基于斯皮尔曼相关系数的酸菜挥发性风味物质检测、分类和预测方法

1.本发明属于食品科学与工程酸菜风味物质分析领域，具体涉及一种基于斯皮尔曼相关系数的酸菜挥发性风味物质检测、分类和预测方法。


背景技术：

2.酸菜是我国东北地区的一种特色发酵食品，由于其独特的风味和较高的营养价值，在东北地区的饮食文化中，酸菜一直具有着重要的地位。随着东北酸菜的流传度愈加广泛，酸菜品质也越来越受到人们关注。风味是衡量酸菜品质的重要指标，其中挥发性风味物质的产生主要是由于微生物的发酵作用、蛋白质的分解作用等。微生物的代谢主要以乳酸发酵和少量的酒精发酵和醋酸发酵，代谢的产物为大量的乳酸，除此之外还有少量乙醇、甲酸和乙酸等。目前，对酸菜挥发性风味物质的研究主要停留在单纯的检验检测方面，而对于酸菜发酵过程中酸菜挥发性风味物质变化的关注较少，对于影响酸菜挥发性风味物质变化的内在机理尚不明确，因此，本研究旨在应用gc-ms技术探讨酸菜发酵过程中挥发性风味物质的变化规律，从中找到能够表征酸菜发酵时间的特征挥发物，以期找到发酵过程中酸菜挥发性风味物质快速筛选方法并实现对特征性挥发物的精准预测，在酸菜发酵品质控制与监测方面提供指导与见解。


技术实现要素：

3.为了实现酸菜发酵过程中性挥发性风味物质的快速检测分类，以及预测。本发明提供了一种基于斯皮尔曼相关系数的酸菜挥发性风味物质检测、分类和预测方法，以达到对不同发酵时间的酸菜样品的挥发性风味物质分类、预测目的。
4.一种基于斯皮尔曼相关系数的酸菜挥发性风味物质检测、分类和预测方法，包括如下步骤：
5.s1、对不同发酵时间的酸菜样品进行选择和预处理；
6.s1.1、选择市售大白菜在温度10～15℃，2％盐浓度条件下发酵30天，在发酵过程中，分别抽取发酵0、5、10、15、20、25和30天的样品用于检测。
7.s1.2、将选择的不同发酵时间的酸菜样品进行预处理，准确称取约3g的酸菜检测样品放置于20ml顶空烧瓶中，培养箱设定温度60℃，平衡10min，提取30min，脱附时间300s，提取头老化温度设定为260℃，老化时间设定30min。
8.s2、对不同发酵时间的酸菜进行gc-ms检测；获取不同发酵时间的多种酸菜挥发性风味物质的保留时间、峰高、峰面积、相对含量、cas号等信息的离子图谱数据；
9.s3、对s2中获取的代谢挥发物的保留时间、峰面积的离子图谱数据进行预处理，预处理后的信息进行规范化处理；最后对规范化处理后的离子图谱数据进行主成分分析；基于pca和结果，筛选出待分析化合物；
10.s4、搭建基于斯皮尔曼相关系数的酸菜分类、预测模型：
11.s4.1、x、y为两组独立同分布的数据，其元素个数均为n，两组随机变量中取的第i(1《i《n)个值分别用xi、yi表示；对x、y同时进行降序或者升序排序，得到两个元素排行集合x、y，其中元素xi、yi分别为xi在x中的排行以及yi在y中的排行，集合x、y中的对应元素的差值组成排行差分集合d，其中d＝x
i-yi，i(1《i《n)；x、y之间的斯皮尔曼相关系数可以由x、y或者d计算得到；rs计算方程式如下所示：
[0012][0013]
在实际应用中，变量间的连结是无关紧要的，于是可以由排行差分集合d计算得到：
[0014][0015]
斯皮尔曼相关系数的取值范围为:[1，1]，rs绝对值越大，相关性越强，斯皮尔曼相关系数rs》0时，认为讨论的两组变量存在正相关；斯皮尔曼相关系数rs《0时，认为讨论的两组变量存在负相关。
[0016]
s4.2、斯皮尔曼相关系数的检验：
[0017]
将p值和相关临界值表用作斯皮尔曼相关系数的检验，当样本数目n》30时，用p值确定，当样本数目n《30时，用相关临界值确定；选择显著性水平为0.01，若总体相关系数ρ为0，则rs斯皮尔曼相关系数的分布可近似地用均值为0，标准差为1/n-1的正态分布曲线来表示；
[0018]
经过数学变换可得到标准正态分布曲线，并得到正态检验值z，过程如下：
[0019][0020][0021]
通过正态检验值z，可以通过正态分布密度函数求得双侧检验p值，通过比较p值与0.01之间的大小，可以判断rs的显著性，当p小于0.01时，认为在显著性水平0.01下拒绝原假设，即两者具有相关性；
[0022]
当样本数小于30时，查询该样本数所对应的斯皮尔曼相关系数临界值，当计算的斯皮尔曼相关系数大于该临界值时，认为两者之间相关性是显著的，是有统计学意义的。
[0023]
本发明的有益效果：
[0024]
1、本发明采用的gc-ms技术，在萃取温度、升温程序、等参数进行了优化，实现对酸菜挥发性风味物质的更精确检测。
[0025]
2、本发明构建的基于斯皮尔曼相关系数的分类模型，将不同发酵时间的酸菜特征性挥发性风味物质进行分类，探讨酸菜发酵过程中挥发性气味的变化规律，并对不同发酵时间的挥发性风味物质进行预测。图1是一种基于斯皮尔曼相关系数的酸菜挥发性风味物质检测、分类和预测方法
步骤。
具体实施方式
[0026]
如图1所示，一种基于斯皮尔曼相关系数的酸菜挥发性风味物质检测、分类和预测方法，包括如下步骤：
[0027]
s1、选择用于检测的酸菜样品，根据酸菜的发酵特性，本发明选择发酵0、5、10、15、20、25和30天的样品用于检测。
[0028]
s2、取3g酸菜样品于20ml顶空瓶中，加入5.0ml纯水和氯化钠，再加入3μl内标后，用带有聚四氟乙烯隔垫的盖子密封，将内装肉样的顶空瓶置于60℃温水平衡10min后，以spme针管插入顶空瓶的硅橡胶瓶垫，伸出50/30μmcar/pdms萃取头，进针深度4cm，在73℃下吸附30min；待吸附完毕，取出萃取头并插入gc-ms进样口，250℃解吸5min，解析进针深度为3cm，热脱附进gc-ms检测。
[0029]
s3、将顶空固相微萃取的多个酸菜样本分别进行gc-ms测定，进而获取不同发酵时间酸菜挥发性风味物质的保留时间、峰面积、质荷比等信息的离子图谱数据。
[0030]
s4、将已获得的不同发酵时间酸菜的代谢挥发物的保留时间、峰面积、质荷比的离子图谱数据进行预处理，预处理后的信息进行规范化处理；最后对规范化处理后的离子图谱数据进行主成分分析；基于pca和结果，筛选出待分析的挥发性风味物质。
[0031]
s5、构建基于斯皮尔曼相关系数的酸菜分类、预测模型：
[0032][0033]
s6、将基于pca和结果获筛选出的不同发酵时间的酸菜待分析的代谢挥发物输入模型，得到不酸菜挥发物与发酵时间的相关性，进而实现对于不同发酵时间下的酸菜挥发性风味物质的分类、预测。


技术特征：
1.一种基于斯皮尔曼相关系数的酸菜挥发性风味物质检测、分类和预测方法，其特征在于：包括如下步骤：s1、对不同发酵时间的酸菜样品进行选择和预处理；s1.1、选择市售大白菜在温度10～15℃，2％盐浓度条件下发酵30天，在发酵过程中，分别抽取发酵0、5、10、15、20、25和30天的样品用于检测；s1.2、将选择的不同发酵时间的酸菜样品进行预处理，准确称取约3g的酸菜检测样品放置于20ml顶空烧瓶中，培养箱设定温度60℃，平衡10min，提取30min，脱附时间300s，提取头老化温度设定为260℃，老化时间设定30min；s2、对不同发酵时间的酸菜进行gc-ms检测；获取不同发酵时间的多种酸菜挥发性风味物质的保留时间、峰高、峰面积、相对含量、cas号等信息的离子图谱数据；s3、对s2中获取的代谢挥发物的保留时间、峰面积的离子图谱数据进行预处理，预处理后的信息进行规范化处理；最后对规范化处理后的离子图谱数据进行主成分分析；基于pca和结果，筛选出待分析化合物；s4、搭建基于斯皮尔曼相关系数的酸菜分类、预测模型：s4.1、x、y为两组独立同分布的数据，其元素个数均为n，两组随机变量中取的第i个值分别用x
i
、y
i
表示，1<i<n；对x、y同时进行降序或者升序排序，得到两个元素排行集合x、y，其中元素x
i
、y
i
分别为x
i
在x中的排行以及y
i
在y中的排行，集合x、y中的对应元素的差值组成排行差分集合d，其中d＝x
i-y
i
，1<i<n；x、y之间的斯皮尔曼相关系数可以由x、y或者d计算得到；r
s
计算方程式如下所示：在实际应用中，变量间的连结是无关紧要的，于是可以由排行差分集合d计算得到：斯皮尔曼相关系数的取值范围为:[1，1]，r
s
绝对值越大，相关性越强，斯皮尔曼相关系数r
s
>0时，认为讨论的两组变量存在正相关；斯皮尔曼相关系数r
s
<0时，认为讨论的两组变量存在负相关；s4.2、斯皮尔曼相关系数的检验：将p值和相关临界值表用作斯皮尔曼相关系数的检验，当样本数目n>30时，用p值确定，当样本数目n<30时，用相关临界值确定；选择显著性水平为0.01，若总体相关系数ρ为0，则r
s
斯皮尔曼相关系数的分布可近似地用均值为0，标准差为1/n-1的正态分布曲线来表示；经过数学变换可得到标准正态分布曲线，并得到正态检验值z，过程如下：经过数学变换可得到标准正态分布曲线，并得到正态检验值z，过程如下：
通过正态检验值z，可以通过正态分布密度函数求得双侧检验p值，通过比较p值与0.01之间的大小，可以判断r
s
的显著性，当p小于0.01时，认为在显著性水平0.01下拒绝原假设，即两者具有相关性；当样本数小于30时，查询该样本数所对应的斯皮尔曼相关系数临界值，当计算的斯皮尔曼相关系数大于该临界值时，认为两者之间相关性是显著的，是有统计学意义的。

技术总结
一种基于斯皮尔曼相关系数的酸菜挥发性风味物质检测、分类和预测方法，该方法是选择用于检测的酸菜样品，根据酸菜的发酵特性，样品用于检测；对不同发酵时间的酸菜进行GC-MS检测；将已获得的不同发酵时间酸菜的代谢挥发物的保留时间、峰面积、质荷比的离子图谱数据进行预处理，预处理后的信息进行规范化处理；最后对规范化处理后的离子图谱数据进行主成分分析；基于PCA和结果，筛选出待分析的挥发性风味物质。构建基于斯皮尔曼相关系数的酸菜分类、预测模型：将基于PCA和结果获筛选出的不同发酵时间的酸菜待分析的代谢挥发物输入模型，得到不酸菜挥发物与发酵时间的相关性，进而实现对于不同发酵时间下的酸菜挥发性风味物质的分类、预测。预测。预测。


技术研发人员：王笑丹 吴铎 王翠莲 田佳雪 江少萍 常平
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：2023.01.04
技术公布日：2023/9/22