近紅外光譜法測(cè)定魚粉粗蛋白含量

曹明月，黃好強(qiáng)，張盼盼，石保明，蘭尊海

(1.河南海瑞正檢測(cè)技術(shù)有限公司，河南 鄭州 450001；2.焦作賽科中藥生物科技有限公司，河南 焦作 454950；3.河南省獸藥飼料監(jiān)察所，河南 鄭州 450008；4.河南牧業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)院，河南 鄭州 450046)

魚粉蛋白質(zhì)含量高，是優(yōu)質(zhì)的動(dòng)物性飼料原料，廣泛應(yīng)用于飼料工業(yè)，是配合飼料的重要組成部分。粗蛋白含量是衡量魚粉品質(zhì)的重要指標(biāo)，是國(guó)際貿(mào)易中魚粉定價(jià)的主要依據(jù)。魚粉粗蛋白含量測(cè)定通常采用傳統(tǒng)的濕化學(xué)分析法，該方法過程繁瑣、測(cè)定時(shí)間長(zhǎng)、人工成本較高，無法滿足現(xiàn)代飼料生產(chǎn)的要求。近紅外光譜分析技術(shù)具有快速準(zhǔn)確、高效經(jīng)濟(jì)、綠色環(huán)保、分析成本低等優(yōu)點(diǎn)[1-4]。本試驗(yàn)應(yīng)用近紅外光譜分析技術(shù)定量分析了225份魚粉樣品的粗蛋白含量。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與制備

從全國(guó)部分飼料原料市場(chǎng)收集具有代表性的魚粉樣品225份，采用濃度梯度法將225份魚粉樣品分成定標(biāo)集(n=200)和驗(yàn)證集(n=25)[5]。采用四分法將每個(gè)樣品的量縮分至300 g左右，粉碎過40目篩，分別裝入樣品自封袋，做好標(biāo)記，用于近紅外光譜掃描和濕化學(xué)分析。

1.2 魚粉粗蛋白含量的濕化學(xué)分析

魚粉粗蛋白含量測(cè)定按照《GB/T 6432-2018飼料中粗蛋白的測(cè)定 凱氏定氮法》進(jìn)行[6]，每個(gè)樣品設(shè)兩個(gè)平行樣，結(jié)果取平均值。

1.3 光譜采集

用快速開蓋萬能高速粉碎機(jī)(DFY-200C，溫嶺市林大機(jī)械有限公司)對(duì)樣品進(jìn)行粉碎，取約50 g樣品放入樣品杯中，將裝好的樣品杯放置在適配環(huán)上，在1400-2500 nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行掃描，每個(gè)樣品掃描3次。Unity&Hanon近紅外光譜儀波長(zhǎng)范圍為1400-2500 nm。

1.4 近紅外光譜儀定量分析校正模型的建立

將樣品光譜圖與實(shí)驗(yàn)室化學(xué)分析值導(dǎo)入到化學(xué)計(jì)量分析軟件(Ucal)中。為了降低樣品的粒度與均勻度對(duì)光譜數(shù)據(jù)的影響[7]，采用偏最小二乘法(PLS)定標(biāo)，結(jié)合散射校正和衍射等處理方法，建立基于近紅外光譜的魚粉粗蛋白含量預(yù)測(cè)模型。

2 結(jié)果與分析

2.1 魚粉樣品的濕化學(xué)分析

魚粉樣品的粗蛋白含量濕化學(xué)分析結(jié)果如表1所示。從表1可以看出，魚粉定標(biāo)集樣品粗蛋白含量為 59.82%～70.50%，驗(yàn)證集樣品粗蛋白含量為61.60%～69.99%，定標(biāo)集粗蛋白含量較寬，基本上能覆蓋全部樣品的粗蛋白含量范圍，這樣可以避免預(yù)測(cè)時(shí)產(chǎn)生較大的誤差[8]。

表1 定標(biāo)集和驗(yàn)證集魚粉粗蛋白含量 %

2.2 魚粉的近紅外光譜圖

利用近紅外光譜儀掃描的樣品光譜圖見圖1。經(jīng)過平滑、歸一化(散射校正和變量標(biāo)準(zhǔn)化)和基線校正(一階導(dǎo)數(shù)或二階導(dǎo)數(shù))等處理后的光譜見圖2。

圖1 魚粉的光譜掃描圖

圖2 魚粉近紅外光譜的二階導(dǎo)數(shù)

2.3 近紅外定標(biāo)模型的建立

表2 魚粉樣品粗蛋白含量的定標(biāo)模型結(jié)果

2.5 模型的驗(yàn)證

選取25份魚粉樣品對(duì)所建立的定標(biāo)模型進(jìn)行驗(yàn)證，并同濕化學(xué)法所測(cè)得的結(jié)果相比較(表3)。以濕化學(xué)法所測(cè)得的結(jié)果為實(shí)測(cè)值，以定標(biāo)模型預(yù)測(cè)的結(jié)果為預(yù)測(cè)值，預(yù)測(cè)值和實(shí)測(cè)值的回歸關(guān)系如圖3所示。粗蛋白的驗(yàn)證相關(guān)系數(shù)R2為0.942，外部驗(yàn)證相對(duì)分析誤差(RPDV)大于2.50，預(yù)測(cè)值與真實(shí)值之間無顯著差異(P>0.05)，表明粗蛋白含量預(yù)測(cè)效果精準(zhǔn)。

表3 魚粉樣品粗蛋白含量的預(yù)測(cè)結(jié)果

圖3 魚粉粗蛋白含量預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值的相關(guān)性

3 討論

本試驗(yàn)建立了魚粉粗蛋白含量的快速分析預(yù)測(cè)模型，驗(yàn)證相關(guān)系數(shù)R2為0.942。周根來等[14]用近紅外光譜分析技術(shù)分析了魚粉粗蛋白的含量，預(yù)測(cè)模型的相關(guān)系數(shù)為0.8584。蘇彩珠等[15]應(yīng)用近紅外光譜分析技術(shù)和化學(xué)方法對(duì)魚粉粗蛋白的含量進(jìn)行了預(yù)測(cè)，其定標(biāo)相關(guān)系數(shù)為0.87，驗(yàn)證相關(guān)系數(shù)0.81。從上述試驗(yàn)結(jié)果可以看出，近紅外光譜分析技術(shù)可以很好地應(yīng)用于魚粉粗蛋白含量的快速檢測(cè)，尤其適合大批量樣品。