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技術，即光纖熒光光譜和多光譜成像 (MSI)，從未受污染的種子中區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 污染的種子表現出發射最大位置的紅移。使用線性判別分析對熒光數據進行分析，獲得了 100% 的分類準確度，以區分未污染和 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 區域的種子反射率增加了 7.9 至 9.6 倍，在 NIR 光譜區域增加了 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行了高精度分類。該結果可能對開發用于檢測種子中 AFs 存在的光譜非侵入性方法產生影響，為食品法醫和食品安全領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射光譜分別對應于對照和受黃曲霉毒素 B1 污染的玉米種子。 激發設置在 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。在激發波長為 340 nm 的分析發射區域（從 360 到 800 nm）中，光譜形狀和發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 處觀察到兩個發射峰。相比之下，高 AFB1 污染的種子在 475 nm 處表現出發射峰，表明與對照樣品相比，發射最大位置發生了紅移。對通過主成分法評估的分數進行線性判別分析 (LDA)。多重共線性問題經常出現在熒光光譜中，但這個問題被 Principal 解決了成分分析。該方法將相關變量（預測變量）轉換為一組不相關的變量，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。這兩個主成分的分數被輸入用于線性判別分析。圖 2 給出了前兩個主成分的分數的圖形表示，清楚地顯示了種子被 AFB1 污染和未受污染的區分，以及這種區分僅在 PC2 維度上實現的事實。左邊圖的一側顯示了這兩組的 PC2 分數的直方圖。初始數據集以 46:15 的比例分為訓練集和測試集。 LDA 應用的結果總結在混淆矩陣中（表 1）。兩組的分類可靠性均達到 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 區域的反射強度，另外估計了 AFB1 污染和未污染種子之間的區別。圖 2A 顯示了未受污染 (a, c) 和受黃曲霉毒素污染 (b, d) 種子的圖像和相應的 nCDA 轉換圖像。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（可見區域（VIS））和 780 至 970 nm 兩個光譜區域，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（NIR））。如圖 4 所示，AFB1 污染的種子在可見光區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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