張欣，唐月異，胡東青，王秀貞，吳琪，孫全喜，王志偉，宋國(guó)生，石程仁，殷冬梅，王傳堂

(1. 山東省花生研究所，山東 青島 266100；2.青島出入境檢驗(yàn)檢疫局，山東 青島 266002；3.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，河南 鄭州 450002)

花生是世界上主要的經(jīng)濟(jì)作物、蛋白質(zhì)來(lái)源和油料作物，其脂肪酸品質(zhì)不僅會(huì)影響其產(chǎn)品的貨架期，而且與人體營(yíng)養(yǎng)健康密切相關(guān)[1]。芥酸是一種對(duì)人體有害的脂肪酸，不僅營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較低，而且難以被消化吸收，過(guò)量食用會(huì)對(duì)機(jī)體造成一定的影響。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，食用芥酸含量過(guò)高的菜籽油會(huì)引起心肌脂肪沉淀并導(dǎo)致心肌脂肪代謝障礙[2，3]；對(duì)心臟病患者的調(diào)查研究表明，心臟病患者體內(nèi)若是每天積累一些芥酸，會(huì)使機(jī)體的心血管功能超負(fù)載，加重心肌脂肪的沉積，從而危害到身體健康[4]。2003年，澳大利亞食品標(biāo)準(zhǔn)就設(shè)定了人體每天攝入的芥酸上限為500 mg[5]。芥酸主要存在于菜籽油中，在花生中含量少乃至低于檢測(cè)限，因此過(guò)去甚少關(guān)注。但有資料表明，不少阿根廷高油酸花生樣品芥酸含量偏高，其脂肪酸占比可超過(guò)0.3%，有的甚至高于0.4%[1]，若用這樣的花生原料榨取食用油，無(wú)疑會(huì)超出國(guó)標(biāo)推薦許可范圍(0.3%)[6]。由于不同花生品種間芥酸含量的差別較大，加強(qiáng)對(duì)花生中芥酸含量的檢測(cè)和培育低芥酸乃至無(wú)芥酸的花生品種是極為重要的。

芥酸傳統(tǒng)測(cè)定方法有碘量法、氣相色譜法等，成本高、費(fèi)時(shí)間、有一定破壞性，不利于花生低芥酸育種的開(kāi)展。而近紅外技術(shù)具有成本低、無(wú)損、快速等優(yōu)點(diǎn)，且已應(yīng)用于油菜、玉米、大豆、芝麻等多種作物的品質(zhì)改良[7-10]，在花生上也已成功建立了能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)油酸、脂肪、蛋白、蔗糖、水分含量等的近紅外模型[11-15]，但有關(guān)花生芥酸含量的近紅外模型迄今未見(jiàn)報(bào)道。本研究旨在建立花生種子芥酸含量近紅外模型，以用于花生無(wú)芥酸育種以及榨油和食品企業(yè)對(duì)原料花生質(zhì)量的控制，為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)健康的花生產(chǎn)品提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

構(gòu)建芥酸含量近紅外模型的花生樣品和用于模型檢驗(yàn)的外部樣品見(jiàn)表1。隨機(jī)挑選第36、55、65、68、69號(hào)樣品為外部檢驗(yàn)樣品，其余67份樣品用于構(gòu)建芥酸含量模型。所有樣品花生種子均為自然風(fēng)干。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 光譜采集 建模所用光譜數(shù)據(jù)在德國(guó)布魯克光譜儀器公司生產(chǎn)的Matrix-Ⅰ型傅立葉變換近紅外光譜儀上采集。掃描譜區(qū)范圍4 000～12 000 cm-1，掃描次數(shù)64次，分辨率8 cm-1。開(kāi)機(jī)預(yù)熱30 min后檢測(cè)樣品。光譜采集時(shí)每份材料約30～50粒，重復(fù)掃描3次。

1.2.2 芥酸含量測(cè)定 按 GB 5009.168-2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中脂肪酸的測(cè)定》[16]中的內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行花生芥酸含量的氣相色譜測(cè)定。

表1 試驗(yàn)所用花生樣品

1.2.3 模型構(gòu)建與優(yōu)化 光譜處理和模型構(gòu)建采用Matrix-Ⅰ型近紅外光譜儀自帶的OPUS 5.5軟件，用NIR選項(xiàng)自動(dòng)尋優(yōu)，采用內(nèi)部交叉驗(yàn)證剔除奇異點(diǎn)，選擇最佳光譜預(yù)處理辦法、最佳譜區(qū)、維數(shù)，并作進(jìn)一步驗(yàn)證。通過(guò)比較樣品預(yù)測(cè)值與化學(xué)值的決定系數(shù)(R2)和根均方差(RMSECV)衡量模型質(zhì)量，篩選最佳模型。所建模型的驗(yàn)證采用外部交叉驗(yàn)證，即隨機(jī)挑選驗(yàn)證樣品，然后利用DPS 14.50數(shù)據(jù)分析軟件對(duì)樣品的預(yù)測(cè)值和化學(xué)值進(jìn)行配對(duì)t測(cè)驗(yàn)分析，根據(jù)分析結(jié)果來(lái)判斷模型的可靠性。

2 結(jié)果與分析

2.1 花生樣品近紅外光譜采集

本研究所采集的各花生樣品自然風(fēng)干多粒種子的近紅外光譜見(jiàn)圖1，符合花生種子近紅外光譜典型特征。

2.2 花生樣品芥酸含量的化學(xué)值

67份花生種子的芥酸含量如表2所示。芥酸含量均值為0.0904%，變異范圍為0～0.2329%，變異系數(shù)66.2971%(表3)。表明建?；ㄉ鷺悠方嫠岷孔兎^大，可用于近紅外光譜分析模型的構(gòu)建。

圖1 花生樣品的近紅外掃描光譜

表2氣相色譜法測(cè)得67份花生種子芥酸含量化學(xué)值

表3 花生種子芥酸含量化學(xué)值相關(guān)統(tǒng)計(jì)參數(shù) (%)

2.3 近紅外模型建立

經(jīng)NIR自動(dòng)優(yōu)化處理，并經(jīng)多次內(nèi)部交叉檢驗(yàn)除掉奇異點(diǎn)，得到自然風(fēng)干花生種子芥酸含量的最佳光譜預(yù)處理方法為“消除常量偏移法”，譜區(qū)范圍為 4 242.8～11 980.2 cm-1，維數(shù)為10，模型的決定系數(shù)(R2)為80.08，根均方差(RMSECV)為0.0238(圖2)。

注：橫坐標(biāo)為真值即化學(xué)值，縱坐標(biāo)為預(yù)測(cè)值。

2.4 預(yù)測(cè)效果驗(yàn)證

取前述5份外部檢驗(yàn)花生樣品，對(duì)模型預(yù)測(cè)效果進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果如表4所示。芥酸含量預(yù)測(cè)值與化學(xué)值的偏差為-0.0185%～0.0174%，值較低。將預(yù)測(cè)值與化學(xué)值進(jìn)行成對(duì)數(shù)據(jù)t測(cè)驗(yàn)，結(jié)果表明兩組數(shù)據(jù)的均值差為0.0035，自由度為4，t檢驗(yàn)值為0.0139

3 結(jié)論

作為一種新興技術(shù)，近紅外光譜分析技術(shù)因其無(wú)損、快捷、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，在作物成分檢測(cè)及食品品質(zhì)安全等領(lǐng)域已進(jìn)行了較多的研究及應(yīng)用。花生也建立了關(guān)于油酸、亞油酸、棕櫚酸、蛋白質(zhì)、蔗糖、水分含量等品質(zhì)指標(biāo)的近紅外模型[11-15]，但是關(guān)于花生中芥酸含量的近紅外模型尚未見(jiàn)報(bào)道。

本研究通過(guò)對(duì)花生自然風(fēng)干種子芥酸含量的測(cè)量，探討了基于近紅外光譜技術(shù)的花生種子芥酸含量快速無(wú)損檢測(cè)的可行性，并建立了相關(guān)預(yù)測(cè)模型。該模型的最佳光譜預(yù)處理方法為“消除常量偏移法”，維數(shù)是10，決定系數(shù)為80.08，根均方差為0.0238。5份外部檢驗(yàn)樣品預(yù)測(cè)值與化學(xué)值成對(duì)數(shù)據(jù)t測(cè)驗(yàn)顯示，預(yù)測(cè)值與化學(xué)值結(jié)果相近，兩組數(shù)據(jù)間差異不顯著。這說(shuō)明模型質(zhì)量尚可，也證明通過(guò)近紅外光譜分析技術(shù)預(yù)測(cè)花生中芥酸含量具有可行性。盡管模型還存在一定的誤差，但為花生低芥酸品質(zhì)遺傳改良和原料花生質(zhì)量控制提供了方便、快捷的檢測(cè)手段。之后將通過(guò)補(bǔ)充樣品數(shù)據(jù)，不斷完善模型。