基于近紅外光譜的大豆油過氧化值快速測定

基于近紅外光譜的大豆油過氧化值快速測定

油在儲存過程中容易氧化和酸分解，這不僅導致氧化產物，降低油的營養(yǎng)性和安全性，導致哈拉味，還導致許多疾病，尤其是動脈粥樣硬化。因此,對油脂氧化程度的評定顯得尤為重要。過氧化值(PV)是常用于評價油脂氧化程度的一個重要指標,也是國家食品衛(wèi)生強制檢驗的項目。而傳統(tǒng)的分析方法不僅耗時,受人為操作因素影響比較大,而且需要大量的玻璃儀器,甚至有時候涉及到有毒試劑。近紅外譜區(qū)指波長介于可見區(qū)與中紅外區(qū)之間的電磁波,波數范圍為12500~4000cm-1。近紅外光譜區(qū)的吸收主要是分子振動基頻在2000cm-1以上的倍頻、合頻吸收,所以,有機物近紅外光譜主要包括C-H、N-H、O-H、S-H等含氫基團的倍頻與合頻吸收帶。近紅外光譜(Near-InfraredSpectroscopy,NIRS)分析是近年來迅速發(fā)展和推廣應用的一種綠色分析技術。樣品一般不需任何預處理就能直接進行測試,具有操作簡單、分析速度快、測試效率高、安全,并且可以減少勞動力和試劑等優(yōu)點,非常適合食品的快速定性和定量分析。本試驗以大豆油為檢測對象,用傅立葉變換近紅外光譜儀采集近紅外光譜,同時用傳統(tǒng)化學分析方法測定其過氧化值,建立定量分析模型,并且驗證定標模型,探討利用近紅外光譜法快速測定大豆油過氧化值的可行性。1試驗部分1.1熱電鼓風干燥機NIRFlexN-500傅立葉變換近紅外光譜儀:瑞士Buchi公司;101型電熱鼓風干燥機:北京市永光明醫(yī)療儀器廠。三氯甲烷:分析純,天津市德恩化學試劑有限公司;冰乙酸:分析純,天津市德恩化學試劑有限公司;碘化鉀:分析純,天津市羅密歐化學試劑有限公司;丙酮:分析純,天津市羅密歐化學試劑有限公司。1.2樣品集的制備取上海、遼寧、安徽等地油脂儲備庫的不同品種大豆油16個,包括一級大豆油、二級大豆油、三級大豆油、四級大豆油以及毛油油樣。為了避免重復,同一庫中的油樣,取不同批次。16個油樣先測定其過氧化值,掃描近紅外光譜,然后放入烘箱,間隔一定時間測定一次過氧化值,并同時掃描近紅外光譜。最終得到213個過氧化值不同的大豆油樣品的數據。從收集的數據中隨機挑選1/3的樣品數據作為驗證樣品集數據,以最終評價定標的穩(wěn)定性和準確性。有關定標樣品集和驗證樣品集的信息見表1。1.3光譜分析1.3.1儀器的采集范圍瑞士BuchiNIRFlexN-500傅立葉變換型近紅外光譜儀,光源為鎢燈;檢測器為珀耳帖溫控InGaAs;帶溫控液體樣品池。該儀器的光譜采集范圍:4000~10000cm-1;光譜分辨率:8cm-1;波長精度±0.2cm-1,掃描次數為16。1.3.2溫度和時間油樣近紅外的采集采用透射方式掃描,樣品溫度控制在40℃。油樣放入液體樣品池保溫2min后,再對樣品進行掃描。大豆油掃描光譜見圖1。1.3.3數據處理方法利用定標軟件NIRCal5.2對采集的光譜數據進行處理。所得光譜經四種歸一化方法[趨近歸一化(NormalizationbyClosure,Ncl)、最大歸一化(NormalizationbyMaxima,Nma)、0-1間歸一化(Normalizationbetween0and1,N01)、單位長度歸一化(NormalizationtoUnitLength,Nle)]、一階導數(1stderivative,DB1)、二階導數(2ndderivative,DB2)等方法進行處理,采用主成分回歸法(PCR)和偏最小二乘法(PLS)兩種方法建立定標模型。1.4分析與測定過氧化值的測定:按照AOCS方法測定過氧化值。每個樣品測定三次,取其平均值。2結果與討論2.1清除校正集的制備異常樣品指濃度值或光譜數據存在較大誤差的樣品。異常樣品對校正模型的影響很大,因此在建立校正模型時,必須將其從校正集樣品中剔除。本文根據定標樣本光譜數據計算光譜殘差和預測誤差,以殘差和預測誤差的2.5倍為閾值,超出任何一閾值被認為是異常值。本研究未發(fā)現(xiàn)需要剔除的不合要求光譜,因此未剔除任何光譜。2.2模型的構建2.2.1模型預測相關系數由表2可以看出,不同的光譜預處理方法對過氧化值的定標模型有明顯的影響。模型建立時選擇主成分數為9,回歸方法為PLS法。其中,Q值是建立模型的幾個重要指標的綜合評定,這些指標主要包括定標標準差(SEC)、預測標準差(SEP)、定標相關系數(Rc)、預測相關系數(Rv)等,構建回歸方程時,一般SEP要接近或略大于SEC。Q值越高,模型效果越好。四種歸一化方法單獨處理后效果均不好,Q值在0.73~0.81之間,而結合一階導數處理后,各參數均得到優(yōu)化,Q值均有所提高,達到0.79~0.85。其中一階導數單獨處理的效果好于歸一化結合一階導數處理,Q值達到了0.88。而二階導數單獨處理后,Q值卻很差,只有0.32。當先進行一階導數處理,再結合歸一化方法時,除DB1+N01Q值為0.90外,其他三種方法均略有變差,Q值在0.80~0.84之間。通過比較,以一階導數結合0-1間歸一化效果最好,定標集和驗證集的相關系數分別達到了0.999和0.998,且定標集預測標準差和驗證集預測標準差最接近且很小,分別為0.516和0.523,見圖2。2.2.2多波長正演預測方法的對比在軟件所給出的三種方法中,PCR和PLS是適合全譜區(qū)的算法,無需進行波長段的選擇。兩種方法結合預處理分別定標模型,如表3所示?？梢钥闯?均是PLS法明顯優(yōu)于PCR法。2.3法測定值與相對偏差的比較定標模型建立后,另選擇10個過氧化值不同的樣品驗證分析模型的準確性,并同標準方法測定的值進行比較,結果見表4。通過偏差的比較可以發(fā)現(xiàn),近紅外光譜分析儀檢測值與化學分析值具有很好的相關性,其相對偏差小于化學分析值所允許的誤差范圍(10%);此外,應用近紅外光譜測定快速,避免了人為操作因素誤差以及試劑等因素的干擾。3近紅外模型定標回正相關系數的確定選取大豆油為研究對象,利用傅立葉變換近紅外光譜采集大豆油的近紅外透射光譜,通過定標軟件NIRCal5.2對采集的光譜數據進行處理,比較了多種預處理方法以及統(tǒng)計回歸方法,結果表明:近紅外模型的預測值與標準方法測定值有很好的相關性,