820-光谱分析检测大米加工精度等级

2008年1月
农业机械学报
第 39 卷 第 1 期
光谱分析检测大米加工精度等级
陈坤杰 夏建春
【摘要】 通过光谱分析技术 ,测定了大米表面营养物质浸出液的光谱吸收峰值 ,研究了大米的加工精度与其
浸出液吸收峰值之间的关系 ,参照目前的大米加工精度等级国家标准 ,以浸出液的吸收峰值为基础 ,制定出中国大
稻谷的各种营养成分在稻谷各个部位的分布具 有显著差异 ,并且大米某些营养物质含量在其表层 和内部也有很大的不同 。有关研究结果表明[4～8 ] , 通过检测大米表面的某种营养成分含量 ,可以间接 知道大米的碾削程度 ,从而实现对大米加工精度的 判定 。如果能够进行大米表面营养成分的快速检 测 ,则可能实现大米加工精度的实时监测 。
有关研究表明 ,采用近红外技术对大米加工精 度进行鉴定是完全可行的[9～12 ] 。本文利用光谱分 析技术 ,测定大米表面营养成分含量 ,通过研究大米 表面营养成分的含量和碾削程度的关系 ,间接确定 大米的加工精度 ,以期建立大米加工精度的客观判 别标准和检测方法 。
1 实验材料与方法
1. 1 实验材料 实验材料包括由南京市六合远望米厂提供的武
2 结果与分析
211 不同碾削程度稻米加工精度的检测 将大米碾削不同时间 ,按上述方法进行处理 。
测得不同加工精度稻米表面营养浸出液的原始吸收 光谱曲线如图 1 所示 ,对该光谱曲线进行 FF T 平滑 处理后 ,结果如图 2 所示 。
图 1 不同碾削程度大米浸出试样原始吸收光谱
图 2 经过 FF T 平滑后的不同碾削程度大米浸出 试样的吸光值变化曲线
将实验稻谷挑拣出石子 、瘪稻等 ,砻谷后得到糙 米 。用电子天平称取 20 g 糙米倒入实验碾米机 ,固 定碾削压力 ,设定不同的碾米时间 ,得到不同加工精 度的稻米样品 。
稻米表面营养物质萃取及吸光值测定方法为 : (1) 用链条天平称取上述样品 10 g 置于烧杯 。 (2) 利用量筒量取 50 mL 三氯甲烷试剂 ,置入 烧杯并搅拌 5 min 。 (3) 将烧杯静置 5 min 后 ,取上层液体 10 mL 置 入另一烧杯作为待测样品 。 (4) 先以三氯甲烷试剂为本底测定其吸光值 ,再 将上述样品置入吸光池后放入分光光度计 ,选取不 同的波长 ,读取分光光度计的测量数据 。 (5) 从样品的测量数据中减去本底的测量数据 , 得到样品的实际吸光值 。每个实验重复 3 次 ,取算 术平均值 。 11313 不同碾削程度稻米加工精度检测 根据上述方法 ,将碾削时间分别设定为 40 、50 、 60 、70 、80 、90 s ,得到不同加工精度的大米 。然后采 用三氯甲烷作为萃取剂 ,进行表面营养物质的萃取 , 对不同加工精度大米样品试液进行光谱扫描 ,得到 其表面营养成分含量的原始光谱图 。最后对原始光 谱图进行平滑处理 ,分析吸收值与稻米加工精度之 间的关系 。 11314 大米加工精度的定量分级标准及预测 将碾削时间分别设定为 40 、50 、60 、70 、80 、90 s , 得到 6 组共 42 份 (每个碾削时间重复 7 次) 不同加 工精度等级的大米样品 ,浸出后测定各样品的吸光 值 。然后成立一个由 3 位评定人员组成的大米加工 精度评定小组 ,按照国标 GB 1354 —86 所描述的等 级划分原则 ,采用美蓝溶液染色法 (NM G) 进行样品
L GJ 415 型检验砻谷机 (浙江省台州市粮仪厂) 、 J NMJ3 型检验碾米机 (浙江省台州市粮仪厂) 、链条 天平(上海精密科学仪器有限公司 ,最小读数 01001 g) 和电子天平 (上海精密科学仪器有限公司 ,最小读数 0101 g) 。
实验所用光谱分析仪自行研制 ,主要分为硬件 和软件两个部分 。硬件为上海第三分析仪器厂生产 的 722 型分光光度计 ,波长范围 200～850 nm ,波长 分辨率 2 nm 。经改装后 ,通过 1 个接口电路 ,将分 光光度计 、步进电动机和 1 台个人计算机相连 。利 用计算机标准并口 ,实现数据的读入并驱动步进电 动机控制分光系统 ,对光谱波长进行自动选择以及 不同波长下数据的自动采集 。采用 VC + + 610 和 Matlab 混合编写系统程序 。 1. 3 实验方法 11311 基本原理
米加工精度的定量标准 。实验结果表明 ,大米的加工精度等级与其浸出液吸收峰值之间存在显著的关联关系 ,根
据大米浸出液吸收峰值进行国标内大米加工精度等级的判定 ,判定精度可以达到 9313 %。
关键词 : 大米 加工精度 光谱分析 检测
中图分类号 : TS21212 ; O439
文献标识码 : A
由图 2 可知 ,不同浸出试样在 222～302 nm 之 间有比较稳定的吸光值 ,在 302～324 nm 之间则发 生强烈的吸收并产生吸收峰值 。不同浸出试样的吸 收值有所不同 ,以吸收峰值的差异最为显著 。碾削 时间越长 ,吸收值越小 。表明碾削时间长的稻米 ,由 于其加工精度高 ,稻米表面皮层残留少 ,其浸出试液 中营养成分和灰分的含量相应较低 ,因此 ,吸光值 小 。假定吸光池及溶液中的杂质对各个波长下光线 的反射与折射完全一致 ,且认为在 220～240 nm 波 长范围内试样吸光值的变化主要是由吸光池 、杂质 等因素引起 。以该段吸收值的均值为基准 ,任何引 起数据变动的因素都可以认为是由营养成分的变化
表 3 加工精度预测结果
样本 序号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
碾削时 间/ s 45 45 45 55 55 55 65 65 65 75 75 75 85 85 85
染色法判 定等级 标外 标外 标二 标一 标一 标一 特级 特级 特级 特级 特级 特级 特级 特级 特级
吸光峰值
01582 1 01624 8 01511 4 01321 4 01284 5 01356 7 01274 5 01215 7 01184 5 01157 8 01204 5 01134 5 01114 5 01138 7 01128 6
数值判断
标二 标二 标二 标一 特级 标一 特级 特级 特级 特级 特级 特级 特级 特级 特级
稻米加工精度与稻米的碾白程度高度相关 ,稻 米的碾白程度通常是通过调节碾米机的压力和碾削 时间进行控制 。在固定的碾削压力下 ,碾削时间越 长 ,稻米表面皮层残留量就越少 ,稻米的碾白程度就 越高 ,其加工精度亦越高 。因此 ,实验中 ,采用在固 定的碾削压力下 ,调节碾削时间来获得不同加工精 度等级的大米样品 。 11312 材料预处理与吸光值测定
其他不同加工程度武育粳 13 号稻米样本进行加工 精度预测 。
表 2 中国大米加工精度等级标准的吸收峰值区间
加工精度
品种
相对于基线的峰值
标外 标二 标一 特级
武育粳 13 号 武育粳 13 号 武育粳 13 号 武育粳 13 号
> 0164 0144～0164 0130～0144
< 0130
图 3 基于基线的吸收光谱
育粳 13 号粳稻和扬籼优 26 籼稻两种稻谷 。
实验中所采用的化学试剂包括 :乙醚 ,分析纯 , 南京化学试剂有限公司 ;石油醚 ,分析纯 ,杭州炼油 厂 ;三氯甲烷 ,分析纯 ,南京中东化玻仪器有限公司 ; 环己烷 ,优级纯 ,天津市科密欧化学试剂开发中心 ; 次甲基蓝 ,华东师范大学化工厂 ;曙红 ,上海试剂三 厂 ;硫酸 ,质量分数 98 % ,扬州市九九生物工程有限 公司 ;乙醇 ,分析纯 ,南京宁试化学试剂有限公司 。 1. 2 实验仪器与设备
第 1 期 陈坤杰 等 : 光谱分析检测大米加工精度等级
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而引起 。将图 1 所示吸收曲线的各吸收值减去该基 准值 ,得到基于该基准的吸收值变化曲线如图 3 所 示 。图 3 亦表明 ,不同加工程度稻米浸出试样基于 基线的吸收峰值显著不同 ,因此 ,若以 302～324 nm 波段稻米浸出试样基于基线的吸收峰值为指示参 数 ,可以定量地确定稻米的碾削加工程度 。
等级的评定 ,取算术平均值作为样品的评定结果 ,据 此制定出各精度等级大米的吸光值区间 。最后 ,按 照通用的大米加工工序 , 将碾削时间分别设定为 45 、55 、65 、75 、85 s 进行碾削 , 每个碾削时间重复 3 次 ,制得 5 组 15 份大米样品 。测定其浸出试样的 吸光值 ,根据上述各精度等级大米的吸光值区间 ,判 定其加工等级 ,并与人工染色评定结果进行比较 ,评 价其预测精度 。
图 4 显示 ,经过不同碾削时间处理的稻米样品 , 具有明显不同的吸收峰值区间 。相关性分析证明 , 稻米的碾削时间与其吸收峰值区间之间具有显著的
相关性 ,表明不同加工精度等级的稻米 ,其吸收峰值 区间亦不相同 。
以人工评定小组对不同碾削时间样品的加工等
级Байду номын сангаас行判别 ,结果如表 1 所示 。
表 1 加工精度感官评定结果
3 结论
(1) 大米表面营养物质的含量与其浸出液的光 谱吸收值之间存在着密切的关系 。通过测定大米浸 出液中的营养物质含量 ,可以确定大米的加工程度 从而确定其精度等级 。
根据现行的国家标准 ,稻米加工精度等级主要 是通过加工后稻米表面皮层残留量来判定 。稻米的 营养成分主要有脂肪 、蛋白质 、碳水化合物 、纤维素 。 其中 ,脂肪 、蛋白质 、纤维素和灰分主要集中于稻米 皮层 ,因此 ,稻米皮层中其含量显著高于稻谷胚乳 。
收稿日期 : 2007201215 陈坤杰 南京农业大学工学院 教授 博士生导师 , 200031 南京市 夏建春 常州纺织服装职业技术学院 讲师 , 213164 江苏省常州市
评定人员 序号
1 2 3 平均
40 标二 标二 标外 标二
50 标一 标一 标二 标一
碾削时间/ s
60 特级 标一 特级 特级
70 特级 特级 特级 特级