南方地區(qū)糧食質(zhì)量品質(zhì)的數(shù)據(jù)分析研究*

李 理 姜友軍 單曉雪 王 錦 顧雨熹 張宇沖 陳晉瑩

(中儲糧成都儲藏研究院有限公司 610091)

大約一萬年前，我國糧食儲藏就有記載。古代各朝代都致力于修建倉庫用于糧食的儲存，人們也累積了較多的儲藏經(jīng)驗。隨著我國糧油儲藏技術(shù)的發(fā)展，與之對應(yīng)的自主創(chuàng)新能力也得到了明顯提升[1]。探究儲藏過程中糧食品質(zhì)變化及其密切相關(guān)的質(zhì)量指標變化情況,對于指導(dǎo)糧食何時輪換意義重大[2]。

作為新興的技術(shù)革命，大數(shù)據(jù)對人們生活的各方面產(chǎn)生了重大影響[3]。大數(shù)據(jù)指的是通過對大量的、來源復(fù)雜的數(shù)據(jù)進行歸納、總結(jié)與分析，有效提升其使用價值[4-5]。而糧食企業(yè)正好需要將長期積累的大量數(shù)據(jù)進行重新歸納與整合[6]，從多角度發(fā)現(xiàn)其中隱藏的價值和規(guī)律，進而指導(dǎo)糧食科學的、安全的儲藏，并把糧食科學安全儲藏上升到細致化管理層面[7-8]。

本研究基于南方地區(qū)(包括江蘇、浙江、安徽、福建、江西、湖北、湖南、廣州、廣西、四川、貴州、云南等省份)相關(guān)糧食儲存庫點歷年質(zhì)量品質(zhì)數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)分析已有糧食質(zhì)量檢查情況，掌握不同區(qū)域的糧食質(zhì)量變化情況及儲存品質(zhì)變化情況，探索不同地區(qū)、不同品種的糧食質(zhì)量標準及合理輪換周期，為不同地區(qū)糧食保質(zhì)的技術(shù)措施提供一定的實際參考價值。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源與提取

1.1.1 數(shù)據(jù)來源 本文所用的數(shù)據(jù)來源于南方地區(qū)相關(guān)糧食儲藏省份儲存庫點歷年質(zhì)量品質(zhì)數(shù)據(jù)(如圖1)，采集數(shù)據(jù)的周期為半年1次，一年2次。

1.1.2 數(shù)據(jù)提取 以庫點為單位，按時間順序從歷史數(shù)據(jù)庫中把收集到的糧食質(zhì)量品質(zhì)相關(guān)的數(shù)據(jù)提取到Excel表格中，然后從表格中篩選出每一批糧食的質(zhì)量品質(zhì)指標數(shù)據(jù)；剔除異常值和空值，最終選出總計54052條數(shù)據(jù)進行分析。

1.2 分析方法

本文主要針對南方地區(qū)的玉米、粳稻、秈稻和大豆進行數(shù)據(jù)分析。其中玉米、粳稻及秈稻主要分析脂肪酸值，大豆則主要分析粗脂肪酸價。具體來說，分析中以2015年春季入庫的糧食質(zhì)量數(shù)據(jù)為基準，連續(xù)提取1年、1.5年、2年、2.5年的數(shù)據(jù)；分別運用皮爾遜相關(guān)系數(shù)分析方法以及灰色關(guān)聯(lián)度分析方法對不同品種糧食的連續(xù)數(shù)據(jù)進行研究。

2 結(jié)果與討論

2.1 玉米、粳稻及秈稻脂肪酸值

2.1.1 玉米、粳稻及秈稻脂肪酸值變化情況 以2015年玉米、粳稻及秈稻春季入庫儲存2.5年、2年、1.5年、1年的脂肪酸值數(shù)據(jù)作為起始點分析(其中“201501”表示2015年春季入庫儲存的數(shù)據(jù)，依次類推)，從圖2可以看出，玉米脂肪酸值整體數(shù)據(jù)處于上升趨勢，且日趨平緩。以其平均水平來看，前兩年脂肪酸值趨勢上升較快，后續(xù)逐漸放緩。從圖3可以看出，粳稻脂肪酸值整體規(guī)律較為明顯，脂肪酸值呈現(xiàn)逐年上升趨勢，并且隨著儲存年份的增加，脂肪酸值上升逐漸平緩。同時，從圖4可以看出來，秈稻脂肪酸值隨著儲存年份的增加逐漸升高，并且各儲存時間不同階段的樣本數(shù)據(jù)變化規(guī)律基本一致，均為逐年增高，且增加逐漸變緩。

a.儲存2.5年

b.儲存2年

c.儲存1.5年

d.儲存1年

a.儲存2.5年

b.儲存2年

c.儲存1.5年

d.儲存1年

a.儲存2.5年

b.儲存2年

c.儲存1.5年

d.儲存1年

2.1.2 玉米、粳稻及秈稻脂肪酸均值變化情況 圖5～圖7主要展示了南方地區(qū)2015年春季入庫玉米、粳稻及秈稻儲存1年、1.5年、2年、2.5年脂肪酸均值的變化情況。從圖5可以看出，無論存儲年份長短，玉米脂肪酸均值整體均呈上升趨勢；以儲存2年的數(shù)據(jù)為例，第1年從34.4(KOH/干基)/(mg/100g)增長到42(KOH/干基)/(mg/100g)，增長率為22.1%，第2年增長5.5%，增速有所放緩，儲存滿2年的玉米脂肪酸均值為44.3(KOH/干基)/(mg/100g)。而從圖6可以看出，粳稻脂肪酸值均值整體處于上升趨勢，同樣以儲存2年的數(shù)據(jù)為例，可以計算脂肪酸值第1年平均值升高31.2%，第2年脂肪酸值逐漸放緩，平均升高2.2%，儲存滿2年的粳稻脂肪酸值為23(KOH/干基)/(mg/100g)。圖7可以清晰看出，秈稻脂肪酸均值整體處于上升趨勢。依然以儲存2年的數(shù)據(jù)為例，可以計算脂肪酸值第1年平均值升高14%，第2年脂肪酸值逐漸放緩，平均升高12.8%，儲存2年后脂肪酸值增加到25(KOH/干基)/(mg/100g)。

a.儲存2.5年

b.儲存2年

c.儲存1.5年

d.儲存1年

a.儲存2.5年

b.儲存2年

c.儲存1.5年

d.儲存1年

a.儲存2.5年

b.儲存2年

c.儲存1.5年

d.儲存1年

2.2 大豆粗脂肪酸價

由于大豆總體連續(xù)數(shù)據(jù)較少，故無需做均值分析，通過圖8可以看出大豆粗脂肪酸價整體呈現(xiàn)上升趨勢。

a.儲存2年

b.儲存1.5年

c.儲存1年

2.3 相關(guān)性分析

2.3.1 皮爾遜相關(guān)系數(shù)分析 為全面了解糧食品質(zhì)指標的變化規(guī)律，需要明確哪些指標與玉米、秈稻、粳稻和大豆品質(zhì)指標密切相關(guān)，而哪些并無關(guān)系，因此，對這些糧食的品質(zhì)指標進行了相關(guān)性分析。

在自然科學領(lǐng)域，皮爾遜相關(guān)系數(shù)廣泛用于度量兩個變量之間的相關(guān)程度，其值在-1與1之間[9]。通過利用皮爾遜相關(guān)系數(shù)分析兩個變量元素的相關(guān)性，從而衡量兩個變量元素的相關(guān)密切程度。

兩個變量之間的皮爾遜相關(guān)系數(shù)定義為兩個變量之間的協(xié)方差和標準差的商：

①

而樣本皮爾遜相關(guān)系數(shù)則可定義為：

②

本文計算了不同糧食品種脂肪酸值與其他質(zhì)量指標的皮爾遜相關(guān)系數(shù)，其結(jié)果表1～表4所示。

表1 玉米脂肪酸值與其他指標的皮爾遜相關(guān)系數(shù)

表2 粳稻脂肪酸值與其他指標的皮爾遜相關(guān)系數(shù)

表3 秈稻脂肪酸值與其他指標的皮爾遜相關(guān)系數(shù)

表4 大豆粗脂肪酸價與其他指標的皮爾遜相關(guān)系數(shù)

從表1～表4可知，對于玉米來說，其脂肪酸值主要與雜質(zhì)、不完善粒以及生霉粒具有一定的正相關(guān)性，而與容重具有一定的負相關(guān)性。而對于粳稻來說，除了品嘗評分值以外，黃粒米和水分對脂肪酸值的影響較大，其中水分與脂肪酸值具有一定的負相關(guān)性，黃粒米與脂肪酸值具有一定的正相關(guān)性。同理，可以得出秈稻的脂肪酸值主要與雜質(zhì)和黃粒米具有一定的相關(guān)性，其皮爾遜相關(guān)系數(shù)分別為0.23和0.2。對于大豆的粗脂肪酸價來說，與損傷粒率相關(guān)性最高，呈現(xiàn)一定的正相關(guān)性，達到0.51；而與蛋白溶解比率呈現(xiàn)一定的負相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為-0.35。

2.3.2 灰色關(guān)聯(lián)度分析 對于兩個系統(tǒng)之間的因素，其隨時間或不同對象而變化的關(guān)聯(lián)性大小的量度，稱為關(guān)聯(lián)度。在系統(tǒng)發(fā)展過程中，若兩個因素變化的趨勢具有一致性，即同步變化程度較高，則可以說二者關(guān)聯(lián)程度較高；反之，則較低。因此，灰色關(guān)聯(lián)分析方法，是根據(jù)因素之間發(fā)展趨勢的相似或相異程度，也就是‘灰色關(guān)聯(lián)度’，作為衡量因素間關(guān)聯(lián)程度的一種方法[7]。

在影響玉米、粳稻、秈稻脂肪酸值以及大豆粗脂肪酸價的眾多因素中，各個因素影響程度不同，要確定各個因素影響程度的大小需要進行灰色關(guān)聯(lián)分析。我們希望通過灰色關(guān)聯(lián)分析方法確定各個因素與玉米、粳稻、秈稻脂肪酸值以及大豆粗脂肪酸價的關(guān)聯(lián)程度。

以玉米脂肪酸值為例，不同因素的選取參考本數(shù)據(jù)集中的各個指標之間線性相關(guān)系數(shù)決定，因而選取與玉米脂肪酸值有較大相關(guān)系數(shù)的指標為生霉粒、容重、雜質(zhì)、不完善粒。

(1)為了能使序列盡量保存信息，選取可以連續(xù)采樣8次的完整數(shù)據(jù)取平均值作為樣本序列，其中玉米脂肪酸值時序數(shù)據(jù)作為Y，生霉粒序列為X1，容重序列為X2，雜質(zhì)序列為X3，不完善粒序列為X4，數(shù)據(jù)構(gòu)造方法都相同。

(2)對各序列做變換，變換過程為用各原始數(shù)據(jù)除以各序列平均值，所得新序列的表示記號不變。

(3)灰色關(guān)聯(lián)度分辨系數(shù)的確定一般沒有確定的公式，大多根據(jù)經(jīng)驗選取，根據(jù)一般的經(jīng)驗，當觀測序列出現(xiàn)奇異值時，分辨系數(shù)應(yīng)取較小的值，以克服奇異值的支配作用；當觀測序列比較平穩(wěn)時，分辨系數(shù)應(yīng)取較大的值，充分體現(xiàn)關(guān)聯(lián)度的整體性。本次使用的樣本序列由于含有奇異值，所以分辨系數(shù)取為0.4，以此來緩解奇異值帶來的影響。

(4)計算灰色關(guān)聯(lián)度。

ui(t)=

③

④

此處的ρ為分辨系數(shù)，取為0.4，i=1，2，3，t=1，…，8。

經(jīng)過計算，灰色關(guān)聯(lián)度系數(shù)為：

r1=0.64，r2=0.62，r3=0.70，r4=0.63

所以各個因素與玉米脂肪酸值相關(guān)程度從大到小排序依次是生霉粒、容重、雜質(zhì)、不完善粒。與皮爾遜相關(guān)系數(shù)不同，灰色關(guān)聯(lián)度系數(shù)絕對值并沒有意義，有意義的只是關(guān)聯(lián)度系數(shù)的排序。

按照上述計算方法進行整理歸納分析，我們得到了玉米、秈稻、粳稻脂肪酸值以及大豆粗脂肪酸價與其他指標灰色關(guān)聯(lián)度系數(shù)。從表5～表8可以看出，與玉米脂肪酸值的變化趨勢相似程度從大到小依次是生霉粒、容重、雜質(zhì)、不完善粒。與粳稻的脂肪酸值的變化規(guī)律相似的程度大小依次是品嘗評分值、水分、黃粒米。由此可以得到一個簡單的結(jié)論，如果無法做科學的檢測，可以粗略使用品嘗評分值來近似估計粳稻脂肪酸值的變化情況。而與秈稻脂肪酸值的變化趨勢相似的程度從大到小依次是雜質(zhì)、黃粒米、整精米率、水分。大豆的完整粒率、損傷粒率、熱損傷粒率、蛋白溶解比率則都與其粗脂肪酸價有一定程度的相關(guān)趨勢。

表5 其他指標與玉米脂肪酸值的灰色關(guān)聯(lián)度系數(shù)

表6 其他指標與粳稻脂肪酸值的灰色關(guān)聯(lián)度系數(shù)

表7 其他指標與秈稻脂肪酸值的灰色關(guān)聯(lián)度系數(shù)

表8 其他指標與大豆粗脂肪酸價的灰色關(guān)聯(lián)度系數(shù)

3 結(jié)論

本文基于南方地區(qū)相關(guān)糧食儲存庫點歷年質(zhì)量品質(zhì)數(shù)據(jù)(以2015年春季入庫作為起始數(shù)據(jù))，對南方地區(qū)的玉米、粳稻、秈稻、大豆四個糧食品種進行分析，探究了品質(zhì)指標的變化規(guī)律情況。通過大量數(shù)據(jù)分析得出下結(jié)論：

玉米脂肪酸值整體數(shù)據(jù)處于上升趨勢，且日趨平緩。以其平均水平來看，前兩年脂肪酸值上升較快，后逐漸放緩。粳稻脂肪酸值整體規(guī)律也較為明顯，脂肪酸值呈現(xiàn)逐年上升趨勢，并且隨著儲存年份的增加，脂肪酸值上升逐漸平緩。同樣，秈稻脂肪酸值隨著儲存年份的增加逐漸升高，并且各儲存時間不同階段的樣本數(shù)據(jù)變化規(guī)律基本一致，均為逐年增高，且增加逐漸減緩。而大豆粗脂肪酸價整體呈現(xiàn)上升趨勢。

值得注意的是，由于玉米胚部大且呼吸旺盛，脂肪含量高，易氧化酸敗使玉米變苦，因而在儲存年限內(nèi)，脂肪酸值隨著儲存時間的延長而逐漸升高，上升速度較快；稻谷則因為水分偏低，使稻谷相對易于儲存，在儲存年限內(nèi)，脂肪酸值隨著儲存時間的延長而緩慢升高，上升速度較慢。

從相關(guān)性分析來看，玉米脂肪酸值和雜質(zhì)、不完善粒以及生霉粒具有一定的正相關(guān)性，而與容重具有一定的負相關(guān)性，容重、雜質(zhì)、不完善粒以及生霉粒也是與玉米脂肪酸值灰色關(guān)聯(lián)最高的幾個因素。而對于粳稻來說，除了品嘗評分值以外，黃粒米和水分對脂肪酸值的影響較大，其中水分與脂肪酸值具有一定的負相關(guān)性，黃粒米與脂肪酸值具有一定的正相關(guān)性，由于品嘗評分值與脂肪酸值的灰色關(guān)聯(lián)度最高，所以通過品嘗評分可以初步判斷脂肪酸值的變化。秈稻的脂肪酸值則主要與雜質(zhì)和黃粒米具有一定的相關(guān)性，這一結(jié)果也符合灰色分析結(jié)論。而大豆的粗脂肪酸價與損傷粒率相關(guān)性最高，呈現(xiàn)一定的正相關(guān)性；而與蛋白溶解比率呈現(xiàn)一定的負相關(guān)性。

最終，通過數(shù)據(jù)分析已有糧食質(zhì)量檢查情況，掌握了不同區(qū)域的糧食質(zhì)量變化情況及儲存品質(zhì)變化情況，為不同地區(qū)糧食保質(zhì)技術(shù)措施提供一定的實際參考價值。