科研产出
17种分类算法在牛肝菌种类鉴别研究中的应用
《光谱学与光谱分析 》 2019 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：由于部分毒菌与野生食用菌形态和生物学特征相似,农民仅凭经验采集,难免将两者混淆,从而导致严重的食品安全事故。云南省作为国内野生食用菌产量最高、出口量最大的省份,野生食用菌产业发展为云南农村经济发展做出了突出贡献,对不同种类野生食用菌进行快速鉴别,有利于野生食用菌产业的健康发展;分析食用菌亲缘关系,对食用菌育种工作具有积极作用。七种牛肝菌样品,采自云南及周边七个产地,利用FTIR光谱仪分别采集菌柄和菌盖红外指纹图谱,基于低级与中级数据融合策略,将预处理后的菌柄和菌盖FTIR光谱数据进行融合,结合Decision Trees,Discriminant Analysis,Logistic Regression Classifiers,Support Vector Machines,Nearest Neighbor Classifiers和Ensemble Classifiers中的17种算法,分别建立菌柄、菌盖、低级数据融合和中级数据融合模型,每个分类模型连续进行10次运算,通过比较训练集分类正确率平均值,确定牛肝菌种类鉴别最佳分类算法。中级数据融合数据集进行系统聚类分析(HCA),对推测不同种类牛肝菌样品的亲缘关系进行鉴定。结果显示:(1)菌柄、菌盖和低级数据融合模型最佳分类算法均为Linear Discriminant,训练集分类正确率分别为92.8%,96.4%和97.6%。中级数据融合模型最佳分类算法为Subspace Discriminant,训练集分类正确率为100%;(2)菌柄、菌盖、低级数据融合和中级数据融合最佳分类模型,全部样品分类正确率平均值分别为93.61%,95.54%,96.99%和99.88%,中级数据融合模型优于其他三种模型,表明中级数据模型可以将相似度较高的样品区分开,且减少了产地对种类鉴别的影响;(3)中级数据融合模型数据集进行HCA,华丽牛肝菌和美味牛肝菌聚类距离最小,表明这两种牛肝菌化学信息较相似,亲缘关系较近;(4)华丽牛肝菌与皱盖疣柄牛肝菌聚类临界值距离最大,表明样品化学信息差异较大,亲缘关系较远。综上表明,基于中级融合策略将不同部位FTIR光谱数据融合,结合Subspace Discriminant与HCA,可以准确鉴别不同种类牛肝菌和快速推测样品亲缘关系,可作为野生食用菌种类鉴别与亲缘关系推测的一种新方法。
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多源异构光谱信息融合的食用牛肝菌鉴别方法
《光谱学与光谱分析 》 2018 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：牛肝菌营养丰富,味道鲜美,备受各国消费者青睐。因种间差异和环境因素的多层次影响,不同种类及产地牛肝菌品质参差不齐。目前,利益驱动导致商家在牛肝菌销售过程中以次充好、以假乱真的行为扰乱了食用菌市场,不仅给消费者带来健康风险,也制约了牛肝菌的国际化贸易。采用多源异构信息融合策略对牛肝菌种类与产地进行鉴别,以期为追溯食用菌来源以及正确评价其品质提供一种快速有效的解决方法。试验样品灰褐牛肝菌(Boletus griseus)、栗色牛肝菌(B. umbriniporus)、美味牛肝菌(B. edulis)、皱盖疣柄牛肝菌(Leccinum rugosicepes)和绒柄牛肝菌(B. tomentipes)五种牛肝菌科(Boletaceae)真菌子实体采于云南省保山市、昆明市、玉溪市与红河州。采用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)和紫外可见分光光度计(UV-Vis)采集样品信息。Kennard-Stone算法将样品原始数据分为校正集和验证集。校正集基于FTIR、UV-Vis、低级、中级与高级数据融合建立偏最小二乘判别分析(PLS-DA)模型,其中决定系数(R2cal)、预测能力Q2、校正均方根误差(RMSEE)和交叉验证均方差(RMSECV)用来评价模型鲁棒性。研究结果显示:(1)不同种类及产地牛肝菌FTIR和UV-Vis吸收峰的峰位置、峰形和峰数相似,而吸收强度存有差异,表明牛肝菌所含化学成分相似,但含量有一定差别;(2)PLS-DA模型二维散点图可以看出,中级融合比低级融合能更好的鉴别样品种类及产地;(3)各模型中,中级融合模型具有更大的Q2和最小RMSECV,模型鲁棒性最强;(4)验证集样本用来验证模型泛化能力,FTIR、UV-Vis、低级融合、中级融合及高级融合模型样品种类鉴别正确率分别为92. 86%,35. 71%,97. 62%,100%和95. 23%;产地鉴别正确率分别为71. 43%,61. 90%,61. 90%,97. 62%和76. 19%。表明多源异构信息融合在一定程度上优于独立模型,其中,中级数据融合种类鉴别正确率100%,产地鉴别正确率97. 62%,模型具有更优的鉴别效果和泛化能力。FTIR和UV-Vis结合中级数据融合策略能实现牛肝菌种类快速精确鉴别,产地快速有效鉴别,可作为食用菌来源追溯以及品质评价的一种新方法。
关键词： 牛肝菌 FTIR UV-Vis 多源异构信息融合 种类及产地鉴别
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砷超标食用牛肝菌的红外光谱快速鉴别
《食品与发酵工业 》 2017 北大核心 CSCD
摘要：红外光谱结合偏最小二乘判别分析建立快速区分牛肝菌砷含量是否超标的方法。采集美味牛肝菌和绒柄牛肝菌共85份样品的红外光谱信息,对光谱进行平滑、二阶导数和标准正态变量优化处理;采用电感耦合等离子体发射光谱仪测定牛肝菌中砷含量,根据GB 2762—2012规定的食用菌中砷限量标准评价牛肝菌的食用安全性;将红外光谱数据与牛肝菌的砷含量值进行拟合建立砷超标与未超标样品的分类模型。结果显示:(1)牛肝菌的砷元素含量为0.033~8.301 mg/kg(DW),不同种类、不同产地牛肝菌砷元素含量具有差异;(2)多数牛肝菌样品砷含量超过GB 2762—2012的限量标准,其中采自普洱思茅区的绒柄牛肝菌砷超标较为严重,食用有潜在风险;(3)砷超标与未超标牛肝菌的红外光谱在峰形、峰位上没有明显差异;优化处理后的光谱数据进行偏最小二乘判别分析,其主成分得分散点图能将砷超标样品和未超标样品区分开,分类正确率达到91.76%,能为快速检测食用菌中砷含量是否超标提供新方法。
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云南省野生牛肝菌总汞含量测定分析及健康风险评估
《云南农业大学学报(自然科学) 》 2017 北大核心 CSCD
摘要：【目的】系统测定云南常见野生牛肝菌中总Hg含量,分析不同产地、种类及不同部位牛肝菌对Hg的富集规律和积累特征,评价野生牛肝菌的食用安全性,为野生食用菌产业的发展和食用安全评估提供数据依据。【方法】采用MA-2000直接测Hg仪—冷原子吸收光谱法测定牛肝菌菌盖、菌柄中总Hg含量,计算同一牛肝菌菌盖与菌柄总Hg含量比(QC/S),分析不同种类、部位牛肝菌中总Hg含量的差异和富集规律。根据中国《食品安全国家标准食品中污染物限量》(GB 2762—2012)规定的食用菌中Hg限量标准及联合国粮农组织和世界卫生组织(FAO/WHO)规定的每周Hg允许摄入量(provisional tolerable weekly intake,PTWI)现行标准,评价云南野生牛肝菌的食用安全性。【结果】同一子实体菌盖与菌柄的比值(QC/S)在0.3~8.8之间,95%牛肝菌样品菌盖、菌柄总Hg含量比(QC/S)≥1,表明多数牛肝菌菌盖对Hg的富集能力强于菌柄。本研究中多数野生牛肝菌菌盖、菌柄总Hg含量超过GB 2762—2012规定的食用菌中Hg含量限量标准(≤0.1 mg/kg);根据PTWI标准,假设成年人(60 kg)每周食用300 g新鲜牛肝菌,则多数样品Hg摄入量低于允许摄入量,无安全风险,而2013年采自玉溪大营街的美味牛肝菌,2012年采自楚雄永仁县的铜色牛肝菌及2014年采自玉溪新平的绒柄牛肝菌等少数样品Hg摄入量高于该标准。【结论】不同产地、种类牛肝菌菌盖、菌柄中总Hg含量存在明显差异,有少数牛肝菌总Hg含量超过相关标准,食用具有一定的潜在风险。
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利用FTIR和化学计量学对牛肝菌亲缘关系的研究
《河南农业科学 》 2017 北大核心 CSCD
摘要：采用傅里叶变换红外光谱结合化学计量学对不同种牛肝菌亲缘关系进行研究,为该种群亲缘关系鉴定提供依据,同时为人工栽培牛肝菌奠定理论基础。采集12个种类72份牛肝菌样品的红外光谱,采用二阶导数(2D)、标准正态(SNV)变量和小波压缩(WC)等方法对牛肝菌的原始红外光谱进行优化处理,结合偏最小二乘判别分析(PLS-DA)建立鉴别模型。将PLS-DA得到的前8个主成分数据作为提取数据代入系统聚类分析(HCA),获得亲缘关系树状图。结果显示:12种牛肝菌的原始红外光谱较为相似,共有峰主要归属为蛋白质、多糖、纤维素和氨基酸等物质中OH、C=O、C-O-H、C=O、C-C等官能团的吸收峰。对比不同优化处理的鉴别结果,发现2D+WC预处理方法对不同种类牛肝菌区分效果较好。HCA亲缘关系树状图表明,按照物种层面划分,中华牛肝菌和远东疣柄牛肝菌亲缘关系最近,且2种牛肝菌与圆花孢牛肝菌亲缘关系较近;深褐牛肝菌和美味牛肝菌亲缘关系较近;小美牛肝菌和美柄牛肝菌亲缘关系较近,且2种牛肝菌与栗色牛肝菌亲缘关系较近。傅里叶变换红外光谱法可应用于牛肝菌的亲缘关系分析,能为野生食用菌的亲缘关系研究提供一种新方法。
关键词： 傅里叶变换红外光谱 偏最小二乘判别分析 系统聚类分析 牛肝菌 亲缘关系
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