鄭連姬，馮 璨，杜 渝，費(fèi)華熙，周 燦，李 智

（1.重慶食品工業(yè)研究所，重慶 400020；2.重慶市科學(xué)技術(shù)研究院，重慶 401123）

蜂蜜中羥甲基糠醛的近紅外光譜快速測(cè)定方法

鄭連姬1，馮 璨1，杜 渝2，費(fèi)華熙1，周 燦1，李 智1

（1.重慶食品工業(yè)研究所，重慶 400020；2.重慶市科學(xué)技術(shù)研究院，重慶 401123）

為實(shí)現(xiàn)蜂蜜中羥甲基糠醛的快速測(cè)定，利用近紅外（NIR）光譜分析技術(shù)結(jié)合偏最小二乘法（PLS）建立了蜂蜜中羥甲基糠醛的定量分析模型，并進(jìn)行了預(yù)測(cè)。通過光譜掃描，波數(shù)范圍為7706～4009cm-1、一階導(dǎo)數(shù)、norris derivative平滑及10個(gè)因子數(shù)進(jìn)行光譜預(yù)處理，偏最小二乘法（PLS），交叉驗(yàn)證。結(jié)果表明，羥甲基糠醛定量模型的交叉驗(yàn)證相關(guān)系數(shù)（Rcv2）=0.99620、交叉驗(yàn)證均方差（RMSECV）=2.40；預(yù)測(cè)相關(guān)系數(shù)（Rp2）=0.99874、預(yù)測(cè)均方差（RMSEP）=2.02；預(yù)測(cè)值與測(cè)定值之間無顯著差異，該方法適用于蜂蜜中羥甲基糠醛的快速測(cè)定。

蜂蜜，近紅外光譜技術(shù)，羥甲基糠醛

Abstract：The quantitative analysis model of hydroxymethyl furfural（HMF） in honey was built based on near infrared（NIR） spectroscopy technique and partial least squares（PLS） to determine HMF quickly.NIR spectrumswhich wavelength coverage chose 7706～4009cm-1were preprocessed with first derivate（SF），Norris derivative smoothing and ten factors.The model was validated by cross-validation method.Results showed that Rcv2was 0.99620，RMSECV was 2.40，Rp2was 0.99874 and RMSEP was 2.02 in this model.NIR spectroscopy technique was applied to determine HMF quickly since there was no significant deviation between predictive values and determination values.

Key words：honey；near infrared（NIR） spectroscopy technique；hydroxymethyl furfural（HMF）

蜂蜜的成分除了葡萄糖、果糖之外還含有少量的蛋白質(zhì)、氨基酸、維生素、礦物質(zhì)、色素及芳香物質(zhì)[1-2]。蜂蜜有潤(rùn)腸通便，潤(rùn)肺止咳，解毒、醫(yī)瘡、止痛，補(bǔ)中益氣調(diào)和諸藥，提高藥性等功效[3]。羥甲基糠醛（Hydroxymethyl furfural）是衡量蜂蜜質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，反映蜂蜜新鮮程度及加工處理?xiàng)l件的優(yōu)劣[3]，新鮮純正的蜂蜜不含羥甲基糠醛。但隨著貯存時(shí)間的延長(zhǎng)，蜂蜜中的六碳糖，主要是葡萄糖和果糖，在酸性條件下就會(huì)部分脫水生成羥甲基糠醛[1]。蜂蜜加工和貯存溫度能加快羥甲基糠醛生成的速度[4]。當(dāng)蜂蜜中摻入轉(zhuǎn)化糖等物質(zhì)，蜂蜜中也容易產(chǎn)生羥甲基糠醛[1]。此外，蜂蜜還會(huì)因被摻假而含有羥甲基糠醛。利用化學(xué)方法檢測(cè)蜂蜜中羥甲基糠醛周期長(zhǎng)，成本高。近紅外（Near Infrared，NIR）光譜技術(shù)是一種使用簡(jiǎn)單方便、分析快速、不破壞樣品的新型分析技術(shù)，它可以同時(shí)測(cè)定出樣品中的多種化學(xué)成分和物理參數(shù)[5]。國(guó)內(nèi)外已有對(duì)蜂蜜中還原糖[6-8]和水分[7-9]、可溶性固形物含量[9]、蔗糖[8，10]、麥芽糖[11]、酸度[12]、pH[12]、淀粉酶值[7]的紅外檢測(cè)的報(bào)道，本實(shí)驗(yàn)對(duì)蜂蜜中羥甲基糠醛在近紅外區(qū)域的特征吸收進(jìn)行研究，得到其在近紅外特征吸收的波長(zhǎng)范圍，并在此基礎(chǔ)上采用偏最小二乘法（PLS），建立近紅外光譜與蜂蜜中羥甲基糠醛含量的定量模型，以期實(shí)現(xiàn)對(duì)蜂蜜中羥甲基糠醛含量進(jìn)行快速準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

蜂蜜樣本 共99個(gè)，實(shí)驗(yàn)前室溫放置；結(jié)晶蜂蜜 在進(jìn)行光譜采集前置于低于60℃水浴中加熱至晶體完全溶化后冷卻備用。隨機(jī)取70個(gè)樣品作為校正集，其余29個(gè)樣品作為驗(yàn)證集。

Agilent1100高效液相色譜儀 美國(guó)Agilent公司，附紫外檢測(cè)器（DAD檢測(cè)器；ANTARISⅡ傅里葉變換近紅外光譜儀；TQ Analyst軟件 美國(guó)Thermo Nicolet公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 樣品化學(xué)值的測(cè)定 依據(jù)GB/T 18932.18-2003[12]稱取攪拌均勻的10g試樣加10mL甲醇溶解，用水定容至100mL，0.45μm濾膜過濾后，SB-C18柱，高效液相色譜DAD檢測(cè)器測(cè)定97個(gè)蜂蜜樣品中羥甲基糠醛含量為建模標(biāo)準(zhǔn)值及驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)值。

1.2.2 樣品光譜采集 參數(shù)：掃描范圍12，000～4，000cm-1，分辨率為8cm-1，增益2，掃描次數(shù)32次。

采集：樣品攪拌均勻，離心10min去除氣泡，取10g樣品倒入專用玻璃容器內(nèi)，用金箔控制樣品厚度為0.1mm，以空氣為背景，每小時(shí)掃描一次背景，采用透反射方式在約25℃下采集光譜。取掃描3次的平均光譜為樣品原始光譜。每采集完1個(gè)樣品先用自來水洗凈玻璃容器和金箔，再用蒸餾水潤(rùn)洗，然后冷風(fēng)吹干。

2 結(jié)果與分析

2.1 原始光譜及光譜預(yù)處理

圖1為99個(gè)樣品的原始光譜。由圖1可知，樣品原始光譜有差異，但具有相同波長(zhǎng)吸收峰。

圖1 蜂蜜的原始光譜Fig.1 NIR spectrograms of honey

圖2 蜂蜜預(yù)處理后的光譜圖Fig.2 Processed spectrograms of honey

近紅外光譜測(cè)量過程中，經(jīng)常出現(xiàn)光譜偏移或漂移。導(dǎo)數(shù)處理是凈化圖譜較常用的方法，對(duì)光譜數(shù)據(jù)作導(dǎo)數(shù)處理時(shí)，由于噪聲信號(hào)也被放大，因此通常在導(dǎo)數(shù)處理之前需要對(duì)光譜數(shù)據(jù)作平滑處理。本實(shí)驗(yàn)分別在TQ分析軟件自動(dòng)優(yōu)化范圍基礎(chǔ)上優(yōu)化波長(zhǎng)范圍，確定波長(zhǎng)范圍為7706～4009cm-1。在7706～4009cm-1波長(zhǎng)范圍下，一階導(dǎo)數(shù)加Savitzky-Golay濾波（A）、一階導(dǎo)數(shù)加Norris derivative濾波（B）、二階導(dǎo)數(shù)加Savitzky-Golay濾波（C）、二階導(dǎo)數(shù)加Norris derivative濾波（D），4種光譜預(yù)處理方法來比較模型，比較結(jié)果見表1。最終選擇一階導(dǎo)數(shù)加Norris derivative濾波（B）預(yù)處理方法。處理后的光譜，見圖2。由圖2可見，預(yù)處理后的光譜有效地消除了偏移或漂移，降低了光譜之間的差異。

表1 預(yù)處理方法比較Table 1 Comparison of pretreatment methods

2.2 模型的建立與驗(yàn)證

本文利用偏最小二乘法（PLS），10個(gè)因子，以化學(xué)法檢測(cè)的結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)值，建立校正集樣品羥甲基糠醛近紅外光譜數(shù)據(jù)和化學(xué)值的定量模型，通過交叉驗(yàn)證（Cross-Validation）的方法對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證。模型的均方差（RMSEC）=1.38、預(yù)測(cè)均方差（RMSEP）=2.02、相關(guān)系數(shù)（R2）=0.99874；交叉驗(yàn)證均方差（RMSECV）=2.40、交叉驗(yàn)證相關(guān)系數(shù)（Rcv2）=0.99620?；瘜W(xué)值與預(yù)測(cè)值定量模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式為Y=0.997X+0.148（X為化學(xué)值，Y為預(yù)測(cè)值）；定量模型圖，見圖3。

圖3 羥甲基糠醛化學(xué)值與預(yù)測(cè)值近紅外光譜定量模型圖Fig.3 NIR spectroscopy quantitative model diagram of HMF

由圖3可見，樣品比較集中在擬合線附近，模型的預(yù)測(cè)值與化學(xué)值間呈顯著的線性相關(guān)。因此利用近紅外快速分析蜂蜜中羥甲基糠醛是可行的。

2.3 預(yù)測(cè)結(jié)果與評(píng)價(jià)

采用上述模型來預(yù)測(cè)29個(gè)樣品中羥甲基糠醛的含量，預(yù)測(cè)值與化學(xué)值結(jié)果進(jìn)行t檢驗(yàn)中平均值的成對(duì)二樣本分析，分析結(jié)果p值為0.1816＞0.05，表示兩種方法檢測(cè)結(jié)果無顯著性差異（p＞0.05無顯著差異，p＜0.05顯著差異），數(shù)據(jù)與統(tǒng)計(jì)結(jié)果，見表2。因此近紅外快速檢測(cè)方法應(yīng)用于蜂蜜中羥甲基糠醛含量的檢測(cè)是可行的。

3 結(jié)論

本文利用NIR技術(shù)結(jié)合，10因子PLS方法，通過一階導(dǎo)數(shù)（first derivative）加Norris derivative濾波預(yù)處理光譜，建立了蜂蜜中羥甲基糠醛的近紅外光譜定量模型，校正模型的校正決定系數(shù)、交叉驗(yàn)證系數(shù)分別為0.99874、0.99620，均方差分別為RMSEP=2.02、RMSECV=2.40，高效液相色譜法與近紅外檢測(cè)方法p＞0.05，表明該模型可用于蜂蜜羥甲基糠醛的測(cè)定。

表2 蜂蜜羥甲基糠醛含量化學(xué)值和近紅外預(yù)測(cè)值比較Table 2 Honey hydroxymethyl furfuraldehyde content near infrared chemical value and predicted value

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Rapid determination method of hydroxymethyl furfural in honey by near infrared spectroscopy technique

ZHENG Lian-ji1，F(xiàn)ENG Can1，DU Yu2，F(xiàn)EI Hua-xi1，ZHOU Can1，LI Zhi1
（1.Chongqing Food Technology Institute，Chongqing 400020，China；2.Chongqing Academy of Science and Technology，Chongqing 401123，China）

TS207.3

A

1002-0306（2012）16-0089-03

2012-01-10

鄭連姬（1978-），女，碩士，工程師，研究方向：食品工程。

重慶市科技攻關(guān)項(xiàng)目（CSTC，2009AB1173）。