多光谱成像用于甄别种子污染与否的初步研究
2022-03-30 来源:本站 点击次数:990Fluorescence spectroscopy and multispectral imaging for fingerprinting of aflatoxin‑B1 contaminated (Zea mays L.) seeds: a preliminary study
期刊：Scientific Reports 影响因子：4.379
黄曲霉毒素-B1 污染（Zea mays L.）种子指纹图谱的荧光光谱和多光谱成像：初步研究
摘要： 谷物种子的安全性可能会因有毒污染物（如黄曲霉毒素）的存在而受到影响。除了致癌外，它们对人类和动物还有其他不利的健康影响。在这项初步研究中，我们使用了两种非侵入性光学技术，即光纤荧光光谱和多光谱成像 (MSI)，从未受污染的种子中区分出天然被黄曲霉毒素 B1 (AFB1) 污染的玉米种子。与对照样品相比，AFB1 污染的种子表现出发射最大位置的红移。使用线性判别分析对荧光数据进行分析，获得了 100% 的分类准确度，以区分未污染和 AFB1 污染的种子。 MSI 分析与归一化典型判别分析相结合，提供了分析种子的光谱和空间模式。与未受污染的种子相比，受 AFB1 污染的种子在 VIS 区域的种子反射率增加了 7.9 至 9.6 倍，在 NIR 光谱区域增加了 10.4 和 12.2 倍。因此，MSI 方法成功地将受污染的种子与未受污染的种子进行了高精度分类。该结果可能对开发用于检测种子中 AFs 存在的光谱非侵入性方法产生影响，为食品法医和食品安全领域的种子掺假评估提供有价值的信息。期刊：Scientific Reports 影响因子：4.379
黄曲霉毒素-B1 污染（Zea mays L.）种子指纹图谱的荧光光谱和多光谱成像：初步研究
图1. 以实线和虚线显示的归一化荧光发射光谱分别对应于对照和受黄曲霉毒素 B1 污染的玉米种子。 激发设置在 340 nm
图 1 显示了对照（未污染）和高度 AFB1 污染的玉米种子的平均荧光光谱。在激发波长为 340 nm 的分析发射区域（从 360 到 800 nm）中，光谱形状和发射最大值位置的差异是显着的。在对照种子中，在 435 nm 和 520 nm 处观察到两个发射峰。相比之下，高 AFB1 污染的种子在 475 nm 处表现出发射峰，表明与对照样品相比，发射最大位置发生了红移。对通过主成分法评估的分数进行线性判别分析 (LDA)。多重共线性问题经常出现在荧光光谱中，但这个问题被 Principal 解决了成分分析。该方法将相关变量（预测变量）转换为一组不相关的变量，称为主成分。这样就解决了多重共线性问题。在我们的例子中，我们保留了吸收 78.3% 总变异的前两个主要成分。这两个主成分的分数被输入用于线性判别分析。图 2 给出了前两个主成分的分数的图形表示，清楚地显示了种子被 AFB1 污染和未受污染的区分，以及这种区分仅在 PC2 维度上实现的事实。左边图的一侧显示了这两组的 PC2 分数的直方图。初始数据集以 46:15 的比例分为训练集和测试集。 LDA 应用的结果总结在混淆矩阵中（表 1）。两组的分类可靠性均达到 100%。
图2. (A) 用于对照（未受污染）和 AFB1 受污染种子的 Zea mays L. 种子槽的 sRGB 图像（a、b）和相应的 nCDA 图像（c、d）。 (B) 对照和黄曲霉毒素污染种子的多光谱图像 (A) 的平均反射光谱
基于反射率的多光谱成像分析。基于 375 970 nm 区域的反射强度，另外估计了 AFB1 污染和未污染种子之间的区别。图 2A 显示了未受污染 (a, c) 和受黄曲霉毒素污染 (b, d) 种子的图像和相应的 nCDA 转换图像。虽然分析的种子地块在视觉上没有差异，但它们的 nCDA 图像显示了对照种子和受黄曲霉毒素污染的种子之间的对比差异。我们观察到对照种子的图像显示更多的蓝色像素，而在高度 AFB1 污染的种子中，有更多的红色像素。如图 3B 所示，在 450 至 540 nm（可见区域（VIS））和 780 至 970 nm 两个光谱区域，对照种子的平均反射率（%）高于受黄曲霉毒素污染的种子的平均反射率（%）。 （近红外区（NIR））。如图 4 所示，AFB1 污染的种子在可见光区域的某些波长下的种子反射率增加了 7.9 到 9.6 倍。我们的结果显示，与对照样品相比，受黄曲霉毒素污染的种子在 880 nm 和 970 nm 处的反射率平均增加了大约 10.4 和 12.2 倍。
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