全 文 :第 3 6 卷 , 第 7期光 谱 学 与 光 谱 分 析V〇h 36 fNa 7 , pp2 1 1 7- 21 23
2016年7月 Spec tros copyandSpec t ra lAnalys is J uly , 20 1 6
不 同年份和产地美味牛肝菌的红外光谱鉴别研究
杨 天伟 U 2 , 李 涛 3 , 李杰庆S 张 雪 4 , 王元 忠 2 * , 刘鸿高 ^
1 . 云南农业 大学农学与生物技术学院 , 云南 昆明 65020 ]
2 . 云南省农业科学院药用植物研究所 , 云南 昆明 6 502 00
3. 玉溪师范 学院资 源环境学院 , 云南 玉溪 6 5 3 100
4. 云南技师学院 , 云南 安宁 6 5 0300
摘 要 采用傅里叶变换红外光谱技术结合多元统计分析建立快速鉴别不同年份 、 不 同产地美味牛肝菌的
方法 。 采集 20 1 1 年一20 1 4 年云南 26 个不同地区 1 52 个美味牛肝菌样品的红外光谱 , 使用正交信号校正 ( or?
thogonals igna lcor rec t ion ,0SC) 、微波压缩 (waveletcomp ress ion) 方法对原始光谱进行优化处理 ,OSCW 校
正前后的光谱数据进行偏最小二乘判别分析 ( par t ial leas tsq uares di scr imi nantanalys is ,PLS-DA) , 比较光谱
预处理前后 PLS*DA 的分类效果 。 将 1 5 2个美味牛肝菌随机分为训练集 ( 1 20 个 ) 和验证集 ( 3 2个 ) , 建立 OS-
CW 校正前后 的 PLS分类预测模型 。 结果显示 , 经 OSCW 处理后的 PLSDA 分类效果明显优于处理前的结
果 , 主成分得分图能准确区分不同年份 、 不同产地美味牛肝菌样品 , 表明 0SCW 处理能有效滤除光谱 中 的
噪音及与 因变量无关的干扰信息 , 提高光谱分析的准确性和计算速率 。 OSCW 处理前 PLS 模型训练集的 J?2
和 RMSEE 分别为 0. 79 01 和 2 1 .2 4 6 5 , 验证集的 i ?2 和 RMSEP 分别为 0 . 9 225 和 14 .4 292 ;OSCW预处理
后训练集的 J?2 和 RMSEE 分别为 0 . 8 5 2 3 和 1 7 . 238 1 , 验证集的 J? 2 和 RMSEP 分别为 0. 84 54 和 20 .8 7 , 表
明 OSCW 预处理提高 了训练集的预测效果 , 但 OSCW-PLS 出 现了过拟合现象降低验证集的预测能力 , 因
此 , OSCW 不适宜与 PLS 结合建立模型 。 OSCW结合 PL&DA 能滤除光谱中大量的干扰信息 , 准确区分不
同年份 、 不同产地美味牛肝菌样品 , 为野生食用菌的鉴别分类提供可靠依据 。
关键词 红外光谱 ; 正交信号校正-微波压缩 ; 偏最小二乘判别分析 ; 美味牛肝菌 S 鉴别
中图分类号 : TS20 1 . 2文献标识码 : ADOI :1 0 .3 964 /j .is sn .1 0 00- 05 93 ( 20 1 6 ) 07-2 1 1 7-07
子的显微结构 , 菌 肉 、 菌管 的 颜色和变 色反应 等进行分
弓 |言类 [8 ] 。 然而不同种类间形态相似性大 , 如茶褐牛肝菌 (Bo Ze-
Zms) 和深褐牛肝菌 ( o6?:MreM?i6rim? ) ;
牛肝菌是世界性著名食用菌 , 味道鲜美 , 营养丰 富 , 日同种牛肝菌在不同生长环境及不同生长阶段存在大量的表形
益受到消费者亲睐 , 具有重要的经济价值 、 食药用价值和生差异 , 如美味牛肝菌菌盖颜色有灰 白 色 、 淡褐色 、 黄褐色 、
态价值 美味牛肝菌又名 白 牛肝菌 、 大脚菇 , 富含蛋 白红褐色或深褐色 , 菌管有乳 白色 、 淡褐色 , 偶尔成 黄绿色 ,
质 、 氨基酸 、 多糖 、 矿质元素 、 维生素等 , 经常食用可以增强其颜色变化较大 , 不易准确鉴别 [9 ] ; 此外新鲜牛肝菌子实体
人体免疫力 , 具有清热除烦 , 养血补虚 , 抗氧化 , 抗病毒等水分含量高 , 多数加工成 干片保存和出售 , 导致以 假充真 ,
药用功效 , 是极具开发应用价值的野生食用菌之一 [ 3 6 ] 。 云以次充好的现象时有发生 [ 1 ° ] , 难以进行质量控制和市场管
南 丰富的森林资源和多样的气候条件 , 孕育了丰富的野生食理 。 目前对食用菌的鉴别研究主要有光谱技术和分子生物学
用菌 , 其中美味牛肝菌产量高 、 分布广 , 受气候条件和生长方法 ; 周在进等 [8 ’ 1 1 ]应用红外光谱结合分层抽样 、 聚类分析
环境影响 , 不同产地美味牛肝菌的营养成分、 化学成分的积等方法研究了不同产地 、 种类食用菌的鉴别方法 ; 孙素琴
累和药效成分不尽相 同? 。等[ 1 2]用红外光谱法鉴别 了不同厂家生产的 36 种灵芝产品 ;
传统食用牛肝菌鉴别主要根据外表特征 , 生长特性 , 孢本课题组采用紫外光谱结合化学计量学方法对牛肝菌不同部
收稿 日期 : 20 1 4 -09- 1 3 , 修订 日期 : 20 14 - 1 2 -2 5
基金项 目 : 国家 自然科学基金项 目 ( 3 1 2 604 9 6 ,3 1 16 0409 ,3 14 605 3 8 )和云南省 自 然科学基金项 目 ( 201 1 FB0 53 ,20 1 1 FZ1 95 )资助
作者简介 : 杨天伟 , 1 9 8 9 年生 , 云南农业大学农学与生物技术学院硕士研究生e-ma i l :yang tianweiz〗@1 26 . c&m
* 通讯联 系人 e ̄ma i l :bole t us@ 1 2 6 . com ;h onggaol iu@ 1 2 6 . com
2 118光谱学与光谱分析第 36 卷
位和产地进行了鉴别研究 [ 1 3 ] , 但紫外光谱法受提起溶剂 、 提理前后的光谱数据进行 PLS^DA分析 ; 结果显示 OSCW 处
起时间等影响较大 , 单一溶剂提取难以全面反映样品的整体理后能够很好的区分不同年份及不同产地美味牛肝菌样品 ,
信息 。 魏 海龙等 [ 1? 设计 5 对 ITS 引 物并对 ITS 区段进行表明 OSC能滤除大量与分类变量无关的干扰信息 , 同时对
PCR扩增 , 实现牛肝菌属卷边组 s似 . 光谱进行微波压缩处理可 以在极少量信息丢失的前提下提高
物种的识别 ; Wu 等ra测定了牛肝菌属 4个基因片段的 DNA光谱分析速率 , 为快速鉴别不同年份 、 不同产地美味牛肝菌
系列 , 结合牛肝菌形态特征及孢子的显微结构 , 建立 了 牛肝提供辅助方法 。
菌科分子发育系统框架 ; M ello 等 根据 ITS 片段设计引
物 , 对美味牛肝菌 、 铜色牛肝菌 (Boie tusa ere it sBuZL>等进1实验部分
行了分子鉴别 ; Li an 等 应用 ITS 设计引物辨别 了美味牛
肝菌和其他蘑菇 ; 分子生物学法仪器操作复杂 , 价格 昂 贵 , 1 . 1 仪器
推广应用具有局限性 。Fr ont ier 型傅里叶变换红外光谱仪 (美国 PerkinElmer
傅里叶变换红外光谱具有快速、 简便、 样 品用量少、 非公司 , 采用 DTGS检测器 , 光谱分辨率为 4cnT 1 ) ;YP-2 型
破坏性等优点 ; 能有效反映 出成分复杂物质体系的组分特压片机 (上海市山岳科学仪器有限公司 ) ; FW- 1 00 型高速粉
征 , 实现对样品多组分 、 多指标分析 , 是一种综合的质量控碎机 (天津市华鑫仪器厂 80 目标准筛盘 (浙江上虞市道墟
制和物种鉴别方法 [ 17— 1 8 3 , 已被广泛应用于农业D 9 ] 、 食品 [2° ] 、五四仪器厂 ) 。
中药[ 21 ] 等行业 的定性 、 定量分析 。 本 文采集 了2 0 1 1 年一1 . 2 材料
2 0 1 4 年云南 2 6个不同地区 1 52 个美昧牛肝菌子实体的红外20 1 1 年一2 0 14 年采 自 云南 2 6 个不 同产地的 15 2个美味
光谱信息 , 采用正交信号校正 ( or thogonal signalco rr ect ion ) 、牛肝菌子实体 , 均 由云南农业大学刘鸿高教授鉴定为美味牛
微波压缩 (waveletcompressi on ) 法对光谱进行预处理 , 预处肝菌 JBoZeiuse cfwfc, 来源见表 1 。
表 1 样品信息
Table1Information o fsamp les
来源采集年份编号来源采集年份编号
晋宁宝峰 2〇11 1^6 大理鹤庆松桂 20 1 2 7 9? 84
南华雨路 2 0 1 17? 〗2文山东山乡 20 1 285 ̄ 90
易门普贝 2 0 1 1 13 ̄ 18 昆明石林 20 1 2 9 1? 96
南华龙川曹家村20 1 1 19? 2 4易门铜厂20 1 29 7- 1 02
姚安前场 20 1 1 2 5  ̄3 0 楚雄南华 20 1 2 103? 108
姚安大河 口2 0 1 13 1?3 6曲靖马龙20 1 3 1 09? 1 14
南华沙桥 2 0 1 1 3 7?42 曲靖泽州桂花树 201 3 1 1 5? 1 18
香格里拉普达措2 0 1 24 3 ̄4 8南华县 白依村 20 1 3 1 19? 12 4
大理弥渡 201 2 4 9 ̄ 54 玉溪大营街 201 3 125 ̄ 1 30
迪庆州维西县保和镇20 1 25 5 ̄ 60新平嘎洒20 1 4 13 1? 13 6
保山市隆 阳区 201 2 6 1? 66 镇沅县按板镇 201 4 13 7? :U0
安宁八街2 0 1 2 6 7? 7 2玉溪九龙池201 4 14 1? 146
玉溪易 门 2 0 1 27 3 ̄ 78 玉溪研和 201 4
14 7 ̄ 1 52
1 . 3 样品处理及光谱采集 ativesca tt erco rrec t ion ,MSC) , 纯净分析信号/处理 ( netana-
样品采集后清洗干净 , 50C烘干 , 粉碎 , 过 80 目筛 , 备 lytes ignal/ p rocessing ,NAS/P ) , 正交信号校正 ( orthogonal
用 。 称取样品粉末 ( 1. 5士0 . 2 )mg ,KBr粉末 ( 1 00 士 0. 2 ) mg ,s ignal co rrection ,OSC )等方法 。 其 中正交信号校正 (OSC)运
放人玛瑙研钵充分混合磨成细粉 , 压片 ; 仪器预热 1h 后测用数学上正交的方法有效滤除 自变量 X 中与因变量 y无关
定光谱 , 设定累加扫描次数为 1 6 次 , 光谱扫描范围 40 00?的信息 , 增强 自变量 、 因变量 间的相关性 , 提高主成分解释
4 00cm 1 。 重复称取 7份样品 1 , 分别压片 、 测定 , 考察方法能力和光谱分析的针对性 , 对 OSC处理后的 X 变量进行微
重现性 ; 取一片样品 1 重复测定 7 次考察方法精密度 ; 取一 波压缩以提高运算速度和效率 [2 2—2 4] 。 I 52 个美味牛肝菌子实
片样品 1 , 分别在 〇 ,10 ,2 0 ,30 ,40 ,50 ,6 0min (每次测完体样品红外光谱见图 1 ; 原始光谱经过正交信号校正_微波压
立即放到红外线灯下 以免吸潮 )时测定红外光谱 , 考察稳定 缩 (OSCW)处理后结果见图 2 。
性 ; 其余样品重复测定 3 次 , 取平均光谱 ; 扫描时均 已扣除1 . 5 光谱数据处S
C02 和水的干扰 。采用偏最小二乘判别分析法 (PLS ̄DA) , 对 OSCW 处理
1 . 4 光谱预处理 前后的光谱数据进行分析 比 152 个美味牛肝菌样品随机
常见的光谱预处理方法主要有平滑 , 求导 , 标准正态变 抽取 沿 个作为验证集 , 其余 1 20 个作为训 练集 , 结合 PLS
量 ( standardnormal var iate ,SNV ) , 多元散射校正 (mu lt ipl ic- 建立模型 。 根据相关系数(只2 ) 、 校正均方根误差 (RMSEE)
第 7 期光谱学与光谱分析2 1 1 9
1 . 0
1
别计算平均光谱 , 通过 〇mn iC8 . 2 软件的 光谱检索功能 , 以
g
〇 . 8||三个平均光谱分别建立重现性 、 精密度 、 稳定性的光谱数据
|〇 . 6 ftI 库 : C〇L 和 界 , 。 将方法学考察的原始光谱作为未 知样品 ,
1〇 . 4 MAB, 1分别在相应的光谱数据库进行检索 , 系统 自 动计算出能反映<
〇 . 2J.'Wr 样品亲密程度的匹配分值 , 分值越大匹配程度越高 , 方法越
O . o PSit , I I .\i- 可靠? 。 结果 碰 示 重现性 的匹配值在 99 . 3 2? 9 9 . 99 之间 ,
4 0003 〇〇〇
W ave num
2
be
〇
rL '' ^RSD为0 ? 2 6%, 精 密度 的 匹 配值 在9 9 .9 3 ? 9 9 . 99之 间 ,
图 i美味^^的^ 卜光谱 RSD*0. 25% ;9 9 . 1 4- 99 . 85
F . ,, 7H,r ?rrRSD为 0 . 36 6% ; 表明该方法稳定 、 可行 。r ig . 1 I nfra redspec trao fB .edu l is
2 . 2 美味牛肝菌红外光谱特征分析
由 图 1 可 以看 出 1 52 个美味牛肝菌子实体的红外光谱峰
/ ',A形相似 , 表明美味牛肝菌的化学组分相似 , 而吸光度具有差
异 , 反映出 不同年份和不同产地美味牛肝菌化学成分含量不
同 。 美味 牛 肝菌 主要特征 吸 收峰 为 335 3 ,29 27 ,16 43 ,
^.— 154 9 ,140 4 ,138 5 ,130 2 ,124 1 ,109 5 ,10 74 ,78 0cm1
1 5 〇
Wave number/cm^
° ^ 等 。 高频区 33 53cm '附近明显的强吸收峰归属 为多糖和蛋
图 2 正交信号校正-微波压缩预处理后白质经基的 〇—H 伸缩振动和蛋 白 质 中氨基的 N H 伸 缩
美味牛肝菌的红外光谱振动 。 29 27cm1 附近的吸收_主要来 自 多糖 、 蛋白质 ;甲基 、
Fig. 2In frared spectraof B .eduli safterOSCWp re treatmen t亚 中基的 对称和 反 对称 伸缩 振 动 。 16 43 , 154 9和1239
on1 附近分 别 为蛋 白 质 酰 胺 I 带 、 酰 胺 n 带和 酰 胺 DI 的
和预测均方根误差 ( RMSEP )评价模型可行性 , 其计算见 式c=0 伸缩振动 ’C=N 和 N—H 弯 曲振动和 C—N 伸缩
( 1 )
一
(式 3 ) ; 当 R 2 越接近 1 ,RMSEP 和 RMSEE 越 小且 振动 。 140 4 ,138 5 和 130 2cm1 附近主要为蛋白质 、 多糖 、
RMSEP<RMSEE时认为所建模型预测 效果最佳 。脂肪酸等的混合振动吸收区 。 10 74cm * 1 附 近明显的强 吸收
, ,峰归属 为多糖的 C一O 伸缩振动 。 9 50? 75 0cm 1 附近 主要
^是糖类的异构体 。=1 ^=7( 1 )2 . 3OSCW预 处理h ( y,  ̄ yr 为 了增强光谱分析的 准确性 和针对性 , 消除与 采集年
/
 ̄ ^^ 份 、 产地无关的信息 , 对原始光谱进行正交信号校正-微波压RMSEE =
^jN_ p _ x Xj
<
i y , - y, y( 2 )缩 ( OSCW )处理 , 结果见 图 2 和表 2 。 由 图 2 可 以看 出 经过
OSCW处理后光谱 曲 线变得紧凑 , 表 明 已 消除大量 干扰信
RMSEP = ^ /
-
^ g (> r1 -i , i )
2(3 )息 , 保 留 了有用信息 。 表 2 为 OSCW 的参数和结 果 , 由表 2
式中 : N为样本数 , P 为因 子数 , 为第 ! 个样品 分类的预测町知 〇SC计算出 的两个新组分之间角度为 90°具有正交性 , 第
值 , :y , 为样品分类 的真值 , 》 为平均值 。二个组分计算后的剩余平方和 ( rema ini ngsumo f squares , RSS)
为 1 3 . 9 2% , 表明 与年份 、 产地无关的 8 6 .08%信息 已从 X 变
2结果与讨i仑量母集 中移除 。 通过正交微波 ( 〇rt hogonalWave l et^对 X变 量一 母集进行压缩以提高运算速率 , 选用多贝西 ( danbech ies )小波
2.1 方法学考察 函数和离散小波变换法 ( d isc re tewavelet transform )进行压缩 ’
1 .3 中用于重现性 、 精密度 、 稳定性考察的光谱信息分压缩水平为 8 , 此时能解释 98%的原始光谱信息 。
表 2 正交信号校正-微波压缩总结
Tab le2Summaryofor thogona lsi gna l correc t ion andwa ve le t compr ess ion
Or t hogona l s ig na lcor re ct ionWave le tcompre ssion
Compon e n t
AD
RSS%
EV
WFWOCMER
1 9〇
°
2 3 . 2 4 96 . 7 15 9n,, . e nWTR .
2
89 . 9 9
° 13 . 9 21 1 . 7 4 39 Dau bech ' eS8
DWT By vananc e
Not e :AD :ang le in degre es ;RSS :rem a i n i ng sumof squa res ;EV :Eigenval ue :WF :wav e l et func tion ;WC ) :wa ve le torder ;CM :compre ss ion
met hod ;ER :e nergyret ai n ed ;DWT :d i sc ret ewave lett rans fo rm
2 . 4PLS ̄ I)A 分析 设光谱数据为 自变量 X , 不同采集年份的分类为因变量
2 . 4 . 1 不 同年份 美味牛肝菌 PLS ̄DA 分析Y , 对 OSCW 处理前后的光谱信号进行 PLS ̄DA 分析 , 结果
2 1 20光谱学与光谱分析第 36 卷
见 图 3 和 图 4 。 图 3 为决定主成分数的 K2 Y 和 Q2 值 。 表知 OSCW 处理后 提取 了6 个主成 分 , 和 Q2 分别为
示所提取主成分能解释 y 变量的 比例 , Q2 表示主成分能预〇 ? 8 93 和 0. 75 2 , 主成分的累 积解释水平和预测水平都大幅
测 y 变量的 比例 , 一般认为 记 Y 和 Q 2 应大于 0 . 5 且越接近度提髙 。 由 前 2 个主成分得分图 4 ( b )可以看 出 , 不同年份美
1 越好 [ 24 ] 。 图 4 为 OSCW 处理前后主成分 ^ 和 £2 的得分图 。 味牛肝菌样品能够很好的区分开 , 表明不同年份美味牛 肝菌
由 图 3 ( a )可 知 OSCW 处理前一共提取 了8 个主成分 , 对化学成分的积累情况不 同 , 这可能 与气候变化有关 , 如
其 i? 2Y 和 £?2 分别为 0 . 764 和 0. 52 8 表明这 8 个主成分能够20 1 4 年云南 的降水量较其他年份更充沛 。 结果 显示红外光谱
解释和预测 7 6 . 4 %和 5 2 . 8%的 Y变量 , 和 Q2 均远小于经 OSCW 预处理后滤除 了大量的干扰信息 , PLS ̄DA分类效
1 ; 图 4 ( a) 可以看出采于不同年份美味牛肝菌样品不能区分果变好 。 OSCW 结合 PLS ̄DA适用于不同年份美味牛肝菌的
开 , 表明 OSCW 处理前 PLS^DA 分析效果较差 。 由 图 3 (b )可鉴别分析 。
1 〇r^0R: v(〇 um) ' ' ° 1墜R2,Y ( c um)一
0. 8
■一
0,
jdl L
Lhiuiliil l ll l
12345678123456
Compone nt N o . Compon entNo .
图 3OSCW 处理前后的主成分数及 K2 V ,G2 值
Fi g.3Pr in c ipa lcomponentnuml^er and R2 Y ,Q2val uesbe fore( a )andafter ( b )OSCW p reproces si ng
wHb)
_
*
jj
 ̄L on
: 味你y,
. 8 -7 -6 -5-4 -3 -2- 1 0123456789. 3_ 2- l〇 123
^ [ 1 ]t[ \ ]
图 4 不 同年份美味牛肝菌 OSCW 处理前后主成分得分图
F ig. 4Pri nc i palcomponen ts co res p lo to fB .edu l isfromd i fferen t year sbefo re( a )and after ( b )p reprocessedbyOSCW
2 . 4 . 2 不 同产 地 美味牛肝 菌 PLS ̄DA 分析基于美味牛肝菌红外光谱数据建立 PLS预测模型 , 结果
以 20 1 2 年采集的不 同产地美味牛肝菌光谱数据为 自 变见图 6 和图 7 。 由 图 6 可知 OSCW预处理前 ( a) 和 OSCW 处
量 , 产地分类为因变量 , 比较原始光谱与正交信号-微波压缩理后 ( b ) 训练集样本的观测值与预测值之间的相关 系数 r 分
(OSCW )处理后的 PLS ̄DA 分析结果 。 图 5 为 1 1 个不同产地别为 0 .79 01 和 0 _8 523 , 校正均方根误差 RMSEE 分别 为
美味牛肝菌 PLS^DA 的前 3 个主成分三维得分图 。 由 原始光2 1 .2 465 和 1 7 .2 381 ; 表 明 OSCW 处理可 以明 显提高模型训
谱 PLS^DA 的前 3个主成分得分图 5 (a ) 可 知不 同产地美味练集的预测率 。
牛肝菌样品不能够很好地区分开 。 图 5 ( b )显示了OSCW 预图 7 bJ■知 OSCW 预处理前 ( a ) 和 OSCW 处理后 ( b )验证
处理后 PL& DA 的前 3 个主成分得分图 , 由 图可知 20 1 2 年集样本的观测值与预测值之 间的相关系数 i? 2 分别为 0 .9 225
采 自 1 1 个不同产地的样品 除 了2 个样品 聚类有误外 , 其余和 0 . 8 454 , 预 测均方根误差 RMSEP 分别 为 14 .4 2 92 和
样品均能按不 同产地正确 分类 , 表明正交信号-微波压缩滤 20.8 7 。 结合图 6 可知 OSCW 处理前模型 的 RMSEP< RM-
除 了大量干扰信息 , 保留 与美味牛肝菌产地有关 的信息 , 产SEE且验证集的 i? 2 较接近 1 , 表 明 OSCW 处理前基于 PLS
地分类效果 ■挺高 ’ 结果令人满意 。建立 的模 型预 测 效果好 。 OSCW 预 处理后所建立 的模 型
2 .5PLS 建模分析 RMSEP>RMSEE , 且验证集 J? 2 还 略小于训 练集 尺2 , 表 明
第 7 期光谱学与光谱分析2 1 2 1
美味牛肝菌红外光谱信息经 OSCW 处理后 , 出 现过拟合现示 OSCW处理后的光谱数据不适宜结合 PLS建立预测模型 ,
象 , 训练集能被很好的识别 , 但验证集 正确识别率降低 , 提这 与张娴等的研究结果相符 。
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,
[
2
]
'
[
2
]
图 5 不 同产地美味牛肝菌 OSCW 处理前后主成分得分图
Fi g.5P ri nc ipa lcompon en t scoresp loto fB .edul isfromdi fferent or iginsbefore ( a)and after ( b)prep rocessedbyOSCW
0204060801 001 20 1 40 1 601 8 00 2040608 0 1 001 2 0 1 40 1 601 8 0
YPedYPed
图 6OSCW 预 处理前后训练集的 PLS 模型预测结果
Fi g.6Pred ic t ingresul ts oftraini ngse tofPLS mode lbefore (a )and after ( b )preprocessedbyOSCW
1 6 0 i 5 〇r^
1 40/? 2=0.922 5^^^ Z^O . 845 4
RMSE E= 1 4 .4292 RMS EE=20 . 87,
y
I :: I
1 00
,?J^r> 8 〇90^
5 〇
02 04 0608 0 1001 2 0 140 1 6 0-40-2 0 020406080 1 001 2 0 1 40
YPed YP ed
图 7OSCW 预处理前后验证集 的 PLS 模型预测结果
Fig. 7P red ic t ingres u lts o fva l ida t ions et ofPI >S m(x le lbefore( a )and aft er( b )p rep roce ssedbyOSCW
2 122光谱学与光谱分析第 36 卷
以相关系数 r 、 校正均方根误差 RMSEE 和预测均方根误差
3结i仑 RMSEP评价模型预测效果 。 结果显示 OSCW处理前训练集
的 r小于预处理后 , 而 RMSEE大于预处理后 , 表明 OSCW
采集不同年份、 不 同产地美味牛肝菌样品 的红外光谱 , 处理能够提高模型训练集的预测效果 ; OSCW 预处理后模型
用 Omni c&2 软件的光谱检索功能考察方法的重现性 、 精密的 RMSEP>RMSEE,r 小于光谱预 处理前的 数值 , 表明
度和稳定性 , 显示该方法稳定 、 可靠 。 应用正交信号校正-微OSCW 处理后光谱出现过拟合现象 , 降低了模型验证集的预
波压缩 (OSCW)方法处理光谱 , 对 OSCW 处理前后的美味牛测能力 。
肝菌光谱数据进行 PLS ̄DA分析 , 结果显示 OSCW处理后红外光谱数据通过 OSCW 处理能够滤除光谱矩阵 中的
PLS ̄DA 对美味牛肝菌不同年份及不同产地的分类效果明显噪音信号及与因变量无关的干扰信息 , 提高光谱分析的针对
优于光谱预处理前的效果 , 表明 OSC能够滤除大量与分类性和计算速率 , 但 OSCW-PLS会出现过拟合现象 , 不适宜建
变量无关的干扰信息 , 在确保极少量信息丢失的前提下对数立分类预测模型 。 OSCW 与 PLS ̄DA结合区分不同年份 、 不
据进行微波压缩明显提高了光谱分析的计算速率 。同产地美味牛肝菌样品 , 结果令人满意 , 为食用菌的快速鉴
152 个美味牛肝菌光谱数据分为训练集和验证集 , 分别别分类和质量控制提供行之有效 的方法 , 具有实际推广价
以 OSCW 处理前后 的 光谱数据 , 建立 PLS 分类预测模 型 , 值 。
References
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第 7 期光谱学与光谱分析2 1 2 3
S tudyontheDiscrimina tionofBo letusEdulisfromDifferentYearsand
Origin sw i thFTIR
YANGT ian-w e i 1 , 2 ,LITao 3 ?L IJ ie-qing 1 ,ZHANGXu e4 ,WANGYuan-zhong2 * ,LIUHong -gao1 *
1 .Co llegeof AgronomyandBio techno logy *YunnanAgri cu lturalUnivers ity ,Kunmi ng65 02 0 1 , Ch ina
2 .Insti tuteof Medic inalP lants ,YunnanAcademyof A gr icu ltu ralSci ences ,Kunming6 50 20 0 , Ch ina
3 .Col legeofResou r ces and Environment ,YuxiNormalUnivers it y ,Yuxi 65 31 00 ,Chi na
4.YunnanTechni cian Co l lege ,Anning 650 30 0 ,China
AbstractInorder to estab l isharap idmethod ford iscr imina t ingBole tusedu l i smu shroom ,Four ier trans fo rm i nfraredspec tro s?
copycomb inedw ithmu lt ivar iatesta t is t icalanalys iswere usedtos tudy B .edu l i swh ichwer eco ll ec tedfromdiff eren to ri gins and
di fferen tyears.Theo rig inali nfraredspec trao fall the1 52B.edu l issamp lesco llectedfrom 2 0 1 1to 20 1 4and2 6d ifferentareas
ofYunnanProvi ncewereopt imizedwitho rthogonals igna lco rr ect ionandwave le tcom pres sion (OSCW)met hod.Thespec tra l
da ta tha tbeforeandafter beingpreprocessed w it hOSCWwereanalyzedwithpa rtiall eas tsqu aresdi sc riminantanaly s is( PLS-
DA) .Thec la ss if icat ion resu lt so fPLS-DAwerecompa redThenthe1 5 2B.edu l i ssampleswererandomlyd ivi ded into atra i n?
ingset( 1 20 )andavalidat ion set( 32 )toest abl ish thePLSc lass ifi cationpred ic t ionmode l .The resu lt sshowed that ,afte rOSCW
p rocess ing ,th ec lass if icat ion result ofPLS-DAwass ign if i cantl ybet terthantheo theronewhi chwasno tpro ces sedby OSCW.
Pr inc ipa lcomponentsco rep lo tcanac cu rate ly d is t ingu ish B .edu l i ssamp les co l lec ted fromd i ffer entyears anddi fferento rig ins.
Itind icatedthatOSCWcanef fec t ively eliminatet henoi seo f spec traandreducetheunre la ted int erferenceinfo rmat ionabou tthe
dependentvar iab lestoimprov e theaccu racy and calcul at ionspeedofsp ectralanaly sis .Befo reOSCWpreprocessed ,thejRzand
RMSEIEo fPLSmod el o ft he training setwere0 .7 901and2 1 . 2465 respe ct i vely wh i l eR zand RMSEPo fthemodel o fval idat ion
setwere0 . 9225and1 4 .4 292 .After OSCWpretr ea tment ,R 2andRMSEEo fthe train ingsetwere0. 8 523and1 7 .2 381whil e
RzandRMSEP ofva l idat i onsetwere0 .84 54and20 .8 7 .Itsugges tedthatOSCW couldimprovethepr edi ct ivee ff ecto fthe
tra iningset ,buttheov ei^fittingofOSCW-PLSmayr edu cet hepred ic t iveabi li ty o fvalidat ionset.There fore ,itwasunsu itabl e
toes tab li shamodelw ithOSCWcombi nedw ithPLS. Inaconc lu s ion ,OSCWcomb inedw ithPLS-DAcaneliminatea large
amountofspe ct rum int erference info rma t ion.Thi smethod cou ldaccurately di st ingu ishB,edu l i ssamp les col lec tedfrom d iffer?
entyears andd ifferento rig ins .Itcoul dp ro videarel iablebas is fo r thed iscr im inat ion and c la ss if icat iono fwi ld edi bl e fung i .
KeywordsInfraredspec troscopy ;OSCW ;PLS-DA ;Bo le tus edu lis \Di scriminati on
(ReceivedSep .1 3 , 2 0 1 4 ;ac ce ptedDec.25 , 2 0 1 4 )
*Cor respond ingau tho r