密級(jí)： 論文編號(hào)： 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 學(xué)位論文 植酸酶產(chǎn)品近紅外指紋圖譜庫的構(gòu)建 與應(yīng)用研究 of 碩士研究生 ： 楊海鋒 指導(dǎo)教師 ： 秦玉昌 研究員 申請(qǐng)學(xué)位類別 ： 農(nóng)學(xué)碩士 專業(yè) ： 動(dòng)物營養(yǎng)與飼料科學(xué) 研究方向 ： 飼料質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù) 培養(yǎng)單位 ： 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究生院 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院飼料研究所 提交日期 2007 年 6 月 of 007 獨(dú) 創(chuàng) 性 聲 明 本人聲明所呈交的論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下 進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。 研究生簽名： 時(shí)間： 年 月 日 關(guān)于論文使用授權(quán)的聲明 本人完全了解中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院有權(quán)保留送交論文的復(fù)印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。同意中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院可以用不同方式在不同媒體上發(fā)表、傳播學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容。 (保密的學(xué)位論文在解密后應(yīng)遵守此協(xié)議 ) 論文作者簽名： 時(shí)間： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 時(shí)間： 年 月 日 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 碩士學(xué)位論文評(píng)閱人、答辯委員會(huì)名單表 論文題目 植酸酶產(chǎn)品近紅外指紋圖譜庫的構(gòu)建與應(yīng)用研究 論文作者 楊海鋒 專 業(yè) 動(dòng)物營養(yǎng)與 飼料科學(xué) 研究方向 飼料質(zhì)量安全評(píng)價(jià) 指導(dǎo)教師 秦玉昌 培養(yǎng)單位（研究所） 飼料研究所 姓名 職稱 碩（博）導(dǎo)師 單 位 專 業(yè) 簽 名 譙仕彥 教授 碩導(dǎo) 博導(dǎo) 中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 動(dòng)科學(xué)院 動(dòng)物營養(yǎng) 評(píng) 閱 人 張萍 研究員 碩導(dǎo) 博導(dǎo) 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 飼料所 動(dòng)物營養(yǎng) 答辯 主席 韓魯佳 教授 碩導(dǎo) 博導(dǎo) 中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院 農(nóng)產(chǎn)品加工 楊曙明 研究員 碩導(dǎo) 博導(dǎo) 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 質(zhì)檢所 檢測技術(shù) 譙仕彥 教授 碩導(dǎo) 博導(dǎo) 中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 動(dòng)科學(xué)院 動(dòng)物營養(yǎng) 田吉順 高級(jí)工程師 碩導(dǎo) 博導(dǎo) 北京水產(chǎn)研究所 水產(chǎn)學(xué) 答 辯 委 員 干小英 研究員 碩導(dǎo) 博導(dǎo) 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 飼料所 化工合成 會(huì)議記錄（秘書） 論文答辯時(shí)間地點(diǎn) 2007 年 06 月 17 日上午 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院飼料研究所 I 摘 要 伴隨著生物學(xué)、發(fā)酵工程等基礎(chǔ)學(xué)科和應(yīng)用技術(shù)的飛速發(fā)展，具有高效、強(qiáng)特異性生理功能的生物酶制劑已成為新型飼料添加劑的研發(fā)焦點(diǎn)，其生產(chǎn)使用規(guī)模也不斷擴(kuò)大。針對(duì)生物制品安全風(fēng)險(xiǎn)具有隱蔽性強(qiáng)、潛伏期長和危害性大等特點(diǎn)，如何確保和提高飼用酶制劑的安全水平，以及如何科學(xué)利用飼用酶制劑顯著提升飼料工業(yè)和畜牧業(yè)生產(chǎn)效益空間、推動(dòng)飼料工業(yè)和畜牧業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展的技術(shù)優(yōu)勢(shì)已成為亟待解決的問題。本論文主要收集來自同一生產(chǎn)企業(yè)的植酸酶產(chǎn)品，其中噴霧干燥植酸酶樣本 134 個(gè)和吸附干燥植酸酶樣本 121 個(gè)，在 950區(qū)范圍內(nèi)，對(duì)試驗(yàn)樣本進(jìn)行了近紅外光譜掃描，通過構(gòu)建植酸酶的近紅外光譜指紋圖譜庫，以及利用其建立的植酸酶產(chǎn)品真?zhèn)舞b別模型、植酸酶酶活和水分預(yù)測模型，研究探索將近紅外光譜指紋圖譜庫引入植酸酶質(zhì)量安全管理，發(fā)現(xiàn)其不僅利于生產(chǎn)者提高產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性和保護(hù)產(chǎn)品品牌，而且利于管理者建立高效的植酸酶可追溯管理體系，確保提高市場植酸酶整體安全水平。同時(shí)，本論文還利用高效液相色譜、差示掃描量熱儀，以及設(shè)計(jì)開展植酸酶噴霧干燥實(shí)驗(yàn)、恒溫恒濕儲(chǔ)藏實(shí)驗(yàn)，研究分析了不同植酸酶產(chǎn)品的成分組成和功能特性，進(jìn)一步探討了植酸酶的近紅外光譜信息與監(jiān)控植酸酶質(zhì)量安全水平和鑒別區(qū)分植酸酶產(chǎn)品的關(guān)鍵指標(biāo)之間的關(guān)系。具體研究結(jié)果如下： （1 ） 研究建立了能夠清晰區(qū)分不同生產(chǎn)企業(yè)、不同產(chǎn)品形式植酸酶產(chǎn)品的近紅外光譜指紋圖譜庫，為植酸酶產(chǎn)品的真?zhèn)舞b別和品牌保護(hù)提供科學(xué)合理的技術(shù)方法； （2 ） 利用主成分分析定性判別程序，在 950圍內(nèi)提取來自不同生產(chǎn)企業(yè)，不同形態(tài)的植酸酶產(chǎn)品的漫反射近紅外光譜的主成分，取主成分 1 和主成分 2 作二維圖。結(jié)果表明，在不同的模式中，前兩個(gè)主成分對(duì)信息量的累積貢獻(xiàn)率均在 90%以上；相同生產(chǎn)企業(yè)，相同形態(tài)的植酸酶產(chǎn)品均能很好的聚為一類；采用主成分分析（所建立的噴霧干燥和吸附干燥植酸酶定性判別模型對(duì) 15 個(gè)未知樣品進(jìn)行判別，準(zhǔn)確率均達(dá)到 100%，說明應(yīng)用主成分分析所建立的定性分析模型可用來定性判別植酸酶產(chǎn)品的真?zhèn)?，通過馬氏距離法結(jié)合設(shè)定相應(yīng)的閾值，還可以對(duì)其產(chǎn)品質(zhì)量的好環(huán)和穩(wěn)定性作進(jìn)一步的判別。 （3 ） 在最優(yōu)的波數(shù)范圍內(nèi)，選擇散射校正處理、一階導(dǎo)數(shù)和平滑組合為光譜預(yù)處理方法，采用內(nèi)部交互驗(yàn)證法驗(yàn)證，根據(jù)定標(biāo)集交互驗(yàn)證的標(biāo)準(zhǔn)差，確定了最佳主因子數(shù)，采用偏最小二乘法回歸的方法（1）從而建立了植酸酶酶活的量分析模型。植酸酶酶活的化學(xué)分析值與標(biāo)模型預(yù)測值之間的決定系數(shù)上， 相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差小于10%，相對(duì)分析誤差于 3。噴霧干燥植酸酶的決定系數(shù) 對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差 相對(duì)分析誤差 附干燥植酸酶的決定系數(shù)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差 相對(duì)分析誤差 果表明，利用近紅外光譜分析技術(shù)能夠準(zhǔn)確地檢測噴霧干燥植酸酶和吸附干燥植酸酶酶活含量。 （4 ） 建立了快速跟蹤噴霧干燥加工、儲(chǔ)藏過程中植酸酶質(zhì)量變化的近紅外光譜分析方法。 關(guān)鍵字 植酸酶，近紅外光譜技術(shù)，指紋圖譜庫，定量測定，定性判別 of a of of to of a to of to of in a 34 21 at 50IR we to IR we it to to an to of to of as (1) We IR IR (2) to we of at IR 500% of an IR to 5 00%, be to a of it (3) as as In to of in (of in 0%, ; 2 of SD PD of 2of SD PD of be to in (4) We to a of of 目 錄 第一章 緒 論 .酸酶在飼料工業(yè)中的地位 . 1 紅外光譜分析技術(shù)及在飼料工業(yè)中的應(yīng)用 . 2 紅外光譜技術(shù)應(yīng)用發(fā)展史 . 2 紅外光譜分析技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域 . 4 紅外光譜技術(shù)在飼料工業(yè)中的應(yīng)用 . 5 紅外光譜技術(shù)在監(jiān)控生物發(fā)酵過程中的應(yīng)用 . 6 紅外指紋圖譜庫技術(shù) . 6 紋圖譜庫的原理 . 6 紅外指紋圖譜在農(nóng)產(chǎn)品和中藥安全管理中的應(yīng)用 . 7 紅外指紋圖譜與飼料產(chǎn)品注冊(cè)管理 . 7 紅外指紋圖譜與飼用酶制劑質(zhì)量安全管理 . 8 題的選題意義 . 8 研究的主要內(nèi)容及預(yù)期目標(biāo) . 8 第二章 植酸酶產(chǎn)品特性研究 .酸酶蛋白組成特性研究 . 10 述 . 10 . 10 相高效液相色譜分析植酸酶蛋白組成 . 12 結(jié) . 15 酸酶變性溫度特性研究 . 16 述 . 16 示掃描量熱儀分析植酸酶熱穩(wěn)定性 . 16 結(jié) . 18 第三章 植酸酶產(chǎn)品近紅外指紋圖譜庫的建立 .紅外光譜分析技術(shù)測定原理 . 19 紅外光譜分析的基礎(chǔ) . 19 紅外光譜中的化學(xué)計(jì)量學(xué)方法 . 20 價(jià)數(shù)學(xué)模型效果的指標(biāo) . 23 異點(diǎn)的判別與處理 . 24 紅外光譜分析技術(shù)流程 . 25 酸酶產(chǎn)品近紅外指紋分析圖譜的構(gòu)建 . 26 紋圖譜庫的構(gòu)建原則 . 26 驗(yàn)樣本的收集 . 26 紅外反射光譜的采集 . 26 V 常樣本的剔除 . 27 紅外光譜特征信息的提取 . 28 酸酶產(chǎn)品指紋圖譜庫的建立 . 30 結(jié) . 31 第四章 植酸酶酶活定量分析模型的建立與優(yōu)化 .驗(yàn)材料、儀器與實(shí)驗(yàn)方法 . 32 驗(yàn)樣品 . 32 考分析方法及儀器 . 32 紅外光譜分析方法 . 32 據(jù)處理 . 32 果與分析 . 32 考方法分析結(jié)果 . 32 紅外光譜采集 . 33 ?；貧w方法的確定 . 34 譜預(yù)處理方法的確定 . 35 標(biāo)模型的建立與驗(yàn)證 . 37 校準(zhǔn)曲線中加入溫度補(bǔ)償樣品 . 39 結(jié) . 40 第五章 植酸酶產(chǎn)品定性分析模型的建立與優(yōu)化 .驗(yàn)部分 . 42 驗(yàn)儀器和樣品 . 42 譜采集 . 43 果與分析 . 44 成分分析 . 44 成分得分結(jié)合馬氏距離法建模預(yù)測 . 44 結(jié) . 47 態(tài)植酸酶近紅外光譜分析 . 47 器設(shè)備 . 47 品制備 . 48 譜采集及數(shù)據(jù)處理 . 48 態(tài)植酸酶近紅外光譜分析 . 49 結(jié) . 50 第六章 植酸酶近紅外指紋圖譜庫的應(yīng)用研究 .酸酶噴霧干燥過程與近紅外指紋圖譜庫 . 51 述 . 51 霧干燥實(shí)驗(yàn) . 51 霧干燥過程中近紅外光譜信息研究 . 52 結(jié) . 54 酸酶儲(chǔ)藏過程與近紅外指紋圖譜庫 . 55 述 . 55 溫恒濕儲(chǔ)藏試驗(yàn) . 55 溫恒濕儲(chǔ)藏過程中近紅外光譜信息研究 . 56 結(jié) . 57 第七章 結(jié)論及建議 .要結(jié)論 . 58 議 . 59 參考文獻(xiàn) . 謝 .者簡歷 . 英文縮略表 英文縮寫 英文全稱 中文名稱 A 對(duì)吸光度 工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 典最小二乘法 偏移量消除 示掃描量熱儀傳算法 H 性熱焓值 效液相色譜儀 最小二乘法 近紅外波段 部權(quán)重回歸 鏈方法 氏距離法 元線性回歸 元散射校正 紅外透射光譜 紅外反射光譜 光度值 交信號(hào)校正 成分 成分分析 成分回歸 最小二乘法 um 測殘差平方和 定系數(shù) 文縮寫 英文全稱 中文名稱 正標(biāo)準(zhǔn)差 部交互驗(yàn)證均方差 測均方差 對(duì)分析誤差 相高效液相色譜 對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差 二烷基硫酸鈉- 聚丙烯酰胺凝膠電泳 線相減 元線性回歸 噪比 準(zhǔn)正態(tài)變換 準(zhǔn)正態(tài)變換與去趨勢(shì)變換 近紅外波段 止溫度 始溫度 值溫度 波變換 1互決定系數(shù) 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 第一章 緒 論 隨著世界經(jīng)濟(jì)和人口的增長，為快速發(fā)展的畜牧業(yè)提供充足、高質(zhì)量的飼料產(chǎn)品將是農(nóng)業(yè)科學(xué)家和政府決策者長期面對(duì)的巨大挑戰(zhàn)；而高效利用現(xiàn)有資源、充分利用非常規(guī)飼用資源和以生物制品為代表的新資源也成為確保飼料工業(yè)和畜牧業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展的基礎(chǔ)支撐。近年來飼料工業(yè)中涌現(xiàn)出越來越多的生物制品，在一定程度上推動(dòng)了飼料工業(yè)和畜牧業(yè)的發(fā)展，但這些產(chǎn)品在帶來豐厚經(jīng)濟(jì)利益的同時(shí)，也將世界范圍共同面對(duì)的生物安全風(fēng)險(xiǎn)問題直接帶入了飼料和畜牧生產(chǎn)體系。生物制品將是飼料新資源開發(fā)的重點(diǎn)領(lǐng)域，涉及到生產(chǎn)使用者、科研開發(fā)機(jī)構(gòu)、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)，乃至國家整體經(jīng)濟(jì)利益；而生物制品安全隱患隱蔽性強(qiáng)、潛伏期長，很難在短時(shí)期內(nèi)全面準(zhǔn)確判別這些新型產(chǎn)品的安全特性；因此，對(duì)飼用生物制品需要更為智慧的安全監(jiān)管機(jī)制、建立健全的可追蹤管理體系、嚴(yán)格規(guī)范飼用生物制品生產(chǎn)和加強(qiáng)飼用生物制品安全跟蹤評(píng)價(jià)。 植酸酶是近年來新出現(xiàn)的一種飼料添加劑，用于提高畜禽動(dòng)物對(duì)有機(jī)磷元素的吸收利用效率、減少動(dòng)物糞便對(duì)環(huán)境的磷污染。隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，商品植酸酶已在養(yǎng)殖業(yè)和飼料業(yè)得到廣泛應(yīng)用，約占飼用酶市場的 1/3。我國是飼用植酸酶主要的生產(chǎn)和出口國，但由于生產(chǎn)企業(yè)技術(shù)水平參差不齊，導(dǎo)致市場植酸酶產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊，魚目混珠現(xiàn)象嚴(yán)重。近紅外光譜技術(shù)不僅能夠反映絕大多數(shù)有機(jī)化合物的組成和結(jié)構(gòu)信息，更為重要的是近紅外光譜技術(shù)能夠瞬時(shí)獲取準(zhǔn)確反映產(chǎn)品個(gè)體特征的數(shù)據(jù)信息，而用這些數(shù)據(jù)信息描述產(chǎn)品特性遠(yuǎn)比用單一化學(xué)成分指標(biāo)和語言描述更為科學(xué)全面。針對(duì)近紅外光譜技術(shù)特點(diǎn)和植酸酶安全監(jiān)管面臨的難點(diǎn)，我們將研究探索將近紅外光譜技術(shù)引入飼用植酸酶產(chǎn)品的質(zhì)量安全管理。 酸酶在飼料工業(yè)中的地位 磷在動(dòng)物配合飼料中占舉足輕重的地位，參與動(dòng)物牙齒、骨骼及細(xì)胞膜構(gòu)成，是遺傳物質(zhì)核酸的組分，參與重要生長