3種米多指標(biāo)的熵值法研究

韋裔菊，周利兵，張遠(yuǎn)佳，蔣才云

（廣西科技師范學(xué)院，廣西 來賓 546199）

近年來，國內(nèi)外對大米的營養(yǎng)成分越來越關(guān)注，大米中富含蛋白質(zhì)、脂肪、微量元素和氨基酸等物質(zhì)，有很高的營養(yǎng)價(jià)值和廣闊的市場前景[1]。阮貴華等[2]綜合運(yùn)用主成分分析（PCA）和Fisher 準(zhǔn)則兩類線性判別方法對廣東增城絲苗米國家地理標(biāo)志產(chǎn)品中無機(jī)元素成分、有機(jī)組成（氨基酸、脂肪、淀粉、蛋白質(zhì)等）進(jìn)行模式識別與聚類研究，并采用Fisher線性判別方法建立地標(biāo)產(chǎn)品與非地標(biāo)產(chǎn)品間的分類模型。

通過檢索發(fā)現(xiàn)，熱重分析技術(shù)應(yīng)用在細(xì)糧燃燒穩(wěn)定性評價(jià)方面未見相關(guān)報(bào)道，因此，對細(xì)糧的燃燒熱及熱重分析的研究具有重要的理論意義和實(shí)踐意義，可為細(xì)糧的質(zhì)量研究提供科學(xué)依據(jù)。

本文選擇絲苗米、國泰香米、蝦稻香米作為樣本，利用氧彈量熱計(jì)測定燃燒熱，熱重分析其燃燒穩(wěn)定性，脂肪測定儀測定脂肪含量，灼燒后測定灰分。建立3種細(xì)糧的多指標(biāo)綜合評價(jià)體系，并采用熵值法對細(xì)糧營養(yǎng)進(jìn)行質(zhì)量評價(jià)，為開發(fā)細(xì)糧資源以及細(xì)糧分類研究提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 主要材料、試劑和儀器

絲苗米、國泰香米、蝦稻香米，市購，研缽研細(xì)，過40 目藥典篩；苯甲酸，AR，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；藥用膠囊；石油醚。

BH 系列燃燒熱測定實(shí)驗(yàn)裝置；粉碎機(jī)；壓片機(jī)；點(diǎn)火絲，長沙長興高教儀器設(shè)備公司；FA2004 型電子天平，上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司；STA2500 熱重分析儀，德國NETZSCH；SE206 脂肪測定儀；分析天平；濾紙；100 mL燒杯；干燥箱；馬弗爐；電爐；坩堝。

1.2 細(xì)糧燃燒熱的測定

用氧彈量熱計(jì)測定細(xì)糧的恒容燃燒熱。數(shù)據(jù)處理公式：

式中：m、Qv、△T、W卡、Q點(diǎn)火絲、△m 分別為待測樣品的質(zhì)量、恒容燃燒熱、燃燒前后溫度的變化值、熱量計(jì)水當(dāng)量、點(diǎn)火絲的燃燒熱（Q點(diǎn)火絲=1 400.8 J/g）、點(diǎn)火絲參加燃燒反應(yīng)的實(shí)際質(zhì)量[3]。

1.3 熱重分析

將2～10 mg 樣品放入氧化鋁坩堝，升溫速率為10℃·min-1，參比物為α-Al2O3，N2氣氛（流速為100 mL·min-1），溫度范圍為30℃～600℃，同時(shí)進(jìn)行TG、DTG 和DTA分析。為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，每個(gè)樣品均重復(fù)試驗(yàn)[4]。

1.4 脂肪的測定

索氏提取，用重量法測定脂肪含量，即萃取樣品的溶劑抽提后，被測物質(zhì)脂肪從樣品中提取出來，將其烘干、稱量，進(jìn)行計(jì)算。W（脂肪）=m1/m2×100%，m1為脂肪質(zhì)量（g），m2為稱樣質(zhì)量（g）[5-13]。

1.5 灰分的測定

樣品灼燒后的殘留物為灰分。

1.6 多指標(biāo)綜合評價(jià)方法

構(gòu)建絲苗米、國泰香米、蝦稻香米的燃燒熱、脂肪含量、灰分等多指標(biāo)熵值綜合分析的評價(jià)方法。

2 結(jié)果與討論

2.1 燃燒熱的測定

2.1.1 燃燒熱的計(jì)算

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制樣品燃燒熱測定曲線，重復(fù)3次實(shí)驗(yàn)。

（1）絲苗米燃燒熱測定（見圖1）

圖1 絲苗米雷諾溫度Δ T曲線圖

（2）國泰香米燃燒熱測定（見圖2）

圖2 國泰香米雷諾溫度Δ T曲線圖

（3）蝦稻香米燃燒熱測定（見圖3）

圖3 蝦稻香米雷諾溫度Δ T曲線圖

2.1.2 細(xì)糧燃燒熱的結(jié)果分析

由表1可知，燃燒熱排序?yàn)槲r稻香米＞絲苗米＞國泰香米。

表1 3種細(xì)糧燃燒熱（n=3）

2.2 熱重分析[14-15]

（1）絲苗米熱重分析

由圖4、圖5、表2 可以看出，在62.8℃時(shí)，絲苗米試樣開始少量分解，這可能是因殘余的小分子物質(zhì)發(fā)生熱解析，損失率為11.49%；升溫至分解溫度224.8℃，出現(xiàn)大的質(zhì)量損失，直至405.9℃，損失率為58.41%；然后，隨溫度升高試樣進(jìn)一步分解，剩余樣品質(zhì)量占比為19.22%。

圖4 絲苗米熱重（TG）曲線、微商熱重（DTG）曲線

圖5 絲苗米的熱差分析（DTA）曲線

表2 絲苗米TG-DTG數(shù)據(jù)

隨著溫度的升高，樣品的DTG 曲線呈現(xiàn)出兩個(gè)峰形，峰形的拐點(diǎn)分別在91.2℃、315℃；另外，絲苗米的DTA 曲線有兩個(gè)較寬的放熱峰，峰值在108.2℃、308℃，溫度范圍為79.6℃～154.2℃、282.3℃～327.2℃，峰面積為262.2 J/g、103.4 J/g。

（2）國泰香米熱重分析

由圖6、圖7、表3 可以看出，在40.6℃時(shí)，國泰香米試樣開始少量分解，這可能是由于試樣中殘余的小分子物質(zhì)發(fā)生熱解吸，有少量質(zhì)量損失，損失率為10.95%；升溫至分解溫度210.8℃，試樣開始出現(xiàn)大量的質(zhì)量損失，直至416.6℃，損失率為51.09%；然后，試樣隨升溫進(jìn)一步分解，剩余樣品質(zhì)量占比為31.63%。

圖6 國泰香米熱重（TG）曲線、微商熱重（DTG）曲線

圖7 國泰香米熱差分析（DTA）曲線

表3 國泰香米的TG-DTG數(shù)據(jù)

隨著升溫，樣品的DTG曲線呈現(xiàn)出兩個(gè)峰形，峰形的拐點(diǎn)分別在77.2℃、313.8℃；另外，隨著溫度的升高，國泰香米的DTA 曲線有兩個(gè)較寬的放熱峰，峰值在92.1℃、311.5℃，溫度范圍為68.8℃～130.5℃、291.8℃～326.1℃，峰面積為188.5 J/g、81.6 J/g。

（3）蝦稻香米熱重分析

由圖8、圖9、表4 可以看出，在54.2℃時(shí)，蝦稻香米試樣開始少量分解，可能是殘余的小分子物質(zhì)發(fā)生熱解析，升溫至分解溫度199℃，試樣出現(xiàn)大量的質(zhì)量損失，直至401.8℃，損失率為56.49%；然后，隨溫度升高，試樣進(jìn)一步分解，剩余樣品質(zhì)量占比為23.78%。

圖8 蝦稻香米熱重（TG）曲線、微商熱重（DTG）曲線

圖9 蝦稻香米熱差分析（DTA）曲線

表4 蝦稻香米TG-DTG數(shù)據(jù)

隨溫度升高，樣品的DTG呈現(xiàn)兩個(gè)峰形，峰形的拐點(diǎn)分別在80℃、316.9℃；另外，蝦稻香米的DTA 曲線有兩個(gè)較寬的放熱峰，峰值在101.7℃、307.6℃，溫度范圍為74.4℃～135.3℃、280.5℃～323℃，峰面積為166 J/g、77.73 J/g。

2.3 脂肪的測定

由表5可知，脂肪含量排序?yàn)閲┫忝祝疚r稻香米＞絲苗米。

表5 3種細(xì)糧脂肪含量（n=3，CV%＜3%）

2.4 灰分的測定

由表6可知，灰分含量排序?yàn)榻z苗米＞蝦稻香米＞國泰香米。

表6 3種細(xì)糧灰分含量測定結(jié)果（n=3，CV%＜0.20%）

2.5 熵值法構(gòu)建細(xì)糧營養(yǎng)多指標(biāo)綜合評價(jià)體系

根據(jù)3種細(xì)糧燃燒熱、脂肪含量、灰分、燃燒性參數(shù)數(shù)據(jù)構(gòu)建多指標(biāo)評價(jià)體系[16-17]。根據(jù)熵的特性，通過計(jì)算熵值來判斷一個(gè)事件的隨機(jī)性及無序程度，用熵值來判斷某個(gè)指標(biāo)的離散程度，指標(biāo)的離散程度越大，該指標(biāo)對綜合評價(jià)的影響（權(quán)重）越大，其熵值越小。運(yùn)用熵值法對3種細(xì)糧進(jìn)行賦權(quán)，計(jì)算綜合得分F[18]，最終比較所有的F 值，即得出評價(jià)結(jié)論。采用Excel 計(jì)算，絲苗米、國泰香米、蝦稻香米3 種米F 值分別為0.721 7，0.247 9，0.453 8。從綜合評價(jià)分析結(jié)果得到，3 種細(xì)糧多指標(biāo)排序?yàn)榻z苗米＞蝦稻香米＞國泰香米。

3 結(jié)論

（1）樣品多指標(biāo)燃燒熱、熱重參數(shù)、脂肪含量、灰分含量的熵值法分析綜合評價(jià)如下：絲苗米＞蝦稻香米＞國泰香米，為不同人群選擇提供參考。

（2）本研究為熱重分析方法研究細(xì)糧燃燒穩(wěn)定性評價(jià)與研究提供參考，為開發(fā)細(xì)糧資源以及分類研究提供依據(jù)。