一种番茄果肉中ATP含量的快速检测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种番茄果肉中ATP含量的快速检测方法，包括以下步骤：(1)利用光谱仪采集番茄肉样本的光谱信号并进行预处理；(2)利用生物发光检测法测量番茄果肉样本的ATP含量；(3)对预处理后的光谱信号进行降维，提取5个特征波长；(4)以ATP含量作为输出，以所述特征波长处的光谱信号强度作为输入，建立多元线性回归模型；(5)测量待测番茄果肉样品在特征波长处的光谱信号强度，代入所述的多元线性回归模型，反演得出该待测番茄果肉样品的ATP含量。本发明专利技术还提供了一种番茄果肉中ATP含量的快速检测装置。本发明专利技术的番茄果肉中ATP含量的快速检测方法检测过程简单，工作效率高，检测结果比较可靠。

A rapid method and device for detecting the content of ATP in tomato pulp

The invention discloses a method for rapid detection of ATP content in tomato pulp, which comprises the following steps: (1) using spectrum spectrometer to collect samples and tomato pulp pretreatment; (2) using bioluminescence detection method to measure the content of ATP in tomato pulp samples; (3) to reduce the dimensionality of the spectral signal preprocessing after the extraction of 5 characteristic wavelengths; (4) as the output to the ATP content, with the characteristics of spectral signal intensity at the wavelength as the input, the establishment of multiple linear regression model; (5) to measure the signal strength in the tomato flesh sample spectral characteristic wavelength of light, the multivariate linear regression model into the the content of ATP, obtained from tomato pulp sample. The invention also provides a rapid detection device for the content of ATP in the tomato pulp. The rapid detection method of ATP content in the tomato pulp of the invention is simple, the working efficiency is high, and the detection result is more reliable.

【技术实现步骤摘要】
一种番茄果肉中ATP含量的快速检测方法及装置
本专利技术涉及植物果肉光谱检测
，尤其涉及一种番茄果肉中ATP含量的快速检测方法及装置。
技术介绍
生物为维持其生命活动和执行各种生理功能都需要消耗能量。三磷酸腺苷(ATP)存在于从微生物到高等动植物等生物体的细胞中，是一种可被生物直接利用的主要能量，参与体内脂肪、蛋白质、糖和核酸的代谢，在维持生物体的正常机能上有着无可替代的作用。因此，对其含量进行快速、准确的测定，对研究生物生长发育和生物产品质量有重要的意义。传统上，ATP的检测方法有电泳法、高效液相色谱法和同位素示踪法等。在电泳法测定中，样品需经滤纸电泳分离，再利用紫外分光光度计进行比色，操作复杂；采用高效液相色谱法，仪器、试剂昂贵，操作过程繁琐，检测时间比较长，且灵敏度仅为1×10-3M，推广应用难度较大；同位素示踪法中放射性同位素对人体有危害，某些同位素半衰期长，需要在专门的同位素实验室完成，应用范围受到限制。用荧光素酶-荧光素的生物发光法是目前测定ATP最灵敏的方法，已广泛应用。但这些应用大多是在药品制剂方面，植物器官ATP含量的测定报道甚少。植物果肉从可见光到中红外波段的反射率和透射率，是果肉结构参数和生物化学等参数的函数。通过获取的反射或者透射率值可定性或者一定程度上定量反映果肉的生物量等信息。研究表明，不同波长的出射光携带有植物果肉的生物量信息和果肉的结构信息。现已有的植物果肉光谱测量获取植物生理信息的研究往往局限于实验，没有方便易用的可以应用于实际生产的方法和设备。
技术实现思路
本专利技术提供了一种番茄果肉中ATP含量的快速检测方法，可在短时间内对多种番茄进行测量，测量效率高。一种番茄果肉中ATP含量的快速检测方法，包括以下步骤：(1)利用光谱仪采集在0℃～4℃贮藏温度下不同贮藏天数的番茄肉样本的光谱信号，对所述的光谱信号进行预处理；(2)利用生物发光检测法测量在0℃～4℃贮藏温度下不同贮藏天数的番茄果肉样本的ATP含量；(3)对预处理后的光谱信号进行降维，提取5个特征波长，分别为401.778nm、403.36nm、412.8nm、433.21和591.62nm；(4)以ATP含量作为输出，以所述特征波长处的光谱信号强度作为输入，建立多元线性回归模型，所述的多元线性回归模型为：Y＝101.23λ1+99.13λ2-66.66λ3-127.75λ4-7.31λ5+16.38，其中，Y为番茄果肉的ATP含量乘以109；λ1、λ2、λ3、λ4、λ5分别为相应特征波长处的光谱信号强度；R2＝0.73；(5)测量待测番茄果肉样品在特征波长处的光谱信号强度，代入所述的多元线性回归模型，反演得出该待测番茄果肉样品的ATP含量。考虑到蔬菜的适宜贮藏温度为0℃，而实验室条件下4℃贮藏环境则较为常见，所以分别选择0℃～4℃下的番茄果肉样品进行实验。本专利技术通过建立番茄果肉中ATP含量与其光谱信号强度之间的关系模型，通过测量待测番茄果肉的光谱信号强度代入关系模型，即可快速反演出该待测番茄果肉的ATP含量。该测量方法简单快速，成本较低，特别适用于大批量番茄果肉样本的ATP含量检测。作为优选，步骤(1)中，在221.99～1019.78nm波段采集番茄肉样本的光谱信号。为了增加光谱信号数据的可靠性，减小误差，作为优选，步骤(1)中，采集番茄果肉样本的至少4个不同位置处的光谱信号。为了提高建立模型的准确性，作为优选，步骤(2)中，对所述的光谱信号进行预处理包括求平均处理和去噪处理。所述的去噪处理是指去除221.99～1019.78nm波段首尾处的不稳定的异常值。作为优选，步骤(3)中，采用连续投影算法对预处理后的光谱信号进行降维。连续投影算法就是在光谱矩阵中寻找含有最低限度的冗余信息的变量组，使得变量之间的共线性达到最小，最大程度地减少了信息重叠，从而减少了校正模型过程中的计算量，提高建模效率。连续投影算法虽然只是提取了很少的变量，但却包含了光谱矩阵的绝大部分信息，可以有效地起到去伪存真的作用，其预测能力没有明显降低。本专利技术还提供了一种番茄果肉中ATP含量的快速检测装置，包括：样品室，用于放置番茄果肉样本；光源，用于向样品室提供360～2000nm波长的测量光；光谱仪，用于采集番茄果肉样本的光谱信号强度；数据处理平台，用于接收光谱信号强度，根据接收的光谱信号强度计算植物样本的ATP含量，并将结果发送至显示屏；显示屏，用于显示和输入数据。作为优选，所述的光源为海洋光学HL-2000型，所述的光谱仪为海洋光学QE65000型；所述的数据处理平台为树莓派3代B型。树莓派3代为携带式的袖珍电脑，具有高处理能力，小占地面积，容易携带的特点；以海洋光学公司开发的QE65000作为内置光谱仪，可以被用于要求高的、低光强的环境，比如荧光、DNA测序和拉曼光谱技术。本专利技术的番茄果肉中ATP含量的快速检测装置可很好地实现便携式测量，操作简单。作为优选，所述的光谱仪的驱动程序为开源的驱动程序Seabreeze。利用驱动程序Seabreeze，开发者可以控制光谱仪与应用软件间的数据传输，也可以方便开发者开发出嵌入式的程序，便于使用者控制光谱仪获取植物样本特定波段下的光谱数据。树莓派3代B型数据处理平台具有非常高的数据处理能力以及易于扩展组建嵌入式系统的能力，在得到光谱仪所测得的番茄果肉在特定波段的光谱数据后，树莓派三代B型能够实时完成数据分析并将结果通过触摸屏反馈给使用者。树莓派3代B型数据处理平台调用预先利用实验数据统计回归得到的统计模型来计算植物样本中的ATP含量。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术的番茄果肉中ATP含量的快速检测方法检测过程简单，工作效率高，检测结果比较可靠；(2)本专利技术的番茄果肉中ATP含量的快速检测装置体积小，可很好地实现便携式地测量，操作方便。附图说明图1为番茄果肉中ATP含量的快速检测方法的流程示意图。具体实施方式本专利技术的植物中ATP含量的快速检测装置包括：样品室，用于放置植物样本；光源，用于向样品室提供360～2000nm波长的测量光；光谱仪，用于采集植物样本的光谱信号强度；数据处理平台，用于接收光谱信号强度，根据接收的光谱信号强度计算植物样本的ATP含量，并将结果发送至显示屏；显示屏，用于显示和输入数据。样品室为不透明的密闭空间，内部设有植物架，用于放置植物样本；样品室的室壁上设有光纤入口和光纤出口，光纤入口通过光纤与光源连接；光源为海洋光学的HL-2000型光源，可提供360～2000nm波长的测量光；光谱仪为海洋光学的QE65000型光谱仪，其驱动程序为开源的驱动程序Seabreeze，便于使用者控制光谱仪获取植物样本特定波段下的光谱数据；数据处理平台为树莓派3代B型计算机，该计算机为携带式的袖珍电脑，具有小占地面积、容易携带的特点；同时具有非常高的数据处理能力以及易于扩展组建嵌入式系统的能力，在得到光谱仪所测得的植物样本在特定波段的光谱数据后，树莓派三代B型能够实时完成数据分析并将结果通过触摸屏反馈给使用者。树莓派3代B型数据处理平台调用预先利用实验数据统计回归得到的统计模型来计算植物样本中的ATP含量。如图1所示，本专利技术的番茄果肉中ATP含量的快速检测方法包括以下步骤：(1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种番茄果肉中ATP含量的快速检测方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)利用光谱仪采集在0℃～4℃贮藏温度下不同贮藏天数的番茄肉样本的光谱信号，对所述的光谱信号进行预处理；(2)利用生物发光检测法测量在0℃～4℃贮藏温度下不同贮藏天数的番茄果肉样本的ATP含量；(3)对预处理后的光谱信号进行降维，提取5个特征波长，分别为401.778nm、403.36nm、412.8nm、433.21和591.62nm；(4)以ATP含量作为输出，以所述特征波长处的光谱信号强度作为输入，建立多元线性回归模型，所述的多元线性回归模型为：Y＝101.23λ1+99.13λ2‑66.66λ3‑127.75λ4‑7.31λ5+16.38，其中，Y为番茄果肉的ATP含量乘以10

【技术特征摘要】
1.一种番茄果肉中ATP含量的快速检测方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)利用光谱仪采集在0℃～4℃贮藏温度下不同贮藏天数的番茄肉样本的光谱信号，对所述的光谱信号进行预处理；(2)利用生物发光检测法测量在0℃～4℃贮藏温度下不同贮藏天数的番茄果肉样本的ATP含量；(3)对预处理后的光谱信号进行降维，提取5个特征波长，分别为401.778nm、403.36nm、412.8nm、433.21和591.62nm；(4)以ATP含量作为输出，以所述特征波长处的光谱信号强度作为输入，建立多元线性回归模型，所述的多元线性回归模型为：Y＝101.23λ1+99.13λ2-66.66λ3-127.75λ4-7.31λ5+16.38，其中，Y为番茄果肉的ATP含量乘以109；λ1、λ2、λ3、λ4、λ5分别为相应特征波长处的光谱信号强度；R2＝0.73；(5)测量待测番茄果肉样品在特征波长处的光谱信号强度，代入所述的多元线性回归模型，反演得出该待测番茄果肉样品的ATP含量。2.根据权利要求1所述的番茄果肉中ATP含量的快速检测方法，其特征在于，步骤(1)中，在221.99～1019.78nm波段采集番茄肉样本的光谱信号。3.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：方慧，章禾嘉，张徐洲，何勇，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33