一种基于烟叶差异代谢物含量快速检测烟叶成熟度的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于烟叶差异代谢物含量快速检测烟叶成熟度的方法及装置，该方法利用LC

【技术实现步骤摘要】
一种基于烟叶差异代谢物含量快速检测烟叶成熟度的方法及装置


[0001]本专利技术属于分析化学
，具体涉及一种基于烟叶差异代谢物含量快速检测烟叶成熟度的方法及装置。

技术介绍

[0002]鲜烟素质可作为鲜烟采收成熟度的内在基础与成熟度形成对应关系，根据烟叶的外观特征将不同部位鲜烟叶分为欠熟、适熟、过熟，研究不同成熟度与烤后烟质量的关系，表明适熟烟叶烤后烟质量最佳。适宜成熟度烟叶可以提高烟农收益和工业可用性。但在生产中，由于地域不同，气候、土壤肥力、水分、栽培方式等有较大差异，适宜成熟度的标准不同，青烟早采和熟烟晚采的现象较为普遍，对烤后烟质量也有不利的影响。欠熟和过熟烟叶采烤的烤后烟叶化学成分不协调，评吸质量表现为香气质差、香气量不足，刺激性明显，潜在质量特征未充分彰显，烟叶内在品质有较大提升空间。适熟处理初烤烟叶产质量最高、内在化学成分最协调、感官评吸质量最好。
[0003]不同成熟度烟叶中生物碱，类固醇，酚类，脂质等物质有很大差异，在不同成熟度条件下有不同的应用价值，这些特定的代谢产物可能成为质量评估和确定采收期的潜在指标，但是，现有的检测方法不能直观的反应各代谢物在不同成熟度下的变化情况，无法对不同成熟度烟叶采收提供指导。
[0004]代谢组学是对有机体代谢物进行定量分析，并寻找代谢物与生理和病理变化相对关系的研究。按研究的目的，代谢组学又可分为靶向和非靶向，其中非靶向代谢组学能从整体反映代谢物的变化，全面地挖掘小分子代谢物，有利于发现新的代谢物和代谢通路。
[0005]因此，基于非靶向代谢组学通过高通量的仪器分析技术，研究一种基于烟叶差异代谢物含量快速检测烟叶成熟度的方法及装置是很有必要的。

技术实现思路

[0006]本专利技术的第一目的是提供一种不同成熟度烟叶中大量差异代谢物的鉴定方法，本专利技术的第二目的是提供一种基于烟叶差异代谢物含量快速检测烟叶成熟度的方法，本专利技术的第三目的是提供一种基于烟叶差异代谢物含量快速检测烟叶成熟度的装置。
[0007]本专利技术的第一目的是这样实现的，本专利技术一种不同成熟度烟叶中大量差异代谢物的鉴定方法，包括以下步骤：A、提取不同烤烟品种、不同部位、不同成熟度烟叶中的代谢物得到烟叶代谢提取物；B、采用LC
‑
MS对所述烟叶代谢提取物进行非靶向代谢物检测分析，得到不同烤烟不同成熟度烟叶的色谱图数据；C、采用XCMS在线平台对所述色谱图数据进行特征峰检测和对齐，生成具有质荷比、保留时间和强度信息的特征峰表；再通过PCA法评价得到液质数据中是否存在批次效
应；移除批次效应后，采用t
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SNE对所述特征峰表进行降维以及可视化；最后采用OPLS
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DA法建立不同烤烟品种不同成熟度烟叶样品之间的分类模型，并筛选出相关差异代谢物；D、构建烟叶代谢物分子结构式库，并转换成MS
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FINDER 3.44软件可用格式，结合MS
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FINDER软件中质谱预测方法，对筛选出的差异代谢物进行定性。
[0008]本专利技术的第二目的是这样实现的，一种基于烟叶差异代谢物含量快速检测烟叶成熟度的方法，具体方法如下：基于上述方法所筛选出的不同成熟度烟叶中具有显著差异的一种或多种差异代谢物含量，利用所述的LC
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MS检测方法直接检测烟叶中具有显著差异的一种或多种差异代谢物离子流强度大小，根据离子流强度大小判断待测烟叶的成熟度，所述一种或多种差异代谢物为尼古丁氮氧化合物和降烟碱。
[0009]本专利技术的第三目的是这样实现的，一种基于烟叶差异代谢物含量快速检测烟叶成熟度的装置，包括光谱数据采集单元，数据传输单元，数据处理单元、数据输出单元及数据存储单元；所述光谱数据采集单元将采集的待检测烟叶样品的红外光吸收值通过数据传输单元传送至数据处理单元，数据处理单元根据红外光吸收值预测具有显著差异的差异代谢物的离子流强度大小，判断模型根据具有显著差异的差异代谢物的离子流强度判断得出待检测烟叶的成熟度，并通过数据输出单元输送至智能检测终端并自动存储到数据存储单元中。
[0010]本专利技术的有益效果为：本专利技术首次基于非靶向代谢组学通过高通量的仪器对不同成熟度的烟叶进行大量差异代谢物分析鉴定，为烟叶的质量评估及烟叶采收期的确定提供了依据及指导。本专利技术基于上述差异代谢物定性结果，选取不同成熟度烟叶代谢物含量具有显著差异的尼古丁氮氧化合物和降烟碱的相对含量作为判断烟叶成熟度的指标，从而实现烟叶成熟度的快速、准确判断。其中，尼古丁氮氧化合物和降烟碱的相对含量的测定仅需通过测定烟叶样品中红外吸收光吸收值，再通过预测模型预测尼古丁氮氧化合物和降烟碱代谢物离子流强度即可实现，操作方法省时简单，适用于大批量烟叶成熟度的检测；另外，本专利技术基于烟叶差异代谢物含量判断烟叶成熟度的方法准确率高达97.4%，有效地避免了通过传统肉眼对烟叶状态判断失误，从而导致烟叶烤制的质量的下降，为后续烟叶烘烤提供了保障，提高了烤烟烘烤质量，值得推广应用。
附图说明
[0011]图1为本专利技术一种基于烟叶差异代谢物含量快速检测烟叶成熟度的装置的原理示意图；图2为本专利技术一种基于烟叶差异代谢物含量快速检测烟叶成熟度的装置的具体结构示意图。
具体实施方式
[0012]下面结合实施例对本专利技术作进一步的说明，但不以任何方式对本专利技术加以限制，基于本专利技术教导所作的任何变更或改进，均属于本专利技术的保护范围。
[0013]本专利技术一种不同成熟度烟叶中大量差异代谢物的鉴定方法，包括以下步骤：A、提取不同烤烟品种、不同部位、不同成熟度烟叶中的代谢物得到烟叶代谢提取物；
B、采用LC
‑
MS对所述烟叶代谢提取物进行非靶向代谢物检测分析，得到不同烤烟不同成熟度烟叶的色谱图数据；C、采用XCMS在线平台对所述色谱图数据进行特征峰检测和对齐，生成具有质荷比、保留时间和强度信息的特征峰表；再通过PCA法评价得到液质数据中是否存在批次效应；移除批次效应后，采用t
‑
SNE对所述特征峰表进行降维以及可视化；最后采用OPLS
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DA法建立不同烤烟品种不同成熟度烟叶样品之间的分类模型，并筛选出相关差异代谢物；D、基于文献资料构建烟叶代谢物分子结构式库，并转换成MS
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FINDER 3.44软件可用格式，结合MS
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FINDER软件中质谱预测方法，对筛选出的差异代谢物进行定性。
[0014]所述步骤A中，烟叶代谢提取物的提取步骤如下：在低温液氮环境下将烟叶磨成粉末后过30
‑
50目筛得到烟叶样品，使烟叶粉末的质量均质化，再取100mg烟叶样品用体积比为7:3
‑
8:2的甲醇/水溶液1
‑
1.5mL进行超声提取得提取液，将提取液离心过滤后干燥即得目标物。
[0015]烟叶代谢提取物的具体提取步骤如下：将烟叶样品置于2 mL Eppendorf管中先涡旋20
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种不同成熟度烟叶中大量差异代谢物的鉴定方法，其特征在于，包括以下步骤：A、提取不同烤烟品种、不同部位、不同成熟度烟叶中的代谢物得到烟叶代谢提取物；B、采用LC
‑
MS对所述烟叶代谢提取物进行非靶向代谢物检测分析，得到不同烤烟不同成熟度烟叶的色谱图数据；C、采用XCMS在线平台对所述色谱图数据进行特征峰检测和对齐，生成具有质荷比、保留时间和强度信息的特征峰表；再通过PCA法评价得到液质数据中是否存在批次效应；移除批次效应后，采用t
‑
SNE对所述特征峰表进行降维以及可视化；最后采用OPLS
‑
DA法建立不同烤烟品种不同成熟度烟叶样品之间的分类模型，并筛选出相关差异代谢物；D、构建烟叶代谢物分子结构式库，并转换成MS
‑
FINDER 3.44软件可用格式，结合MS
‑
FINDER软件中质谱预测方法，对筛选出的差异代谢物进行定性。2.根据权利要求1所述不同成熟度烟叶中大量差异代谢物的鉴定方法，其特征在于，所述步骤A中，烟叶代谢提取物的提取步骤如下：在低温液氮环境下将烟叶磨成粉末后过30
‑
50目筛得到烟叶样品，取100mg烟叶样品用体积比为7:3
‑
8:2的甲醇/水溶液1
‑
1.5mL进行超声提取得提取液，将提取液离心过滤后干燥即得目标物。3.根据权利要求1所述不同成熟度烟叶中大量差异代谢物的鉴定方法，其特征在于，所述步骤B中，液相色谱分离条件为：进样量1.5
‑
2μL，柱温40℃，100nm
×
2.1mm,1.7μm的ACQUITY UPLC BEH C18超高效液相色谱柱为固定相，用于分析的流动相组成如下：流动相A为含有0.1％甲酸的乙腈溶液；流动相B为含有0.1％甲酸的水溶液，梯度洗脱程序为95%B，0.01
‑
1.0min；90%B，0.01
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10min；80%B，10
‑
20min；65%B，20
‑
30min；58%B，30
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33min；50%B，33
‑
35min；20%B，35
‑
40min；0%B，40
‑
48min，流速为0.4mL/min，总洗脱时间为48分钟；质谱仪参数为：质量范围为50
‑
1,000 m/z，CDL温度为200
°
C，加热块温度设为200
°
C，雾化气体N2保持在流速为1.5 L/min，干燥气体N2压力100kPa，离子阱压力1.8
×
10
‑
5kPa，离子累积时间60ms；检测器电压设定为1.62kV，RP真空度设为85.0
‑
92.0Pa，IT真空度设为1.8
×
10
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2 Pa，TOF真空度设为1.3
×
10
‑
4 Pa；在进行MS/MS分析时，以1.5L/min的流速，并在100KPa压力下施加干燥气体N2，碰撞能量设置为50％。4.根据权利要求1所述一种不同成熟度烟叶中大量差异代谢物的鉴定方法，其特征在于，所述步骤C中，利用XCMS进行样品中特征峰的检测时，采用centWave算法，Peakwidth = c(20, 80), noise = 5000, prefilter = c(3, 5000)，然后使用chromPeaks函数访问峰检测分析的结果，且rt和mz参数可以从数据的特定区域提取已识别的色谱峰。5.根据权利要求4所述一种不同成熟度烟叶中大量差异代谢物的鉴定方法，其特征在于，所述步骤C中，采用XCMS进行样品中峰对齐的检测时，使用peakGrou...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹聪明，蔺忠龙，陈颐，何鲜，顾开元，张志敏，苏家恩，袁坤，杨学书，杨雪彪，隋学艺，刘芮，王涛，郑东方，
申请(专利权)人：云南省烟草农业科学研究院，
类型：发明
国别省市：