植酸酶产品近红外指纹图谱库的构建与应用研究

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伴随着生物学、发酵工程等基础学科和应用技术的飞速发展,具有高效、强特异性生理功能的生物酶制剂已成为新型饲料添加剂的研发焦点,其生产使用规模也不断扩大。针对生物制品安全风险具有隐蔽性强、潜伏期长和危害性大等特点,如何确保和提高饲用酶制剂的安全水平,以及如何科学利用饲用酶制剂显著提升饲料工业和畜牧业生产效益空间、推动饲料工业和畜牧业可持续健康发展的技术优势已成为亟待解决的问题。本论文主要收集来自同一生产企业的植酸酶产品,其中喷雾干燥植酸酶样本134个和吸附干燥植酸酶样本121个,在950-1650nm谱区范围内,对试验样本进行了近红外光谱扫描,通过构建植酸酶的近红外光谱指纹图谱库,以及利用其建立的植酸酶产品真伪鉴别模型、植酸酶酶活和水分预测模型,研究探索将近红外光谱指纹图谱库引入植酸酶质量安全管理,发现其不仅利于生产者提高产品质量的稳定性和保护产品品牌,而且利于管理者建立高效的植酸酶可追溯管理体系,确保提高市场植酸酶整体安全水平。同时,本论文还利用高效液相色谱、差示扫描量热仪,以及设计开展植酸酶喷雾干燥实验、恒温恒湿储藏实验,研究分析了不同植酸酶产品的成分组成和功能特性,进一步探讨了植酸酶的近红外光谱信息与监控植酸酶质量安全水平和鉴别区分植酸酶产品的关键指标之间的关系。具体研究结果如下:(1)研究建立了能够清晰区分不同生产企业、不同产品形式植酸酶产品的近红外光谱指纹图谱库,为植酸酶产品的真伪鉴别和品牌保护提供科学合理的技术方法;(2)利用主成分分析定性判别程序,在950-1650nm范围内提取来自不同生产企业,不同形态的植酸酶产品的漫反射近红外光谱的主成分,取主成分1和主成分2作二维图。结果表明,在不同的模式中,前两个主成分对信息量的累积贡献率均在90%以上;相同生产企业,相同形态的植酸酶产品均能很好的聚为一类;采用主成分分析(PCA)所建立的喷雾干燥和吸附干燥植酸酶定性判别模型对15个未知样品进行判别,准确率均达到100%,说明应用主成分分析所建立的定性分析模型可用来定性判别植酸酶产品的真伪,通过马氏距离法结合设定相应的阈值,还可以对其产品质量的好环和稳定性作进一步的判别。(3)在最优的波数范围内,选择MSC做散射校正处理、一阶导数和平滑组合为光谱预处理方法,采用内部交互验证法验证,根据定标集交互验证的标准差RMSECV值,确定了最佳主因子数,采用偏最小二乘法回归的方法(PLS-1)从而建立了植酸酶酶活的NIRS定量分析模型。植酸酶酶活的化学分析值与NIRS定标模型预测值之间的决定系数R~2达到0.90以上,相对标准差RSD均小于10%,相对分析误差RPD大于3。喷雾干燥植酸酶的决定系数R~2为0.937,相对标准差RSD为5.23%,相对分析误差RPD为3.64;吸附干燥植酸酶的决定系数R~2为0.926,相对标准差RSD为6.21%,相对分析误差RPD为3.45。结果表明,利用近红外光谱分析技术能够准确地检测喷雾干燥植酸酶和吸附干燥植酸酶酶活含量。(4)建立了快速跟踪喷雾干燥加工、储藏过程中植酸酶质量变化的近红外光谱分析方法。
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