摘要：目的：建立可用于鑒別湖北京山喬米的紅外指紋圖譜。方法：分析湖北8種不同地域的大米的紅外指紋圖譜。結(jié)果：湖北京山喬米具有獨特而穩(wěn)定紅外指紋圖譜。結(jié)論：建立的湖北京山喬米紅外指紋圖譜可為其科學(xué)評價與品質(zhì)鑒定提供新技術(shù)，可用于湖北京山喬米的品質(zhì)及工藝控制。

關(guān)鍵詞：湖北京山喬米 紅外光譜 指紋圖譜

中圖分類號：TS262.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-5336（2015）06-0000-00

中國的大米加工生產(chǎn)，有著悠久的發(fā)展歷史和龐大的產(chǎn)業(yè)規(guī)模；但長久以來，因為國人品牌塑造理念的落后，使得國內(nèi)消費者長期以來都認(rèn)為大米為同質(zhì)產(chǎn)品，全國保持著相似購買價格行為特征；隨著改革開放的深入，人們的物質(zhì)生活日益豐富，大米放開了價格，國家逐步把優(yōu)質(zhì)大米—泰國香米、日本天價貢米引入國門，大米的價格巨大差異化擺到了國人的面前；導(dǎo)致優(yōu)質(zhì)的大米與普通的大米的價格存在很大的差異。這樣優(yōu)良大米品質(zhì)的檢驗及工藝的創(chuàng)新也己提到了糧食加工的議事日程上來了。

湖北京山喬米，作為全國享有盛名的優(yōu)質(zhì)大米在我省已有數(shù)十年的歷史，獲得過全國農(nóng)產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)金獎[1]。湖北京山喬米現(xiàn)己列于全國優(yōu)質(zhì)大米之列；京山大米因采用先進(jìn)的機器視覺加工生產(chǎn)工藝而具有獨特的質(zhì)感和豐富的蛋白質(zhì)，以“米粒飽滿、蛋白質(zhì)高、直鏈淀粉含量適中”而在國內(nèi)糧食銷售市場享有盛名。但是長期以來受原始的加工工藝及檢測技術(shù)的制約，京山大米的質(zhì)量控制仍然依賴大米品控人員的視覺及感觀、如觀察米粒飽滿度和檢測蛋白質(zhì)含量來對大米品質(zhì)進(jìn)行定性鑒定[2]。而品控人員在對大米品質(zhì)進(jìn)行品鑒時往往受光線、氣候、品鑒時的身體狀況等主客觀因素的影響，使檢測的結(jié)果不準(zhǔn)確。

紅外光譜分析方法是近年來國外食品興起的一種新興檢測方法；紅外光譜分析檢測法是鑒定固態(tài)合成物及其結(jié)構(gòu)的重要辦法之一，該辦法具有操作簡便，對樣品要求低，無論是固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)物質(zhì)還是純物質(zhì)、混合物，有機物或者無機物都無需預(yù)處理就能進(jìn)行檢測分析。且相比單純色譜技術(shù)，紅外光譜檢測技術(shù)因易于通過計算機在線分析和對樣品無損傷的優(yōu)點，因此廣泛應(yīng)用于石化、食品、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域[3]。較之單純色譜技術(shù)更有利于通過計算機便于在線分析，對樣品無損傷。紅外光譜特征的明顯差異在一定程度上反映了大米化學(xué)成分的差異，可用來評價大米的真實性及產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。紅外指紋圖譜一是系統(tǒng)性，即圖譜所反映的化學(xué)成分應(yīng)包括大米有效部位所含大部分或指標(biāo)成分的全部；二是特征性，即紅外指紋圖譜中反映的化學(xué)成分信息具有高度選擇性，這些信息的綜合結(jié)果，將能反映指定區(qū)域的大米的真?zhèn)闻c優(yōu)劣，成為大米自身的“化學(xué)條碼“；三是重現(xiàn)性，指所建立的紅外指紋圖譜在指定的方法與條件下，不同的操作者和不同的實驗室都能得到相似的指紋圖譜，其誤差應(yīng)在允許范圍內(nèi)，也是作為食品檢驗標(biāo)準(zhǔn)方法所必備的特征之一[4]。近年來，國外報刊多次提及，在西方國家，紅外光譜技術(shù)已逐步應(yīng)用于大米加工中的品質(zhì)檢測、品質(zhì)監(jiān)控等領(lǐng)域，在定量與定性分析中發(fā)揮著重要作用。本文嘗試運用紅外光譜分析技術(shù)和聚類物分析方法對湖北不同地域的大米進(jìn)行比較研究，并在此基礎(chǔ)上建立湖北京山喬米紅外指紋圖譜為京山喬米在生產(chǎn)中的栽培方式和深加工工藝的選擇提供理論基礎(chǔ)，從而為京山大米生產(chǎn)企業(yè)不斷改進(jìn)湖北京山喬米的生產(chǎn)加工工藝，提升其產(chǎn)品品質(zhì)，增強市場競爭力提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 材料與使用的主要儀器

本次實驗使用的儀器主要有：上海電子儀器廠生產(chǎn)的電熱鼓風(fēng)干燥箱，賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司生產(chǎn)的電子天平， 德國布魯克公司設(shè)計與生產(chǎn)的傅立葉紅外光譜儀（Bruker TENSOR27），100B型超聲波清洗器（江蘇昆山市超聲波儀器有限公司）；上?？坪銓崢I(yè)發(fā)展有限公司生產(chǎn)的FZ102植物粉碎機（ FZ-102）。

原料與試劑：本文收集湖北地區(qū)8種不同晚稻作為實驗檢測樣本，8種晚稻品種和采集地域見表1所示；江西洪都生物化學(xué)限公司生產(chǎn)的無水乙醇（AR）；溴化鉀（光譜純）。

1.2 留樣準(zhǔn)備及紅外光譜測定及分析

（1）留樣制備過程；將30g待測標(biāo)準(zhǔn)大米樣品放置在電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)40 ℃ 下干燥至恒重。將干燥處理后待測大米放入粉碎機內(nèi)粉碎 90 s，過 160 目篩（ 孔徑 0.0084 mm），干燥密閉容器內(nèi)保存?zhèn)溆?。?）留樣紅外圖譜測定；傅立葉紅外光譜儀開機預(yù)熱30分鐘后，取待檢測晚稻樣品粉末和溴化鉀（光譜純）按照每克樣品1：200g/ml充分混合后置于瑪瑙研缸內(nèi)，在紅外燈照射下研磨2-4分鐘后，對研磨好的混合物進(jìn)行粉碎處理。利用MATRIX-I 型傅立葉變換近紅外光譜儀對壓片處理后的混合物進(jìn)行測試。該MATRIX-I 型紅外光譜儀光譜范圍分辨率為4cm-1，波數(shù)范圍：4000～400 cm-1，掃描時排除H2O和CO2干擾后的頻率32次/秒，測量方式為利用漫反射積分球和樣品旋轉(zhuǎn)器對樣品進(jìn)行漫反射和紅外掃描分析。樣品測量溫度條件為24～ 27 ℃，濕度為40% ～ 50%。

1.3 研究方法

（1）精密度實驗[5]；取同一地區(qū)的大米樣品按照上文樣品紅外圖譜測定方法粉碎后連續(xù)5次進(jìn)行重復(fù)掃描測試，并用 OPUS Version 分析軟件對掃描的5張大米紅外光譜圖進(jìn)行比較分析。（2）穩(wěn)定性試驗[6]；取同一地區(qū)的大米樣品按上文留樣的紅外圖譜測定方法粉碎后連續(xù)測定6次，每次測試時間間隔為1h，采用 OPUS Version分析軟件比較6次測試的內(nèi)外紅外光譜圖，發(fā)現(xiàn)6張紅外光譜圖譜高度相似。（3）重復(fù)性實驗；本文取同一地域的5份大米樣品按照上文樣品紅外圖譜測定方法粉碎后連續(xù)5次進(jìn)行重復(fù)性掃描測試實驗，以保證實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性，采用OPUSVersion分析 軟件對5張掃描的紅外光譜圖進(jìn)行比較。

2 實驗過程與數(shù)據(jù)分析

2.1 實驗過程考察

（1）精細(xì)度實驗；利用 OPUS Version 分析軟件對同一地域的5份大米紅外光譜圖進(jìn)行對比分析，發(fā)現(xiàn)5張紅外光譜圖呈現(xiàn)高度的相似性，圖譜間的相關(guān)系數(shù)分別為0.9964、0.9987、0.9968、0.9983和0.9985，RSD為1.79%。這充分表明本試驗儀器精確度良好。（2）穩(wěn)定性試驗；利用OPUS Version 分析 軟件對5h內(nèi)同一地域的大米6張紅外圖譜進(jìn)行對比分析，發(fā)現(xiàn)6張紅外圖譜相關(guān)系數(shù)分別為0.9999、0.9998、0.9996、0.9989和0.9984，RSD為1.68%。這充分表明本試驗所用的方法具有良好的穩(wěn)定性。（3）重復(fù)性試驗；利用OPUS Version 分析 軟件對5張紅外光譜圖進(jìn)行對比分析，發(fā)現(xiàn)5張紅外光譜圖間相關(guān)系數(shù)依次為1.0000、0.9990、0.9982、0.9888和0.9851，RSD為1.72%。這充分表明本試驗所用方法重復(fù)性良好。

2.2 不同地域的大米紅外指紋圖譜分析

利用德國布魯克公司提供的OPUS Version 分析 軟件對本次試驗所有樣品紅外圖譜進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后存入計算機圖譜庫。基于不同地區(qū)樣品紅外圖譜相似程度不高，特征非常明顯。為了消除樣品個體差異的影響，利用計算機對8批不同地區(qū)的大米樣品紅外圖譜進(jìn)行平均化處理后；作為指紋圖譜存入計算機數(shù)據(jù)庫。利用計算機對平均化處理后的8個不同地區(qū)大米樣品進(jìn)行快速比較，并與標(biāo)準(zhǔn)圖譜進(jìn)行比對，計算二者相似度。通過計算機對 8 批不同地域的大米的紅外光譜圖譜進(jìn)行數(shù)據(jù)平均后所得到的紅外指紋圖譜不同地區(qū)的大米紅外圖譜表明：大米樣品圖譜在3658.2cm-1處存在強且寬的吸收帶，具有明顯的羥基的特征峰，說明大米中存在著羥基。該吸收帶的形成是由大米中的蛋白羥基、其他羥基和吸收水分中游離和締合的羥基共同作用振動所引起的。圖譜在3125.8 cm-1附近存在吸收峰，且通過歸屬，依據(jù)相關(guān)知識，我們判斷本吸收峰應(yīng)為CH3的碳?xì)洳粚ΨQ化合物振動所致。本處峰形較陡，說明大米中存在著與苯環(huán)相連的甲氧基和甲基。圖譜在2410.98cm-1和1842.7 cm-1處的吸收峰都通過了歸屬，對照標(biāo)準(zhǔn)化圖譜，我們判斷這兩處吸收峰形成依次為水和二氧化碳振動和酰胺的伸縮振動所致。此外，圖譜在1842.7 cm-1處的吸收峰通過歸屬，判斷應(yīng)為 C = C 芳環(huán)的伸縮振動而形成吸收峰；圖譜1438.42cm-1處的吸收峰通過歸屬，分析應(yīng)為蛋白族在 CH3 和酚羥基上的C - H 彎曲振動所致；圖譜1242.0cm-1處吸收峰通過歸屬，判斷為苯羥基和羥酸類中 C = O 鍵的伸縮振動和 OH 內(nèi)變形振動所形成；圖譜1242.8cm-1和1142.8cm-1兩處吸收峰通過歸屬，判斷皆為酚的特征吸收為C - O - C 的伸縮振 動；1210.5 cm-1 附近的吸收峰通過歸屬，判斷為C-H 面外彎曲振動。需要指出的是波數(shù)3264.2cm-1的吸收峰為水分子吸收峰，可以忽略。一般而言，紅外測定過程中，樣品的水分含量對粉碎后顆粒度的大小、形狀及其分布存在非常顯著的影響，導(dǎo)致樣品光譜發(fā)生變化，最終影響其檢測結(jié)果。此外，樣品顆粒度的差異將直接影響樣品對紅外光的吸收和散射，從而導(dǎo)致光譜的變異。綜上所述，紅外圖譜表明，京山喬米中含有豐富的蛋白質(zhì)、氨基酸 、脂類、直鏈淀粉等物質(zhì)，這與以前文獻(xiàn)報道一致。

3 結(jié)語

通過以上實驗得知，單個大米的紅外光譜可看出作多個單分子純成份的疊加，并不需要對各個峰值作出確切歸屬，只要在紅外光譜區(qū)域的某一波數(shù)處雙方有一方有明顯吸收，而另一方則無吸收；或者某一波數(shù)處雙方吸收峰的強度和形狀有明顯差異，其紅外指紋光譜就有顯微差別，這樣就可得出鑒定結(jié)論；對其大米品質(zhì)進(jìn)行定性分析。

本文利用傅立葉紅外光譜分析法對湖北京山喬米進(jìn)行紅外光譜檢測。通過對湖北 8 組不同地域的大米樣品的紅外圖譜進(jìn)行分析與研究。紅外指紋圖譜特征顯示，在波數(shù) 3215.3、2943.4、2660.9 、1843.5、1852.2、1968.9、1739.0、1546.9、1236.8cm -1 均有吸收，其中波數(shù) 3215.3cm-1的吸收峰為水分子吸收峰，可以忽略。所有京山喬米樣品相似度均在97%上，紅外圖譜特征明顯，反映出該品種質(zhì)量較為穩(wěn)定。該研究初步建立了湖北京山喬米的紅外指紋圖譜，可以作為其品質(zhì)檢測、品質(zhì)監(jiān)控的依據(jù)。

本文利用傅立葉紅外光譜分析法對湖北不同地域大米進(jìn)行紅外光譜檢測；可以得出結(jié)論；不同地域的大米都有其獨特的紅外指紋光譜特征，說明紅外光譜分析法有較高的鑒別價值；只要大米的質(zhì)和量，保護(hù)相對穩(wěn)定，紅外指紋光譜就有一定的客觀性和重復(fù)性；通過對大米提取物的紅外光譜檢測，發(fā)現(xiàn)其紅外光譜的峰強和峰位有明顯差異，這樣可以根據(jù)紅外圖譜的相似度，對大米的品質(zhì)進(jìn)行質(zhì)量控制。

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收稿日期：2015-03-02

作者簡介：李世顒（1993—）男，湖北武漢人，武漢輕工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院本科在讀，學(xué)生，研究方向：食品生產(chǎn)與加工工藝。