種子指紋圖譜的熒光光譜和多光譜成像用于甄別種子污染與否的初步研究
Fluorescence spectroscopy and multispectral imaging for fingerprinting of aflatoxin‑B1 contaminated (Zea mays L.) seeds: a preliminary study
期刊：Scientific Reports 影響因子：4.379
黃曲霉毒素-B1 污染（Zea mays L.）種子指紋圖譜的熒光光譜和多光譜成像：初步研究
摘要： 谷物種子的安全性可能會因有毒污染物（如黃曲霉毒素）的存在而受到影響。除了致癌外，它們對人類和動物還有其他不利的健康影響。在這項初步研究中，我們使用了兩種非侵入性光學(xué)技術(shù)，即光纖熒光光譜和多光譜成像 (MSI)，從未受污染的種子中區(qū)分出天然被黃曲霉毒素 B1 (AFB1) 污染的玉米種子。與對照樣品相比，AFB1 污染的種子表現(xiàn)出發(fā)射最大位置的紅移。使用線性判別分析對熒光數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲得了 100% 的分類準(zhǔn)確度，以區(qū)分未污染和 AFB1 污染的種子。 MSI 分析與歸一化典型判別分析相結(jié)合，提供了分析種子的光譜和空間模式。與未受污染的種子相比，受 AFB1 污染的種子在 VIS 區(qū)域的種子反射率增加了 7.9 至 9.6 倍，在 NIR 光譜區(qū)域增加了 10.4 和 12.2 倍。因此，MSI 方法成功地將受污染的種子與未受污染的種子進(jìn)行了高精度分類。該結(jié)果可能對開發(fā)用于檢測種子中 AFs 存在的光譜非侵入性方法產(chǎn)生影響，為食品法醫(yī)和食品安全領(lǐng)域的種子摻假評估提供有價值的信息。期刊：Scientific Reports 影響因子：4.379
黃曲霉毒素-B1 污染（Zea mays L.）種子指紋圖譜的熒光光譜和多光譜成像：初步研究
圖1. 以實線和虛線顯示的歸一化熒光發(fā)射光譜分別對應(yīng)于對照和受黃曲霉毒素 B1 污染的玉米種子。 激發(fā)設(shè)置在 340 nm
圖 1 顯示了對照（未污染）和高度 AFB1 污染的玉米種子的平均熒光光譜。在激發(fā)波長為 340 nm 的分析發(fā)射區(qū)域（從 360 到 800 nm）中，光譜形狀和發(fā)射最大值位置的差異是顯著的。在對照種子中，在 435 nm 和 520 nm 處觀察到兩個發(fā)射峰。相比之下，高 AFB1 污染的種子在 475 nm 處表現(xiàn)出發(fā)射峰，表明與對照樣品相比，發(fā)射最大位置發(fā)生了紅移。對通過主成分法評估的分?jǐn)?shù)進(jìn)行線性判別分析 (LDA)。多重共線性問題經(jīng)常出現(xiàn)在熒光光譜中，但這個問題被 Principal 解決了成分分析。該方法將相關(guān)變量（預(yù)測變量）轉(zhuǎn)換為一組不相關(guān)的變量，稱為主成分。這樣就解決了多重共線性問題。在我們的例子中，我們保留了吸收 78.3% 總變異的前兩個主要成分。這兩個主成分的分?jǐn)?shù)被輸入用于線性判別分析。圖 2 給出了前兩個主成分的分?jǐn)?shù)的圖形表示，清楚地顯示了種子被 AFB1 污染和未受污染的區(qū)分，以及這種區(qū)分僅在 PC2 維度上實現(xiàn)的事實。左邊圖的一側(cè)顯示了這兩組的 PC2 分?jǐn)?shù)的直方圖。初始數(shù)據(jù)集以 46:15 的比例分為訓(xùn)練集和測試集。 LDA 應(yīng)用的結(jié)果總結(jié)在混淆矩陣中（表 1）。兩組的分類可靠性均達(dá)到 100%。
圖2. (A) 用于對照（未受污染）和 AFB1 受污染種子的 Zea mays L. 種子槽的 sRGB 圖像（a、b）和相應(yīng)的 nCDA 圖像（c、d）。 (B) 對照和黃曲霉毒素污染種子的多光譜圖像 (A) 的平均反射光譜
基于反射率的多光譜成像分析。基于 375 970 nm 區(qū)域的反射強(qiáng)度，另外估計了 AFB1 污染和未污染種子之間的區(qū)別。圖 2A 顯示了未受污染 (a, c) 和受黃曲霉毒素污染 (b, d) 種子的圖像和相應(yīng)的 nCDA 轉(zhuǎn)換圖像。雖然分析的種子地塊在視覺上沒有差異，但它們的 nCDA 圖像顯示了對照種子和受黃曲霉毒素污染的種子之間的對比差異。我們觀察到對照種子的圖像顯示更多的藍(lán)色像素，而在高度 AFB1 污染的種子中，有更多的紅色像素。如圖 3B 所示，在 450 至 540 nm（可見區(qū)域（VIS））和 780 至 970 nm 兩個光譜區(qū)域，對照種子的平均反射率（%）高于受黃曲霉毒素污染的種子的平均反射率（%）。 （近紅外區(qū)（NIR））。如圖 4 所示，AFB1 污染的種子在可見光區(qū)域的某些波長下的種子反射率增加了 7.9 到 9.6 倍。我們的結(jié)果顯示，與對照樣品相比，受黃曲霉毒素污染的種子在 880 nm 和 970 nm 處的反射率平均增加了大約 10.4 和 12.2 倍。
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