功能反应

功能反应（精选十篇）

功能反应 篇1

关键词：大米蛋白,麦芽糊精,美拉德反应,功能性,荧光光谱,FTIR

我国稻米种植范围广, 产量大, 米渣是利用稻米生产淀粉糖、味精和有机酸的副产物, 米渣中蛋白质, 即大米蛋白含量则在40%以上[1]。大米蛋白按照其溶解性可分为4大类: (1) 用水提取大米中的蛋白质得到的蛋白组分为清蛋白, 占总量的2%~5%; (2) 残留物用盐溶液提取得到的蛋白质为球蛋白, 占总量2%~10%; (3) 然后, 残留物用75%的乙醇溶液提取得到的蛋白质为醇溶蛋白, 占总量的1%~5%; (4) 剩下的残留物用碱溶液提取得到的蛋白质为谷蛋白, 占总量80%以上[2]。

大米蛋白含有18种氨基酸, 尤其是含有组氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸和色氨酸8种人体不能合成的必需氨基酸, 且它们的构成模式符合WHO/FAO推荐的理想模式, 具有极高的营养价值[3]。而且, 大米蛋白是低抗原性蛋白, 不会产生过敏反应[4]。

与动物蛋白相比, 大米蛋白价格低廉, 并且弥补了动物蛋白的缺陷, 防止因摄入过多的动物脂肪、胆固醇而导致一系列富贵病发生率的提高[5]。更重要的是, 进一步研究和利用大米蛋白优质资源, 有利于稻米深加工综合利用, 提高稻米附加值, 促进我国粮食产业的发展。既可以减少资源浪费, 又可以创造更多价值。

目前米渣主要用于动物饲料, 原因是大米蛋白溶解性差, 造成了蛋白资源的浪费。若能将它适当的改性以增强溶解性、乳化性和起泡性等性能, 制备一种绿色、健康和安全的食品添加剂, 其市场前景将非常可观。

蛋白质的改性有物理改性、化学改性、酶法改性和基因工程改性等方法。在这些方法中, 物理改性效果不显著;化学改性有的使用了化学有毒试剂, 使产品在食品工业中的应用受到限制;酶法改性的成本较高, 而且其改性机理尚不十分清楚;基因工程改性的周期长、见效慢, 仅处于试验室研究阶段[6]。近年来, 研究[7~10]报道了通过美拉德反应可使蛋白质与糖进行共价结合 (蛋白质-糖接枝改性) , 从而提高蛋白质的功能性。在该反应中, 仅通过加热不需要任何化学试剂作为催化剂即能自发地进行, 是目前蛋白改性众多方法中较为理想的方法。

本文以大米蛋白和麦芽糊精为原料, 利用美拉德反应合成大米蛋白-麦芽糊精接枝物, 并对接枝物的功能性质进行较系统的研究。用荧光光谱以及FTIR验证和分析了接枝物的生成。

1 试验材料与方法

1.1 材料与仪器

麦芽糊精, 西王药业有限公司邹平糊精分公司;大米, 市售;福临门大豆色拉油, 东海粮油;十二烷基磺酸钠 (SDS) 、柠檬酸、柠檬酸钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠和酒石酸钾钠, 均为分析纯。

LG-1.0型真空冷冻干燥机, 北京博医康试验仪器有限公司;冷冻离心机, 科大创新股份有限公司;NJL07-5型试验用超声微波反应器, 中国南京杰全微波设备有限公司;p H计, 梅特勒-托利多仪器 (上海) 有限公司;752N紫外可见分光光度计, 上海现科分光仪器有限公司;Spectrum One-B型傅里叶变换红外光谱仪, 美国铂金埃尔默公司;LS-55荧光分光光度计, 美国铂金埃尔默公司。

1.2 试验方法

1.2.1 大米蛋白的制备

采用碱溶酸沉法制备大米蛋白, 碱法提取是较传统的方法, 其理论基础是大米蛋白中含有80%的碱溶性蛋白, 然后调整溶液的p H值, 使其达到大米蛋白的等电点, 让大部分的蛋白沉淀下来[11]。主要工艺流程如下:

大米→磨粉→碱提→离心→上清液→酸沉→沉淀→水洗→冷冻干燥→大米蛋白

1.2.2 接枝物的制备

称一定量的大米蛋白, 加去离子水, 将p H值调至12, 于50℃中水浴, 使其充分溶解。按7.14∶1的原料配比 (总固形物含量为2.5%w/v) 加入麦芽糊精, 搅拌使其溶解后, 调节体系p H值至11.09, 在80.28℃条件下水浴90min进行复合反应, 即可得到接枝物。

1.2.3 功能性质的测定

1.2.3. 1 溶解性的测定

对比研究了大米蛋白与麦芽糊精-大米蛋白接枝物在不同p H值缓冲液中的溶解情况。蛋白质含量的测定采用Folin-酚法[12]。

1.2.3. 2 起泡性及起泡稳定性的测定

称取样品0.16×10-3kg, 分别加入50×10-3mol/L不同p H值的缓冲溶液10m L, 配制成0.8% (质量/体积) 的溶液20m L。测定泡沫稳定性[13]。

式中:V0为0min的泡沫体积;V10为10min后的泡沫体积。

1.2.3. 3 乳化性及乳化稳定性的测定

称取样品0.1×10-3kg, 分别加入50×10-3mol/L不同p H值的缓冲溶液15m L, 配制成悬浮液, 加入5m L大豆油, 将体系在10 000r/min转速下分散, 制备得到的乳状液。乳化稳定性的计算见公式 (3) 。

其中:0min测得的吸光值A0即为乳化活性EA0;

式中:A10为将乳化液放置10min后测得的乳化活性值[14]。

1.2.4 大米蛋白及接枝物的傅里叶红外光谱分析

准确称取大米蛋白和复合物样品适量, 分别加入一定量的溴化钾, 用研磨研成均匀的粉末, 压成薄片, 再用傅里叶红外分光光度计作全波段 (4 000~400cm-1) 扫描[15]。

1.2.5 接枝物的荧光光谱分析

将麦芽糊精-大米蛋白接枝物溶于蒸馏水中配制成0.5×10-3kg/L的溶液, 使用荧光分光光度计分别在347nm (激发波长) 进行发射波长 (370~570nm) 扫描, 420nm (发射波长) 进行激发波长 (300~400nm) 扫描[16]。

2 结果与讨论

2.1 功能性质的测定

2.1.1 接枝物不同p H值的溶解性

溶解性是蛋白质的重要功能性质之一, 在蛋白质的应用中起着关键作用, 大米蛋白中谷蛋白含量较高, 而谷蛋白中含有的二硫键使蛋白多肽链聚集形成了紧密的分子, 内部含有大量的疏水集团。此结构造成了大米蛋白的溶解度低, 进而导致乳化性和起泡性等功能性质不佳, 限制了大米蛋白在食品工业的应用, 所以研究大米蛋白改性前后溶解性的变化。大米蛋白与接枝物的溶解性对比如图1所示。

由图1可知:大米蛋白的溶解度在其等电点p H值5.5附近达到最低, 几乎全部于溶液中析出, 远离等电点溶解度略有增加。经过美拉德反应改性后, 接枝物在不同的p H值, 溶解度都有很大的提高。复合物在p H值3.0~5.0时溶解度较低, 为20%左右, 之后大幅提升, p H值8时, 大米蛋白的溶解度为1.41%, 接枝物的溶解度达到最大为43.91%, 随后略有下降。

总体而言, 大米蛋白经美拉德反应接枝改性后, 溶解性有很大提高, 最少提高了3倍, 在大米蛋白的等电点附近的溶解性提高了近10倍以上, 最高则在p H值8.0附近, 溶解性提高了40倍。

这可能是由于通过美拉德反应, 大米蛋白与麦芽糊精或其降解产物共价结合, 引入羟基, 使大米蛋白分子的亲水基团增加, 亲水性增强, 溶解度增加。

2.1.2 接枝物不同p H值的起泡性

蛋白质的起泡性是应用于食品加工的一项重要功能性质, 许多加工食品, 如搅打奶油、蛋糕、面包和冰淇淋等, 均为泡沫型产品。

由图2可知:接枝物的起泡性没有明显的提升, 在p H值小于5.5和大于10.0时, 大米蛋白的起泡性高于复合物, 在p H值5.50~9.51时, 接枝物的起泡性好于大米蛋白, 尤其在p H值6.5左右, 其起泡性提高了一倍, 这个p H值范围正适用于以上泡沫型食品, 因此, 在这些起泡型食品中, 接枝物的应用要优于大米蛋白。

由图3可知:接枝物的起泡稳定性总体上高于大米蛋白。因此, 接枝物能更好地应用于起泡型食品。

2.1.3 接枝物不同p H值下的乳化性

高乳化性蛋白产品可广泛应用于饮料、乳制品、巧克力和冰淇淋等乳化型制品中。研究大米蛋白改性前后乳化性的变化, 以期开发出物美价廉的天然乳化剂。

由图4可知:接枝物在p H值4.00~10.83内的乳化性较之于大米蛋白略有提高, 但幅度不大。二者的乳化活性均是先降低后增高的趋势, 并且在p H值5~6达到最低。

由图5可知:大米蛋白与麦芽糊精-大米蛋白接枝物的乳化稳定性的起伏趋势相同, 但在p H值3.0~7.0及p H值9.50~10.83时, 接枝物的乳化稳定性不佳;接枝物的乳化稳定性仅在p H值7.00~9.51时高于大米蛋白, 在其他p H值范围内均低于大米蛋白。

2.2 大米蛋白及接枝物的傅里叶红外光谱分析

当蛋白质共价结合糖分子后, 一个典型的特征是蛋白质分子中的羟基增加。在红外图谱上的具体体现是在3 700~3 200cm-1出现一宽峰及在1 260~1 000cm-1也出现吸收[17]。图6为大米蛋白及其接枝物的FTIR图谱。

由图6可知:接枝物在3 700~3 200cm-1及1 260~1 000cm-1处的吸收均较大米蛋白强。由此可见, 大米蛋白以共价键结合的形式引入了糖分子。并且复合物的红外图谱在1 647cm-1出现了新的吸收峰, 示为C=N, 表明大米蛋白与麦芽糊精发生了美拉德反应[18]。

2.3 接枝物的荧光光谱分析

研究发现:美拉德反应产生的物质典型的荧光光谱特征为激发波长310~350nm, 发射波长在400~440nm[11]。

麦芽糊精-大米蛋白的荧光谱图如图7所示。接枝物在激发波长320nm、发射波长405nm处有最大荧光强度, 符合美拉德反应产物的荧光特征, 从而确定麦芽糊精-大米蛋白之间发生美拉德反应, 这也说明接枝物具有荧光特性。

3 结论

测定接枝物在不同p H值条件下的溶解性、乳化性与乳化稳定性, 以及起泡性与起泡稳定性的特点, 并与大米蛋白进行了比较。

经过糖接枝改性后, 接枝物的溶解性较大米蛋白有了显著的提高, 最高提高了40余倍, 最低提高了3倍;随着复合物溶解性的改善, 其乳化活性在整个p H值范围内略有提高, 但不显著, 且乳化稳定性变差;复合物的起泡性在中性条件提高较显著。

功能反应 篇2

一类具有脉冲效应和Ⅲ类功能反应的捕食系统分析

本文讨论了一类具有Holling III类功能性反应的捕食系统,通过对捕食者(天敌)实行周期投放,对食饵(害虫)实行周期喷洒农药的策略来控制害虫.结果证明.当投放和喷洒周期T<1/a ln 1/1-p时,是一种控制害虫的非常有效的.方法.

作 者：贾建文 乔梅红 JIA Jian-wen QIAO Mei-hong 作者单位：山西师范大学,数学与计算机科学学院,山西,临汾,041004刊 名：生物数学学报 ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF BIOMATHEMATICS年，卷(期)：200823(2)分类号：O175.13关键词：综合害虫管理 HollingIII型 脉冲 比较原理 全局渐近稳定性 分支理论

功能反应 篇3

摘要：介绍了一种具有物联网功能的医用恒温反应箱，该系统包括：触摸屏人机接口、温度传感器、加热/制冷片、循环泵和WiFi接口，该系统能够对箱内温度实现自动控制和调节、实时故障报警及无线数据传送，通过构建无线网络，实现了智能手机对该控制系统的远程实时监控，在进行测试前，对温度传感器进行了标定实验，然后，进行12次重复实验，每次实验，连续运行48h，并将历史数据存贮在触控屏和智能手机的存储卡中，实验结果表明：箱内温度可以稳定在设置温度，系统分辨率±0.3℃。

关键词：恒温反应箱；无线网络；物联网；智能手机；数据传输

DoI：10.15938/j.jhust.2016.06.008

中图分类号：TP273

文献标志码：A

文章编号：1007-2683（2016）06-0039-05

0.引言

医学样本采集后的培养与观察，需要保证与人体体内环境一致；活体组织和血液的低温处理，则需要相应的低温保存箱，因此，医用恒温系统的开发和研制具有重要的意义和市场价值。

温度控制技术发展大约经历了3个阶段：①开关控制；②PID控制；③智能控制，随着各种控制方法的深入研究，逐渐出现了3种方法相结合的控制方式，这种控制方式充分利用了各种控制方法的优势，达到了最佳的控制效果，其中，1976年，P.J.King和Mamdani等人合作，利用模糊算法对反应器成功实现了温度控制，这是人类首次采用模糊控制实现温度控制。

国内市场上供应的恒温控制箱主要有3类，第一类是普通的恒温水浴，第二类是结构较复杂的超级恒温水浴箱，第三类是利用半导体器件实现制冷和制热的恒温箱，虽然目前市场上出现各种类型的医用恒温控制系统，但共同的缺点是只能够独立工作，无法实现系统组网和远程控制，从而导致人力和财力的浪费。

针对这一缺陷，本文采用无线通信技术和Mod-Bus总线协相结合，构建了具有实时曲线现实、历史数据存储、自动报警和远程无线监控功能的医用恒温反应箱系统。在设计过程中，现场总线协议选用MODBUS-RTU标准，无线传输采用TCP/IP方式，从而保证数据传输的可靠性，通过对储存的实验数据进行分析，系统分辨率在±0.3°C。

1.系统硬件设计

本文介绍的医用恒温反应箱系统采用STC单片机为主控制器，通过温度传感器测得反应箱内温度，再将温度信号送入主控制器，由主控器进行信息对比并控制调温系统来完成温度控制，同时通过无线WiFi模块将温度信息发送至智能手机，从而实现物联网平台下的远程监控，并为多机组网奠定基础。当实测温度不符合设定的温度范围时，将发出报警信号，同时单片机将启动加热或制冷单元，以实现恒温控制，系统主要包括：触屏主控面板、温度传感器、加热片、制冷片、循环泵.触控屏和智能手机上可以实时显示出温度数据和历史曲线，并自动将历史数据进行存储。

1.1采集系统设计

下位机系统中，选用STCl5F2K60$2作为中央处理单元，4路数字式温度传感器分别接在单片机的P0[0：3]口，WiFi模块与其P1[0：1]口连接，控制制冷或加热功能的继电器与P0[4：5]连接，触摸屏端口与P3[0：1]连接（如图l所示）。

2.系统软件设计

本系统的软件设计部分主要包括三部分，分别是单片机控制系统的软件设计，触摸屏的软件设计，和基于Android平台的手机监控软件设计，在控制部分，主要有系统的温度测量与数据处理，系统的加热和制冷，以及水浴循环控制；触摸屏部分主要应用组态设计嵌入式程序，实现实时显示和历史数据的存储；手机监控部分包括：无线传输协议和远程监控功能。

2.1控制系统的软件设计

系统的控制部分主要包括：系统的加热、制冷、水浴循环及数据发送.其软件设计流程如图2所示。

这一系列操作都是在单片机的控制之下完成的，无需工作人员手动干预，为了避免温度控制中的过冲和欠冲现象，在加热和制冷控制时，采用了分级控制算法。

2.2触摸屏模块

触摸屏采用嵌入式组态软件编写程序，应用到的协议是MODBUS总线协议，控制器通信使用主一从技术，即仅一台设备（主设备）能初始化传输（查询），其它设备（从设备）根据主设备查询提供的数据作出相应反应.触摸屏程序设计流程如图3所示。

作为一种应用广泛的工业总线协议，大多数的控制设备和仪表可以通过MODBUS协议进行数据信息的传输.因为MODBUS协议具有完全公开透明性，这使它成为一通用的工业标准，广泛的应用于工业控制领域里，MODBUS协议的格式分为RTU模式和ASCII模式，本项目采用的是RTU模式，按照协议中规定的操作时序，消息发送至少要以

3.5个字符时间的停顿间隔开始.在最近一个传输字符之后，至少3.5个字符时间的停顿标定了消息的结束，一个新的消息可在此停顿后开始，整个消息帧必须作为一连续的流传输，如果在帧完成之前两个字符问有超过1.5个字符时间的停顿时间，认为帧错误，停止接收，清缓冲，直到通信主循环中，清错误标志，重新启动接收，从机地址作为命令的帧第一段数据，是声明主机命令指向的信息，主机通过地址码能够找到目标机从而对目标机进行操作。主机对目标机的具体操作由从机地址后的功能码做出解释。

2.3手机模块

智能手机客户端的数据来源是下位机，传输的手段采用的是TCP/IP通信协议，通过无线路由器构成硬件连接的链路，使得信息准确无误的由下位机传输到手机上，本部分的软件设计应用的语言是Java高级语言，应用的开发软件是Eclipse 4.0，图4为智能手机程序流程图。

3.传感器校正

利用ESPEC公司温湿度复合环境试验箱PVS一3KP对该系统性能进行了测试，旨标定传感器DSl8820的误差，并对其校正.对测量温度的标定曲线如图5，其中温度测试范围为10°C～50°C。

進行温度精度测试时，试验箱PVS-3KP每隔5℃设置一个测量点（湿度值设定为相对湿度值55%），分别按照递增（5℃～50°C）、递减（50°C～5℃）的顺序进行两组测量，并记录被测试系统的温度数据.从图5中可以看出，传感器测试结果与试验箱的温度偏差为±0.2°C，可以满足实际需要，而且所选用的4个传感器具有很好的一致性，从而保证后续测量的可靠性。

4.实验结果及分析

将4个温度传感器探头均匀分布在恒温箱中，操控触控屏将恒温温度调节到37°C（模拟人体体温），启动设备，连续工作48小时，重复12次相同的实验，通过，智能手机和触摸屏的存储卡记录数据，并进行分析。

对比智能手机和触摸屏存储的历史数据（图6），可以看出，二者温度平均值为36.7°C，具有一致性，这就证明了系统的稳定性和无线传输的可靠性，其中的波动，是由于当温度低于36.6°C时加热片工作，高于37°C时制冷片工作所造成的，温度位于36.6～C～37～C之间时保持。

通过统计分析（图7），可以看出所有12次的数据都能够满足要求，温度偏差±0.3°C。

5.结论

功能反应 篇4

关键词：大米蛋白,糖基化改性,反应机理,功能特性

稻谷自古以来就是人类重要的粮食作物之一, 也是人类粮食消费中重要的蛋白质来源。我国不仅生产大米的历史悠久, 产量高且品质优良。现在不仅仅是南方人民的主食, 也作为天然植物原料广泛在食品工业中得以应用。但目前我国大米加工水平还处在起步阶段, 产品附加值不高, 在技术上与发达国家差距还很大, 极大浪费了蛋白质资源。大米蛋白的氨基酸组成合理且平衡, 非常接近WHO/FAO/UNU推荐的理想营养配比模式。不仅如此, 大米蛋白还具有其他的营养特性, 如较高的生物价、低过敏性、味道柔和易于消化吸收等。此外, 大米蛋白还有一定的保健功能, 对糖尿病、胆固醇和抗癌变等都有一定的作用。但大米蛋白溶解性较低, 这也导致其他的功能性质如乳化性和凝胶性等不佳, 严重限制了其进一步的研发和应用。目前以加工改性为切入点的技术研究相关报道较少, 因此大量提取的大米蛋白并没有完完全全得到利用, 所以有必要通过改性的方法来提高其功能特性, 以拓展其在食品及其他领域中的应用。

目前国内外对于食品蛋白质的改性方法主要集中在酶法、化学法、物理法和基因工程法。其中化学法主要有酸作用、磷酸化、脂化、酰化和糖基化等作用。而糖基化相较于其他化学改性, 反应条件温和、安全性好受到了广泛的关注。本文将重点对糖基化反应的机理以及糖基化反应改善大米蛋白的功能特性的研究进展进行论述。

1 糖基化反应机理

糖基化是蛋白质一种重要的翻译后修饰。糖基化反应所选用的糖基化合物主要有葡萄糖、葡聚糖、低聚糖和带离子的糖化物等, 合成的方法主要是酶法、水溶性碳化二亚胺法以及美拉德反应法等, 以美拉德反应最为常见。

糖基化作用就是将糖或糖化物分子中还原末端的羰基以共价键与蛋白质分子中α或者ε—氨基相连接而形成糖基化蛋白的化学反应, 其反应步骤一般分为3个阶段:

(1) 早期阶段:糖醛基和氨基酸或蛋白质的氨基发生缩合反应后形成糖基化产物, 经过环化反应形成相应的N-取代醛糖基胺, 再经过Amadori重排, 形成A-madori化合物 (1-氨基-1-脱氧-2-酮糖) 。

(2) 进展阶段:Amadori化合物在中间阶段进行的反应, 主要有3条路线:一是在酸性条件下进行1, 2-烯醇化反应生成羟基甲基呋喃醛或呋喃醛;二是在碱性条件下进行的2, 3-烯醇化反应, 产生还原酮类以及脱氧还原酮类;三是继续裂解反应形成含羰基或双羰基化合物以进行最后阶段反应, 或与氨基进行Strecker分解反应产生Strecker醛类。

(3) 最终阶段:主要是中间阶段产物与氨基化合物进行醛基-氨基交联反应最终形成糖化聚合体, 即糖基化蛋白 (glycosylated protein) 。

2 糖基化反应对蛋白功能特性的影响

蛋白质的热稳定性很差, 水解作用也不稳定, 但与碳水化合物或生物多聚物交联作用后能使其变得稳定, 也能呈现出一些新的特性。目前国内外通过糖基化改性的动物性蛋白有乳清蛋白、β-乳球蛋白、酪蛋白、血浆蛋白、卵清蛋白和鱼肉蛋白等, 在植物蛋白研究中大豆蛋白和小麦面筋蛋白研究较多。通过以上研究结果表明:新合成的糖蛋白在溶解性、乳化性、热稳定性、抗菌性和抗氧化性等功能性质方面均有不同程度的提高。糖基化改性可以使蛋白质的溶解性得到提高, 改变溶解能力取决于糖配基的类型和分子质量;还可以提高O/W乳化系统中水相的黏度, 也能降低O/W界面张力, 因而可以提高乳化性和乳化稳定性;糖基化蛋白对凝胶性能也有一定的影响:如采用美拉德反应可以提高蛋白质凝胶的形成能力, 降低蛋白凝胶形成时所需的浓度。

2.1 对溶解性和乳化性的影响

由于大米蛋白分子中含有大量呈疏水性的氨基酸, 高含量的疏水性氨基酸之间通过疏水作用相互靠近, 生成大量的二硫键, 导致蛋白分子聚集沉淀, 从而影响了大米蛋白在溶液体系中的应用, 不能满足现代食品开发与加工的需要。蛋白质与糖通过美拉德反应形成的共价接枝物中由于糖链的加入, 多羟基的亲水特性可使得整个分子的溶解性明显提高。大米蛋白本身有着很好的乳化性能, 但是由于溶解性差, 导致蛋白无法在溶液中很好的乳化而无法发挥其乳化作用。随着糖与蛋白的交联度的增大, 溶解性会上升, 其乳化性也必然上升。

近几年来我国关于大米蛋白糖基化改性对溶解性和乳化性的研究报道较多。华静娴等人研究表明在湿热条件下大米蛋白-葡聚糖耦联反应交联物随着接枝度的上升, 其溶解度和乳化稳定性都得到明显的改善, 乳化活性呈现先升后降的趋势。陆钫将大米蛋白与葡萄糖采用湿法糖基化改性, 其复合物乳化性及乳化稳定性较改性前分别提高了1.37倍和1.62倍。Li等人研究了大米蛋白在与不同相对分子量多糖发生美拉德反应后功能特性的变化, 得到在反应条件为pH值11、100℃和反应时间为15min下溶解度、乳化性和乳化稳定性由反应前的20%、0.46和11.1变为反应后的92%、0.64和18.2的优化大米蛋白-葡聚糖接枝物。纪崴在蛋白与葡聚糖1∶1、水解度为5%、pH值为11、反应温度100℃和反应时间20min的条件下湿法接枝制备的大米蛋白-葡聚糖接枝物的溶解性、乳化性和乳化稳定性分别为蛋白对照的3.83倍、5.28倍和6.57倍。郭建伟研究制备的大米蛋白-麦芽糊精接枝物其溶解度在35℃时可达69.58%, 乳化性是较改性前的2.08倍, 乳化稳定性也提高了0.30%。

以上研究表明:随着接枝度的上升, 大米蛋白分子链上引入了亲水性好的羟基, 使得分子表面形成水化层, 因此在水中的溶解度增大。由于大米蛋白呈碱性, 在较高pH值条件下, 蛋白和糖能通过次级力形成较蛋白更亲水的接枝物, 有利于蛋白的溶解。同时, 由于某些多糖分子空间大、结构稳定, 使得蛋白分子间受到阻碍不易接近而聚集沉淀, 这也是蛋白质糖基化改性后溶解度增大的一个重要原因。改性后的大米蛋白分子结构中亲水性基团数目逐渐增多, 最后偏向亲水性, 使得乳化性逐渐增强。随着接枝度的增加, 尤其是当接枝度超过40%后, 蛋白质表面所带的静电荷开始增多, 乳化剂形成的保护层厚度增加, 乳化稳定性大大增加, 这对大米蛋白的实际应用起着重要的作用。

2.2 对热稳定性的影响

蛋白质是不耐热的物质, 在热处理下蛋白会发生变性, 所以怎样提高蛋白质的热稳定性也是现在的一大热点。杨晓泉研究总结出大豆分离出的蛋白与多种亲水胶体 (如卡拉胶、瓜尔豆胶、魔芋胶、甘露胶和阿拉伯胶等) 的美拉德反应产物有着良好的热稳定性。Kitabatake等人以葡萄糖酸和6-O-α-半乳糖-D-葡萄糖酸作为糖供体对β-乳球蛋白进行糖基化, 研究结果表明:合成的糖基化蛋白质的热稳定性有一定的改善, 而且随着糖基化程度的提高, 糖基化蛋白的热稳定性逐渐提高。溶菌酶与多糖接枝后明显地改善了溶菌酶的热稳定性, 在82.5~90℃中的高温处理过程中溶菌酶会发生明显的聚集沉淀, 而与多糖接合后溶菌酶在经历较高的温度后再冷却, 蛋白的溶解性又会复原, 所以与多糖接合可使蛋白质形成稳定的结构。庄海宁等人研究发现利用美拉德反应制得后的蛋白-多糖复合物与其他商业乳化剂相比具有良好的热稳定性。Aoki等人研究葡萄糖醛酸与卵清蛋白之间的美拉德反应, 发现该反应可快速进行, 制得的卵清蛋白-葡萄糖醛酸共轭物具有很高的热稳定性, 95℃下加热10min仍然可溶, 而未改性的卵清蛋白于90℃下已完全沉淀。至今研究表明:热稳定性是蛋白质分子所有共价与非共价结合力的一个复杂的综合效应, 究竟是哪种关键因子控制着蛋白质的温度敏感性, 至今仍没有准确的结论。

2.3 对抗菌性的影响

溶菌酶对革兰氏阳性菌有着很强的抗菌性, 通常可作为天然的抗菌或防腐剂, 通过对溶菌酶的糖基化改性可使其抗菌能力推广到革兰氏阴性菌。Chevalier等人试验证实, 溶菌酶-葡聚糖接枝物在50℃的条件下对5种革兰氏阴性菌进行作用的结果发现:有4种在20min以后可全被杀死, 只有克氏杆菌还能保持约1%的存活率。溶菌酶-糊精和溶菌酶-乳酰氨结合物, 也具有抗微生物和抗菌效果。Beatriz的研究发现:壳聚糖-β-乳球蛋白在美拉德反应后生成的产物具有比壳聚糖更好的抗大肠杆菌的能力。Huang等人研究发现:新鲜面条中添加一定量的壳聚糖, 在4℃下的货架期可延长6d;添加壳聚糖-木糖接枝物可使其延长14d。以上研究表明:蛋白的糖基化作用对抗菌效果有明显的提升, 对防腐的研究和防腐剂研制的推动有着很大的意义。

2.4 对抗氧化性的影响

抗氧化性是蛋白质最重要的功能性质之一。Qingping经研究指出美拉德反应产物中的高分子部分具有清除自由基的抗氧化作用。H.Jing研究发现酪蛋白-核糖接枝物可有效清除羟基自由基, 酪蛋白-葡萄糖或果糖的反应产物能清除二本带苦味酰肼自由基。万素英等人发现木糖与甘氨基酸和赖氨酸经美拉德反应后的产物具有抗氧化活性。另外, 在大豆蛋白分子上引入有机大分子糖, 使之发生美拉德反应, 能提高产品的抗氧化能力, 保证食品不会腐败变质。项惠丹等人研究发现酪蛋白-还原糖接枝物对脂质体过氧化物抑制能力、自由基清除能力均比大豆分离蛋白制备的产物要高。

2.5 对凝胶性的影响

糖基化反应还可显著改善蛋白质的凝胶性能。许多研究显示:这种凝胶化作用是蛋白质之间形成共价或非共价连接的结果。如戊二醛与大豆分离蛋白交联发生美拉德反应可改变大豆分离蛋白凝胶性质。美拉德反应提高凝胶的形成能力起的主要作用是:高温过程中, 反应酸性副产物导致反应体系pH值下降, 容易使蛋白质变性。而形成凝胶所需的蛋白质浓度主要决定于体系的pH值, 在蛋白质的等电点pH值处, 形成凝胶所需蛋白质的浓度最低。所以, 美拉德反应中pH值变化可用来改变蛋白质的凝胶特性。

3 展望

功能反应 篇5

具有阶段结构和Leslie-Gower Holling Ⅱ功能性反应的脉冲食饵-捕食系统

我们考虑了一个具有阶段结构和Leslie-Gower Holling II功能性反应自々时滞脉冲食饵.捕食系统.运用脉冲微分方程的比较定理和小扰动的方法,我们得到了保证系统食饵灭绝周期解的全局渐近稳定性和系统永久持续生存的.条件.

作 者：江晓武 余敏 宋新宇 JIANG Xiao-wu YU Min SONG Xin-yu 作者单位：信阳师范学院数学与信息科学学院,河南,信阳,464000刊 名：生物数学学报 ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF BIOMATHEMATICS年，卷(期)：200823(2)分类号：O175关键词：食饵-捕食模型 脉冲扰动 永久持续生存 阶段结构 Predator-prey models Impulse perturbation Permanence Stage structure

功能反应 篇6

关键词:叶色草蛉 绣线菊蚜 功能反应 搜寻效应

中图分类号:Q96文献标识码:A文章编号:1674-098X(2011)03(b)-0140-02

Predatory Functional Response and Catching Effect of Chrysopa phyllochroma

to Aphis citricola

QUAN Ren-zhe1 CHEN Dao-fu2*

(1.Life Sciences Collage of Shihezi University; 2.Collage of Animal Sciences & Technology of Shihezi University Shihezi 832003)

Abstract:The writer had studied the functional reaction and catching effect that Chrysopa phyllochroma feeds on Aphis citricola.A mode of the functional reaction was founded.It is 1/Na=0.0037+2.1137 1/N,handle time (Th) is 0.0037d.The rate of instantaneous attack is 0.4731.The most theoretical capacity for feed is 270.3 head.The model shows that Chrysopa phyllochroma powerfully controls Aphis citricola.It is the seek effect decreased with the aphid density increased.

Key words:Chrysopa phyllochroma;Aphis citricola;functional reaction function;catching effect

叶色草蛉(Chrysopa phyllochroma)是苹果园、棉田、麦田等农田生态系统及在某些自然生态系统(如:某些草地环境)中草蛉类的优势种类,也是苹果园、棉田、麦田等农田生态系统中控制蚜虫的主要种类之一,对其蚜害的控制有明显的作用[2-3],为了更准确地掌握其控制作用,作者选用本地苹果树上危害的重要蚜虫种类绣线菊蚜为研究对象,探讨叶色草蛉对其的控制作用,于是研究测定了叶色草蛉对绣线菊蚜捕食功能反应和搜寻效应,同时,在研究中也参考了其他天敌昆虫对猎物的捕食的研究方法[1,4,5]。

1 材料与方法

2010年6月进行了相关研究。供试的叶色草蛉成虫采自石河子市郊区棉田。先将叶色草蛉成虫饱食一天,然后饥饿一天,再取8头叶色草蛉成虫分别置于不同数量绣线菊蚜的白色广口瓶(直径9cm,高16cm)内,绣线菊蚜(采自石河子附近的苹果树上)经鉴别成蚜后(将若蚜去除),连同苹果叶片置于广口瓶内。叶片根部用湿棉球为其提供水分,以防止叶片干燥。每一广口瓶内分别放绣线菊蚜5头、10头、15头、20头、25头、30头、35头、40头(即8个处理),每个广口瓶中放入经饥饿24h的叶色草蛉成虫一头。观察叶色草蛉成虫24h的食蚜量。重复3次。第二天观察时,将瓶中的若蚜(新生的)不计入未捕食蚜量。

功能反应的定义为被食者种群密度变化对捕食者捕食效率即功能反应的影响。Holling把它划分为三型,第Ⅰ型为线性型,水生滤食性甲壳类取食藻类细胞可能属于这种类型。第Ⅱ型为无脊椎动物型,是凸型的。如螳螂捕食家蝇。第Ⅲ型为脊椎动物型即S型。如鹿鼠捕食叶蜂茧和其他替代性被食者[1]。计算公式为:

Na=a′TN/(1+a′ThN)

式中:Na为一天捕食蚜量;N为绣线菊蚜密度;a′为瞬时攻击率(功能系数);Th为处理时间(即捕食1头绣线菊蚜所需时间);T为实验时间(即观察时间,本研究为24 h即1天,故为1)。

搜寻效应可用下式描述:

E=Na/N·P

上式中E为寻找效应[1];Na为被捕食的猎物;N为猎物密度;P为天敌本身密度。本研究中P为1(天敌本身密度都为1)。

2 结果与分析

2.1 捕食功能反应

在绣线菊蚜密度为5～40头范围内,1头叶色草蛉成虫24h的食蚜量列入表1。

依表1作实际图1。

图1表明,叶色草蛉捕食绣线菊蚜量与绣线菊蚜密度呈负加速曲线关系,即呈捕食者的捕食量随猎物密度增加而减少的曲线关系,故可用Holling(1959)“圆盘方程”测定其捕食功能反应:

Na=a′TN/(1+a′ThN)————————————————————----------(式1)

将式1直线化得:1/Na=1/a′T··1/N+Th/T————————————----(式2)

因T=1,故可将式2化简为:1/Na=1/a′·1/N+Th-—————————-----(式3)

为了方便而又接近实际值,作者以表4来求a′与Th;当绣线菊蚜密度(N)为无限大时的Na即为草蛉的理论最大日捕食蚜量(对绣线菊蚜的捕食上限或称饱和食量)。

根据表4,利用回归求得方程为:Na=0.4731TN/(1+0.0018N)————------(式4)

将式4直线化的方程为:1/Na=0.0037 +2.11371/N————————-------(式5)

从式5可以看出:当绣线菊蚜的密度(N)达到无限大时,就可将式5转化为下式:

1/Na=0.0037--———————---(式6)

从式6就可推知叶色草蛉成虫对绣线菊蚜成虫的日最大理论捕食蚜量为270.3头。瞬时攻击率(a′)和捕食1头绣线菊蚜的时间(Th)分别为0.4731与0.0037d。这表明叶色草蛉成虫的捕食潜力很大,实验结果符合Holling Ⅱ型功能反应,也说明叶色草蛉对绣线菊蚜有很强的捕食能力和控制作用,人们应大力保护和利用叶色草蛉的这种潜力,为农业生产服务。依式4作图2。

2.2 搜寻效应

搜寻效应是捕食性天敌在捕食过程中对猎物攻擊的一种行为效应,天敌对于猎物作用的大小与其本身的寻找效应有一定关系,而寻找效应大小则与猎物密度有密切关系,可用下式描述:

E=Na/N·P———————————(式7)

被捕食的猎物依式7算数列表2。

从表2可以看出,叶色草蛉成虫对绣线菊蚜的寻找效应是随着绣线菊蚜密度的增加而降低的。

3 小结与讨论

叶色草蛉属脉翅目(Neuroptera)草蛉科(Chrysopidae)。成、幼虫均捕食蚜虫类、多种鳞翅目害虫卵、低龄幼虫等,是农业害虫天敌的优势种类之一。绣线菊蚜(Aphis citrcola)又名苹果蚜,属蚜科蚜属(Aphis);异名有 Aphis pomi;Aphis Spiraecola, 在我国大部分地区有发生,是绣线菊、麻叶绣球、苹果等多种经济作物的重要害虫。本文主要研究了其捕食严重危害苹果的绣线菊蚜的功能效应,表明叶色草蛉对蚜虫有重要的控制作用,它有重要的保护和利用价值。

叶色草蛉捕食绣线菊蚜和绝大多数捕食性天敌昆虫一样,属于负密度关系,适于以Holling“圆盘方程”模型拟合,测定其捕食功能。但需注意以下因素常影响测定的结果:(1)猎物的密度范围据捕食者的一般捕食数而设计;(2)捕食者的饥饿程度不一,将影响捕食量,应将供试天敌都统一饥饿24h而使其标准化;(3)不同龄期的天敌的捕食量有差异,本研究中选用成虫天敌供试;(4)实验用器皿的大小不同,影响捕食者寻找猎物的能力,应至少在同类研究中供试器皿体积要一致,便于比较;(5)如猎物为蚜虫类成虫,因24h内有新胎生的若蚜干扰设计蚜量,应给予相应的处理。本研究中是以去除若蚜为相应的处理,并在第二天检查捕食蚜量时将新生的若蚜不计入未捕食蚜量。但缺少空白对照组,故不能判定24h中蚜虫所产的若蚜数,同时,在实验期间叶色草蛉也可能捕食了部分新出生的若蚜,故对实验结果有些影响,但估计影响不大。

参考文献

[1]耿济国,张建新,等.昆虫生态及预测预报实验指导[M].农业出版社,1990.

[2]苏建伟,盛承发,等.叶色草蛉幼虫对棉蚜的捕食效应:种内干扰和空间异质性[J].昆虫学报,2000,43(1):107-111．

[3] 徐洪富,刘勇,等.大草蛉和叶色草蛉捕食绣线菊蚜功能的研究[J].山东农业科学,1997(6):28-30．

[4]程松莲.龟纹瓢虫对玉米黄呆蓟马成虫的捕食功能反应与搜寻效应[J].安徽农业科学,2009,37(22):10557,10598．

功能反应 篇7

离子液体是目前化学界研究较热的新兴化工产品, 它是一种室温下即为液态的熔融盐, 并且主要是由有机阳离子和无机阴离子组成, 因而也被人们称作室温离子液体、室温熔融盐、有机离子液体等。离子液体有着多种分类的方法, 通常按照阴阳离子的不同来进行分类。在目前所研究的离子液体之中, 阳离子大多以咪唑阳离子为主, 阴离子主要以卤素离子和其它无机酸根离子 (如四氟硼酸根B F4-等) 为主。改变阴阳离子的不同组合, 可以设计合成出不同的离子液体。由于其具有这样的可设计性, 所以我们可以根据实验和应用的需要来进行定向的设计得到我们想要的离子液体来满足实验和研究的需要。

离子液体相比常规有机溶剂来说有很多特点:1) 具有很低的蒸汽压, 不挥发, 不可燃, 不会爆炸, 因而也被视为新兴绿色溶剂。2) 熔点相对较低, 且呈液态的温度范围较宽, 当温度达300℃左右时也不会分解, 即具有良好的化学与热稳定性。3) 通过进行阴阳离子的设计可以调节离子液体对无机物、水和有机物, 以及聚合物的溶解性, 并且其酸度可调至超酸。因此, 离子液体目前被广泛应用于作各种反应的介质。4) 含Lew is酸的离子液体, 在一定的条件下表现出Lew is、B ronsted、Franklin酸, 甚至超强酸的酸性, 因而也在作为反应介质的同时还往往可以起到催化剂的作用。5) 粘度低, 密度大, 可形成二相或多相体系, 适合作为分离溶剂和构成反应-分离耦合的新体系, 且具有较大的极性可调控性。

由于离子液体具有上述等特点, 它被认为与超临界C O2, 和双水相一起构成三大绿色溶剂, 在化学合成、新材料的研究、精细化学品加工、表面加工、微电子器件的开发等领域中得到一定应用, 并显示出了良好的效果和前景。

2 离子液体与催化反应

离子液体在催化反应中的应用主要体现在两方面:一是其溶剂功能, 二是它的催化能力。离子液体由于完全由离子构成, 它和一般的有机溶剂相比有着相对较大的静电作用力, 因此相对而言有着更强大的溶剂功效。常见的一些反应, 如二聚反应、H eck反应和羰基化反应等都是利用了离子液体独特的溶解性能。某些离子液体表现出一定的酸性, 因此其被研究用于作各种反应的催化剂。离子液体作为催化剂应用的突出特点是:选择性高, 低温活性好。一些经典的反应, 如D iels-A lder反应、氢化反应、烷基化反应、酯基化反应、C-C和C-O分解反应, 以及C-C或C-杂原子耦合反应等方面, 都有着离子液体用作催化剂的研究。离子液体可以起到溶剂和催化剂的双重作用, 在大大提高反应的转化率与选择性的前提下, 使得反应条件变得温和。替代挥发性有机溶剂方面, 离子液体在制取纳米材料中有着一定的应用, 其吸附于纳米结构的表面, 能够起到防止纳米粒子生长和团聚的作用, 使其性质稳定。金属纳米粒子具有较好的催化性能, 表1即为用离子液体作为反应介质制备纳米级金属催化剂的应用。

离子液体作为反应介质制备出的催化剂, 粒径分布均匀, 催化活性高, 选择性好。

另一方面, 离子液体在用作反应介质, 以及其作为催化剂应用在催化反应之中目前得到了一定的研究, 简单概括于表2中。

因此, 我们可以看出离子液体既可制备催化剂, 又可作为催化剂使用, 可见在催化反应研究方面离子液体会发挥越来越重要的作用。

3 展望

迄今, 离子液体其在溶剂作用方面或催化剂的研究方面也已经有了许多报道。原因显而易见, 无不是利用了离子液体的种种特性, 比如在溶剂方面它具有很低的蒸汽压和很好的化学和热稳定性, 较其他有机溶剂有更多的优点;在催化剂方面它具有一定的酸性和电化学性能, 能够在均相或多相催化中起到很好的效果。所以, 研究离子液体的各种特性, 使其更好地应用于催化反应, 对于开发出良好的反应介质和催化剂来说是十分重要的。

摘要：离子液体在化学反应中应用越来越多, 已成为目前研究较热话题之一, 其作为新兴的绿色溶剂具有多方面的优点并使其在催化研究领域占有一席之地。本文综述了离子液体及其在催化反应中作为反应介质和催化剂的研究, 并对其发展趋势进行了展望。

功能反应 篇8

听诱发电位(auditory evoked potentials,AEP)是一定强度的声音刺激听觉系统时，听觉系统发生的一系列与刺激有严格时间对应关系的电反应。AEP记录的基本技术处理流程为：信号发生器(声刺激器)产生刺激声信号，经换能器、信号传递装置将适宜的刺激声信号传递给受试者，同时触发平均叠加装置启动;通过记录电极采集声刺激诱发的电生理学反应;对原始反应信号进行放大、滤波处理;通过平均叠加处理提取AEP信号;对AEP信号进行显示、储存、记录和分析[1]。其中，声刺激器是影响AEP记录的主要因素之一，其功能主要包括2个部分：产生特定刺激声信号，通常信号需要满足一定的时域或频域参数以及保真度的要求;提供同步触发信号，根据感兴趣AEP成分的不同，要求触发信号满足相应的时间精度。目前，国内大型医院和科研机构使用的听诱发电位仪绝大多数为进口仪器，如美国智听公司听诱发电位仪Smart EP、美国Nicolet Spirit脑诱发电位仪等，此类设备提供声刺激的方式都是根据选择刺激声类型(clicks、AM tones、sine wave、burst tones、pips tones)和刺激参数(频率、强度、持续时间等)输出刺激声信号与同步触发信号，能产生有限的刺激声。随着科研工作的深入，刺激声信号越来越复杂。很多实验方案需要更加精确且灵活可控的刺激声发生器。例如Bell等报告了采用调频型chirp声的刺激方法有助于AEP在麻醉深度评估应用[2]。采用具有伪随机脉冲型的最大长序列(Maximum length sequence,MLS)方法提高AEP的刺激率，在听觉系统的线性及非线性特性分析中发挥了重要作用[3]，近年来又有一些新的高刺激率方案提出[4]。另外，稳态反应研究中也呈现很多新的刺激方案，如40 Hz稳态反应中，用一组间隔不等的clicks做刺激声[5]。这些刺激方案用临床常用的仪器难以实现。

目前Biosemi公司生产的高精度、高采样率的直流脑电信号放大器直接采用LabVIEW作为信号采集的编程工具，提供源代码开放式接口，支持脑电信号采集模块的二次开发功能。但是不提供相应的刺激器，需要自行开发或者第三方购置。本文的主要目的是开发设计一种基于LabVIEW的可编程高精度声刺激器，能够提供常规的各类典型声信号，同时用户还可以根据需要选择不同的方式生成任意波形的声信号。随着研究进行，此系统还可以不断升级，保证技术的先进性。

2 结构

本研究采用NI公司LabVIEW软件和DAQ板卡实现任意波形声刺激器，其结构如图1所示。为了尽可能方便全面地提供声刺激，同时又能针对不同的用户群，本研究设计了3种声信号选择方式：典型波形、.wav文件和.dat文件。

2.1 典型波形

听诱发电位主要用的典型波为：clicks,AM tones,sine waves,burst tones和pips tones，每种波形都有不同的参数，具体参数以树形图表示，见图2。

如图2所示，最简单的是周期性序列，选定波型，然后再选择相应波型参数就完成声信号的设置;除了周期序列，用户还可以根据实际需要编辑一个自定义序列，首先输入序列中包含的刺激个数，然后分别对每个刺激进行定义，每个刺激都可以根据作者需要选择波型及相应参数，同时两两相邻的刺激间间隔ISI由用户自行设置，用户另外设置好序列的长度之后，就实现一个由自己定义的波形。

2.2. wav文件

除了“典型波形”外，“.wav文件”为用户提供了另一种灵活读取声信号的方法，.wav文件可以是用户根据需要录制或由软件编写的声文件，其前面板如图3所示。各参数意义如下：

(1)文件路径：用户需要播放的.wav文件的路径;

(2)预读取总数：灵活设置需要读取.wav文件的样本总数，其中“-1”代表读取整个文件;

(3)开始位置：设置从文件的哪个位置处开始读取，以“样本点”为单位;

(4)读取样本数：显示实际读取的样本数，正确的结果应该是和预读取总数相一致(预读取总数如果设置为“-1”，此参数显示为整个文件总的样本数;

(5)采样率：显示.wav文件的采样率;

(6)图像框：显示所读取的.wav文件样本波形;

(7)强度：设置输出声信号强度;

(8)刺激间隔：设置读取的波形(图像框中所示波形)输出时的间隔;

(9)刺激模式下拉框：连续(直到手动按“停止”按钮结束)、单次(只播放1次)、有限次刺激(输入需要播放的次数N)。

2.3 更多文件

对于输出任意波形的声刺激，用.wav文件方式就完全能实现，但.wav文件一般都和计算机的声卡功能一致，采样率大多为44 100、22 050、11 025 Hz等3种。为追求更高质量的声信号，有的实验需要达到48 kHz以致更高的采样率，所以本系统设置了另外可由用户自定义生成的.txt、.dat文件，系统告知用户相应文件的具体格式，不管用户用什么方法保存声信号，此系统都可以播放。

3 原理

前面描述的3种模式声刺激在实现方式上原理是相通的，此处以.dat文件方式为例详细描述。.dat文件可存储任意类型数据，因此本文在二进制文件的头部增加了简单的头文件，用来描述文件的组成，即数据的采样率和数据长度。实际应用中，用户可以根据需要增加相应的头文件信息，如文件名称、时间等。图4所示为本系统设计的二进制数据结构，头文件中，按着顺序存放的数据是：字符串“sample rate”、采样率(整型32 bits)、字符串“length”、长度值(整型32 bits)，头文件之后，以float32类型存放声音数据。

3.1 声信号读取

.dat文件是字节的顺序排列，用户需了解文件的数据结构才能通过指针读写文件中的字节。与图4所示的数据结构一致，LabVIEW环境中对本文规定的二进制文件读取框图如图5所示。二进制文件刚刚被打开时，文件指针指向第1个字节，按着字节顺序，标注1模块以字符为单位读取11位，标注2模块读取以32 bits为单位的1个整数，标注3模块读取6位字符，标注4模块读取1个32 bits的整数，标注5模块从指针当前位置到文件结尾以32 bits单精度为单位读取声音数据，对比图2中的数据格式，标注1～4对应于前面板(图4)显示的刺激声头文件的信息，包括：“sample rate”及其相应的数值(整数型);“length”及其相应的数值(整数型)整数。标注5对应前面板图形框显示出刺激声的时域波形(单精度型数组)。

值得注意的是：LabVIEW中读取二进制节点有一个重要的输入选择项“byte order”(字节顺序)，也称之为大小端问题。LabVIEW的写二进制文件节点也存在同样的选择项，因此，在读写函数中保存此选择项一致就可以了。如果是用其他编程语言写的二进制文件，就要选择正确的大小端顺序。如采用Matlab编写.dat文件，字节顺序默认与操作系统一致，Windows操作系统采用“little-endian”顺序，所以大小端参数选择“little-endian”。

3.2 同步触发

不同文件格式程序有不同的读取方式，如3.1一节为二进制格式的读取方式，目的是读取声信号和相应的参数，读取完数据之后，声刺激器最关键的一个问题就是触发信号与声信号的同步输出。能够实现声信号与触发信号同步的方法很多，如常见的心理学软件E-Prime、LabVIEW，实现声卡输出声音信号和并口输出同步触发信号，精度最高能达ms级。听诱发反应记录的是声刺激后的瞬态反应且持续时间非常短暂，同步触发信号ms级精度远远达不到要求，如在耳蜗电图中，只需要记录刺激后0～2 ms的波形。因此，为提高两路信号的高精度同步，需要用硬件时钟方式触发两路信号同步传输。以下以“连续”播放模式为例具体介绍。

3.2.1 原理介绍

首先把2组等长的样本(声信号和触发信号)分别写入板卡的模拟FIFO(buffer)和数字FIFO中，2组样本以相同的时钟触发信号上升沿或下降沿开始采样，并以相同的采样时钟输出样本，即一个采样时钟脉冲生成一个样本，分别从DAQ板卡的AO和DO通道输出。原理如图6所示，AO Start Trigger脉冲上升沿触发AO任务，AO Sample Clock由AO Sample Clock Timebase分频得到，AO Sample Clock Timebase又是由板卡20MHz时钟基分频得到，每个AO Sample Clock输出一个样本点。因为本系统所用的板卡没有直接由板卡时基分频得到DO Sample Clock，所以必须从外部信号或板卡内部其他子系统路由(route)一个时钟作为DO Sample Clock。最简单直接的方式就是选用板卡内部AO Sample Clock作为DO Sample Clock，经实验，此方式在采样频率低于30 kHz时是可行的，为追求更高的声音信号质量，本实验所设计的采样频率不低于48 kHz，所以需路由板卡内部其他更高频率的时钟做采样时钟。

M系列板卡AO、DO采样时钟能同用的内部时钟源还可以是板卡的Counter n Internet Output，工作原理与图6一样，由硬件触发信号开始计数器时钟生成，此时钟路由为AO、DO的采样时钟。由于计数器时钟信号是直接对板卡的20 MHz时基分频得到，能实现的时钟频率比板卡自带的AO Sample Clock要高，能实现更高的采样率，如96 kHz甚至更高。

FIFO支持重传输模式：FIFO中的所有样本点被采样时钟读完后，FIFO又以相同的顺序输出所有的样本点。例如，FIFO包含5个样本点，FIFO输出产生的模式是：#1，#2，#3，#4，#5，#1，#2，#3，#4，#5，#1等。写入模拟FIFO中的数据是经过DAC(数模转换)的模拟电压信号;写入数字FIFO中的数据代表的是TTL信号，同时可以进行编码，如Port 0由8路数字线组成，假如写入FIFO的某个数据为5(二进制表示为00000101)，则线7-0同时刻输出为00000101,8线能提供28-1种编码形式，具体选用哪种形式需与采集系统结合。如本系统只选用线口P0.0输出触发信号，写入数字FIFO中的采样点“1”代表高电平，“0”为低电平。

3.2.2 实现框图

在LabVIEW中实现模数同步的框图如图7所示。图中3个“DAQmx任务开始”节点和1个“Merger Error.vi”节点的连接方式保证模拟输出和数字输出在采样时钟生成前就准备好，并且在同一时刻开始。最后，因为模拟输出和数字输出任务选择的模式都是“continue”,while循环实现板卡FIFO中数据的连续周期性输出，直到“停止”按钮响应。循环框后面是对各个任务的清除，在任务停止后，清除任务，释放任务保留的资源，避免继续占用内存。程序中最后用到的错误提示对话框，程序中出现任何的错误，都将以对话框的形式显示出来。

4 结果

实验一个3阶的长度为7的MLS序列[1]，以连续方式播放，每个MLS序列对应一个触发信号(数字脉冲上升沿)，序列中“1”代表有刺激click出现，“0”代表没有刺激，MPI(minimum pulse interval,2个临近的值“1-1”或“1-0”之间的间隔)定义为10 ms，采样率48 kHz。此序列可以用自定义序列、.wav和.dat的方式实现，如图8(a)为示波器上显示的实际MLS波形(采用.dat方式)，示波器通道1显示声信号波形，通道2显示触发信号波形，通道1中一个周期中的脉冲间隔依次是：10、10、30、20 ms，与MLS序列[1]一致，通道2中的高电平出现的位置与MLS序列第1个刺激出现位置完全同步。另外，图8(b)显示载波2 kHz、调制波85 Hz的AM波形，图8(c)为4个不同载波、调制波频率的合成波形，图8(d)显示连续播放.wav格式实际图形。

5 分析

国内国外都有很多人研究听诱发反应声刺激器，有人借助于计数器、D/A、单片机等，预先把波形存储在单片机片内ROM中，因存储空间有限，最终产生的声信号种类只有clicks和sine信号[6]。还有人针对稳态反应利用DSP++(C、C++编程实现控制界面，软件固化在硬件中)的方式产生AM[7]。它们和现在临床上普遍使用的声刺激器一样存在一个共同的特点：采用固化软件方式，能提供的声刺激种类有限。本系统是在硬件开放的基础上，通过设计灵活的软件模块来实现功能，开发效果高。

为了查看本系统声信号的质量，与处理声音最成熟的声卡作比较。听诱发反应中，click刺激脉宽都是非常短，一般只有零点几毫秒，脉宽越窄频带越宽。图9(a)为本系统输出0.312 5 ms脉宽的实际波形;而声卡有一定的频率响应范围，相当于一个滤波器，所以9(b)中声卡输出脉宽0.312 5 ms脉冲波形的失真度比前者大，从图中还可以看出后者脉冲上升时间比前者大，在听诱发反应中，上升时间短能使神经冲动同步性好[8]。通过比较其他类型的波形，都可以发现本系统产生的声信号比声卡输出的失真度小，因此本系统比声卡更适合做听诱发反应的声刺激器。

6 结论与讨论

本系统的实验结果表明，本刺激器能够弥补传统固定仪器不灵活的缺点，根据用户自定义产生声音，同时产生完全同步触发信号，满足研究的需要。LabVIEW与DAQ的相互兼容配套，使系统稳定度和可靠性得到保障，还避免了编写驱动程序的困扰，同时也避免了一系列可能出现的问题，如硬件电路的时间配合和信号抗干扰等，在开放架构的基础上创建用户自定义的测试系统。这种方式不仅可以提高工程质量，减少开发周期而且界面比较美观、接口很方便，是一个高性能、高精度的测试运载平台，功能升级方便。

另外，听诱发电位研究涉及到信号源、换能器和信号处理等，须进行严格的校准方能使用，临床上具有实际意义的是校准刺激声。除了检验刺激声强外，还需要校准其他测试参数，如极性、持续时间等，需要使用比较复杂的电声学设备和专业知识。因此，本系统中的声刺激器在应用于临床和科研之前，还需要经过专业的校准。

参考文献

[1]韩德民,许时昂.听力学基础与临床[M].北京:科学技术文献出版社,2005:330-335.

[2]Bell S L,Smith D C,Allen R,et al.The Auditory Middle Latency Response,Evoked Using Maximum Length Sequences and Chirps,as an Indicator of Adequacy of Anesthesia[J].Anesth Analg,2006,102:495-498.

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[4]Jewett D L,Caplovitz G,Baird B,et al.The use of QSD(q-sequence deconvolution)to recover superposed transient evoked-responses[J].Clinical Neurophysiology,2004,115(12):2754-2775.

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[6]赵仕波,罗耀华,赵文华.听觉诱发电位仪的设计与实现方案[J].仪器仪表学报,2008,29(3):594-599.

[7]Martin H R,Romao M,Placodo D,et al.Stimulator with arbitrary waveform for auditory evoked potentials[C]//16th Argentine Bio engineering Congress and the5th Conference of Clinical Engineering Journal of Physics,Argentine,September26-28,2007.

功能反应 篇9

关键词：2型糖尿病,亚临床动脉粥样硬化,高敏C反应蛋白,内皮依赖性血管舒张功能

1 资料与方法

1.1 一般资料

2003年4～10月中南大学湘雅二医院内分泌科门诊,纳入170例新诊T2DM患者,符合 1998年WHO糖尿病诊断标准,年龄35～70岁,平均(56±7.4)岁。体重指数19～35 kg/m2。排除T1DM或其他类型糖尿病及半年内有酮症或其他应激情况、肝肾损害者,冠心病或心肌梗死病史者。使用ACUSON 128XP/10彩超仪器, 由指定的2名彩超室技师,测定颈总动脉、股动脉内-中膜厚度(IMT)在界定范围内(即IMT<1.0 mm),无斑块。随访: 指定一名糖尿病专科医生负责每月随访一次,随访2年。根据2年时的随访结果分组: A组: T2DM伴SAS组56例。B组: T2DM无SAS组(年龄、性别、BMI、降糖降压调脂用药与A组匹配)56例。C组: 与A、B组年龄、性别匹配的正常对照,56例。SAS诊断标准详见文献1。

1.2

hsCRP测定使用免疫比浊法(芬兰ORION生产)。

1.3

IMT、动脉粥样硬化斑块测定及内皮功能测定(详见文献1)[1]:采用ACUSON彩色B超128XP/10,探头频率为7.5 MHz, 检测颈总动脉、股动脉血管的内膜中层厚度与斑块。

1.4 统计学方法 $(\overline{x}\pm s)$

采用SPS16.0统计软件进行统计分析。正态分布计量资料用表示,非正态分布资料用中位数及范围表示,组间比较用方差分析,肱动脉内径变化率的比较用秩和检验,用直线回归分析hsCRP与肱动脉内径变化率的关系。

2 结果

2.1 基线一般资料见表1。

T2DM伴SAS组(A组)HbA1c水平显著高于T2DM无SAS组(B组)(P<0.05)。随访后,A组颈总动脉内中膜厚度(CCA-IMT)、股动脉内中膜厚度(FA-IMT)显著高于B组(P<0.05)。A组与B组hsCRP水平均显著高于对照组P<0.05)。

注:*与对照组相比,P<0.05;#与A组相比,P<0.05

2.2 糖尿病患者血流介导与硝酸甘油介导的肱动脉内径变化(见表2):

3组血流介导的肱动脉内径变化率比较(△D1)显示:A组与C组,B组与C组比较差异有统计学意义(P均<0.05),A组与B组比较差异无统计学意义(P>0.05)。

注:**与对照组比较,差异有统计学意义(P<0.01)

2.3 肱动脉内径变化率与hsCRP的关系

血流介导的肱动脉内径变化率与hsCRP的直线回归方程为:Y=8.07-0.17X,(P<0.05),即hsCRP与血流介导的肱动脉内径变化率成负相关(r=-0.172)。

Henry[2]和刘金来[3]研究发现T2DM患者内皮依赖性的血管舒张功能受损,本研究中T2DM伴亚临床动脉粥样硬化组与T2DM无亚临床动脉粥样硬化组血流介导的肱动脉内径变化率显著低于硝酸甘油介导的肱动脉内径变化率。T2DM患者存在内皮依赖性的血管舒张功能损害,而非血管内皮依赖性的血管舒张功能与正常人差异无统计学意义,这也进一步证实了上述学者的研究报道。多项研究报道hsCRP抑制内皮细胞的NO产生而损害内皮依赖性的血管舒张功能。进一步将CRP水平与硝酸甘油介导的肱动脉内径变化率做直线回归分析显示,血流介导的肱动脉内径变化率与hsCRP水平的直线回归分析显示,hsCRP水平与血流介导的肱动脉内径变化率成负相关。本研究认为升高的的hsCRP水平可能是导致T2DM患者内皮依赖性血管舒张功能损害的重要原因,T2DM患者hsCRP水平越高,血管内皮功能损害越严重。CRP损害内皮功能的机制可能是CRP抑制内皮祖细胞存活、分化及功能,减少内皮细胞NO合成酶的表达,使ET-1释放增多,NO产生受损[4],内皮祖细胞在血管损伤代偿中起着重要作用,而CRP抑制这种血管代偿机制。

参考文献

[1]Handa N,Matsumoto M,Maeda H,et al.Ultrasonic evaluation of early carotid atherosclerosis.Stroke,1990,21:1567-1572.

[2]Henry RM,Ferreira I,Kostense PJ.Type2diabetes is associated with impaired.The Hoorn StudyAtherosclerosis,2004,174(1):49-56.

[3]刘金来,郝宝顺,陈?,等.2型糖尿病患者血管内皮依赖性舒张功能的超声研究,中山医科大学学报,2004,25(1):77-80.

功能反应 篇10

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取我院近期收治的60例疑似支气管哮喘患儿作为观察对象，为观察组，另选60例肺功能正常的患儿作为对照组，常规进行肺通气功能检查，FEV1实测值与预计值的比例>70%，停止β2受体激动剂、茶碱类及吸入糖皮质激素药物12h,2d内不服用抗组胺药物，确定所选患儿中无心肺功能不全、高血压及妊娠等禁忌证患者，其中观察组60例中男35例，女25例，年龄6个月～6岁，平均4.2岁，对照组中男32例，女28例，年龄5个月～7岁，平均4.5岁，两组患者的年龄、病程及其他资料无显著差异（P>0.05），具有可比性。

1.2方法

应用肺功能检测仪进行脉冲振荡指标的测定，激发物选择组胺。生理盐水稀释后调配成浓度为4mg/ml、32mg/ml的液体，应用APS给药法，在基础状态的情况下每个浓度吸入药物，用脉冲震荡肺功能仪测定呼吸道的阻力。

1.3 检测指标

共振频率、呼吸总阻抗、气道阻力（总气道、中心气道及周边气道）、电抗；肺通气功能检测用力肺活量、FEV1及PEF等指标，

1.4 激发试验阳性判断标准

累计吸入激发物乙酰甲胆碱≤12.8mg/ml,FEV1比较基础值下降大于20%判断为激发试验炎性。

1.5 统计学分析

采用SPASS 12.0统计学软件处理，计量资料采用，比较资料采用t检验，计数资料采用χ2检验，采用Pearson相关系数进行指标的相关性分析，P<0.05为差异具有显著性，有统计学意义。

2 结果

激发试验后观察组患儿的共振频率、呼吸总阻抗及气道阻力等指标与对照组比较均有明显增加，差异有统计学意义（P<0.05），其中与电抗呈现负相关，详细情况见附表。

3 讨论

脉冲震荡肺功能测试是在强迫振荡的基础上发展起来的，它操作简单，患者可以自主呼吸，无需配合，通过调整脉冲频率测定患者呼吸阻抗的变化，且有很好的重复性[2]。本组研究中，激发试验前，观察组患儿的各项指标与肺功能正常的对照组比较无明显差异（P>0.05），激发试验后观察组患者的共振频率、气道阻力及呼吸总阻抗与对照组相比差异有统计学意义（P<0.05），观察组患者在脉冲振荡中的测定指标中电抗和FEV1呈正相关，其余指标呈负相关。脉冲振荡能够对患儿气道阻力的变化进行客观反应，对于哮喘等疾病的诊断有较高的临床价值。

摘要：选取我院近期收治的60例疑似支气管哮喘患儿作为观察组,与60例肺功能正常患儿(对照组)分别进行脉冲震荡测定气道前后的变化和肺功能变化,并对肺功能的各个参数进行测定,对比两组结果进行相关性分析。观察组患者的共振频率、气道阻力及呼吸总阻抗与对照组相比差异有统计学意义(P<0.05),观察组患者在脉冲振荡中的测定指标中电抗和FEV1呈正相关,其余指标呈负相关。脉冲震荡肺功能检测法对于哮喘等疾病的诊断有较高的临床价值,在儿童气道反应性测定中有很好的相关性。

关键词：脉冲振荡法,肺功能,气道反应性,价值分析

参考文献

[1]邱洁萍,刘锦铭,杨文兰,等.脉冲震荡肺功能在气道反应性测定中的应用[J].中国结核和呼吸杂志.2008,31(7):531-532.