利用近紅外光譜儀快速測定大豆磷脂丙酮不溶物的研究

◎ 佟 馨，李萬平，高 健，李潔艷，閆軍劍，周萬祥，賈海軍，董 華

（1.中糧油脂控股有限公司，北京 102209；2.中糧東海糧油工業(yè)（張家港）有限公司，江蘇 張家港 215633）

大豆磷脂是大豆原油脫膠工序的副產(chǎn)品，脫膠混合物經(jīng)水洗、真空干燥加工而成。成品磷脂呈黃色黏稠狀、親水性，長期暴露于空氣中顏色會逐漸變深，質(zhì)地變硬[1]。成品磷脂主要由磷脂酰膽堿、磷脂酰肌醇、磷脂酰乙醇、糖脂、碳水化合物等物質(zhì)組成[2]，通過監(jiān)控丙酮不溶物含量的高低，體現(xiàn)磷脂的純度。

為保證大豆磷脂的品質(zhì)，實驗室通過監(jiān)控在線磷脂丙酮不溶物的含量調(diào)整生產(chǎn)工藝，得到不同濃度的成品磷脂。因國標法檢測丙酮不溶物含量周期長，不能實時指導(dǎo)工藝調(diào)整。而利用近紅外光譜掃描法，實現(xiàn)3 min 內(nèi)完成丙酮不溶物含量測定，提高了生產(chǎn)效率，實現(xiàn)了磷脂工藝的實時調(diào)整。同時，降低了化學(xué)試劑的消耗量，起到了廢液減排目的，確保環(huán)保、安全、準確、可靠[3]。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器設(shè)備

大豆磷脂取自中糧東海糧油工業(yè)（張家港）有限公司生產(chǎn)線；丙酮（分析純）。

傅里葉變換近紅外光譜儀PerkinElmer Spectrum3；真空泵；抽濾瓶；G3 玻璃砂芯坩堝；分析天平（精度0.000 1 g）；烘箱。

1.2 實驗方法

1.2.1 飽和丙酮溶液制備

取1 g粉狀磷脂于1 000 mL磨口瓶中，加入1 000 mL丙酮，在0 ～5 ℃冰水浴浸泡2 h，約15 min 搖動一次，約2 h后，用快速濾紙過濾，濾液于0～5 ℃冷藏，備用。

1.2.2 丙酮不溶物的檢測

《飼料添加劑 大豆磷脂》（GB/T 23878—2009）中4.6 丙酮不溶物的測定是將燒杯、玻璃棒、坩堝在烘箱中烘至恒重，稱取混勻試樣約2.0 g 于已恒重的燒杯中，加飽和丙酮溶液約30 mL，用玻璃棒對試樣進行攪拌和碾壓，2 min 內(nèi)使試樣大部分油溶出，迅速進行抽濾，不要將顆粒狀不溶物帶入坩堝，繼續(xù)用飽和丙酮溶液反復(fù)洗濾，直至無油殘跡，用玻璃棒將坩堝內(nèi)沉淀物攪松，放入烘箱中烘干30 min，取出冷卻至室溫稱量，直至恒重，進行結(jié)果計算[4]。

1.2.3 近紅外測量原理

近紅外定量分析方法是二級方法，利用化學(xué)計量學(xué)方法將近紅外光譜與實驗室分析數(shù)據(jù)進行關(guān)聯(lián)，建立近紅外模型對未知樣品進行預(yù)測[5]。

1.2.4 近紅外光譜采集條件

將PerkinElmer Spectrum 3 近紅外光譜儀的加熱樣品溫度設(shè)定為50 ℃，使用8 mm 的透明玻璃管，在10 000 ～4 000 cm-1進行掃描。所有背景和樣品光譜均在光譜分辨率為8 cm-1的條件下掃描64 次[6]。

2 結(jié)果與分析

2.1 采集模型數(shù)據(jù)

《飼料添加劑 大豆磷脂》（GB/T 23878—2009）中規(guī)定丙酮不溶物≥55.0%，通過化學(xué)法測得大豆磷脂丙酮不溶物結(jié)果，磷脂的建模樣品結(jié)果為50.47%～69.24%，平均值為60.55%，標準差為2.20%，變異系數(shù)為3.63%。變異系數(shù)較小，代表性較強，此批數(shù)據(jù)可用在近紅外光譜模型的構(gòu)建中。

2.2 建立預(yù)測模型

將化學(xué)值輸入模型內(nèi)，選擇“留一法交叉驗證”，在選擇“PLS1 算法”，進行光譜預(yù)處理設(shè)置，“基線校正”通常選擇一階求導(dǎo)，降噪半寬點數(shù)6，校正后即可得到初始模型結(jié)果，即方差（R2）為95.707 9，驗證標準差（SEP）為0.775 4，交叉驗證為0.922 6，平均屬性值為60.55%。根據(jù)儀器建模要求，初始模型的方差越接近于100%，SEP 和交叉驗證越小，回歸模型的定量分析結(jié)果越準確。

由圖1 中可知，建立模型的數(shù)據(jù)具有較好的線性關(guān)系，相關(guān)性顯著，這說明建立的大豆磷脂丙酮不溶物含量的近紅外預(yù)測模型是可行的。

圖1 丙酮不溶物建模數(shù)據(jù)分散圖

2.3 樣品掃描光譜圖

直接對驗證樣品進行近紅外快速掃描，測得的大豆磷脂的近紅外光譜圖如圖2 所示。

圖2 大豆磷脂樣品近紅外掃描光譜圖

2.4 模型的驗證

隨機抽取東海成品磷脂樣品90 個，分別利用國標法和掃描法（建立的模型上進行掃描）檢測丙酮不溶物含量，結(jié)果見表1。

表1 兩種方法測定丙酮不溶物含量結(jié)果分析情況表

由表1 可知，國標法與掃描法測得結(jié)果的最大相對偏差為4.95%，所有樣品相對偏差均符合國家標準《飼料添加劑 大豆磷脂》（GB/T 23878—2009）中規(guī)定相對偏差≤5%的要求，相對偏差趨勢圖見圖3。

圖3 預(yù)測值相對偏差結(jié)果對比圖

將國標法和掃描法用配對實驗的方法進行兩樣本t檢驗，得到t值為0.205，小于t值分布表中t0.05=1.987，故國標法和掃描法測定結(jié)果是一致的，無顯著性差異，此預(yù)測模型可用于大豆磷脂的丙酮不溶物指標的檢測。

3 結(jié)論

本文探索了大豆磷脂中丙酮不溶物的快速檢測方法，經(jīng)研究快速掃描法可代替?zhèn)鹘y(tǒng)國標法檢測，檢測周期從2 h 降低到3 min，對指導(dǎo)磷脂生產(chǎn)工藝實時調(diào)整具有一定價值。通過本文研究，后期可以進一步嘗試利用近紅外光譜技術(shù)進行其他指標的開發(fā)。