基于近红外光谱技术的羊栖菜品质变化及其对环境因子的定量响应研究

Hijiki (Sargassum fusiforme), which has high nutritional and medical value, is one of important commercial cultivated macroalgae in China. Different cultivation environment inevitably leads to quality difference, and the nutritional quality will significantly influence the stability and sustainable development of Hijiki cultivation industry. However, there is no report on the relationship between nutritional quality of Hijiki and environmental factors. In this program, the Dongtou cultivated Higiki will be selected as our study object. We will study the dynamic variation in metabolites, determine the important environmental factors which have significant effect on the nutritional quality, and reveal the response mechanisms of nutrientional quality to the environmental factors by employing the near infrared spectroscopy, feature variable selection method, intellectual learning method and central composite design. From above, this research project can provide the theoretical support for the precise and refined development of Higiki cultivation industry. Moreover, the constructed method is of great reference value for the quality improvement of other food plants.

羊栖菜的营养和药用价值十分丰富，是我国重要的大型经济海藻之一。羊栖菜养殖环境的不同必然会导致其品质之间的差异，品质问题将会直接影响羊栖菜养殖业的稳定可持续发展。然而目前还未有文献报道羊栖菜品质与环境因素之间的关系。本项目选取浙江洞头的养殖羊栖菜为研究对象，以近红外光谱技术为主要技术手段，综合应用品质特征提取与选择方法、智能学习方法以及复合实验设计等手段，研究羊栖菜生长过程中代谢产物的动态累积规律，确定影响羊栖菜品质形成关键时期的主要环境因子，揭示羊栖菜营养品质对环境因子的定量响应机制。该研究可以为我国羊栖菜养殖产业的精准精细化发展提供理论支撑。同时，构建的方法体系对于其他食源植物的品质提升具有重要的借鉴意义。

羊栖菜品质直接影响其营养和经济价值，提升羊栖菜品质有助于稳定持续发展我国的羊栖菜产业。本项目采用近红外光谱技术快速分析羊栖菜的品质并探讨了其品质形成与环境因子之间的关联。首先基于近红外光谱构建羊栖菜品质的定量分析方法，采用组合区间-偏最小二乘法构建营养成分蛋白质、脂肪和灰分的模型，模型相关系数均高于0.8；基于竞争性自适应重加权采样算法和支持向量机构建的组合模型可以较为准确地预测羊栖菜代谢产物（活性成分）甘露醇、多糖、岩藻甾醇和岩藻黄质，预测集决定系数和均方根误差分别为0.81和3.87 g kg-1、0.86和15.94 g kg-1、0.84和0.14 g kg-1、0.78和1.76×10-2 g kg-1。之后，从线性、准确度、重复性、中间精密度和稳健性方面对该方法进行评价，证实了此方法可靠性较高，可以满足羊栖菜品质指标定量分析要求。进而将该方法应用于测定羊栖菜生长过程的营养成分/代谢产物的含量，结果显示，近红外定量分析方法的预测值与参考值拟合度较高，可以较为准确地预测羊栖菜营养成分/代谢产物的动态变化规律。此外，基于近红外光谱和设计实验确定了影响羊栖菜品质形成的关键因子是是温度、光照强度和光照周期；给出了养殖羊栖菜的最佳环境参数为温度19.61℃、光照强度4075 lux，光照周期9.18 h。该研究成果不仅可以为羊栖菜品质提升和养殖精准调控提供理论支撑，而且还为其他食用海藻的品质检测提供了一种新的研究思路。