鱼粉中肉骨粉含量的近红外反射光谱分析 牛智有 韩鲁佳 苏晓鸥 杨振海 【摘要】 收集了 112 个鱼粉和 34 个肉骨粉样品,在鱼粉中掺入不同比例 (5%~60% ) 的肉骨粉, 制备了 163 个样本。应 用偏最小二乘 (PLS) 定标方法, 在 8678.10~ 4250.34 cm - 1 波数范围内, 采用变量标准化 (SNV)、7 点平滑和一阶导数对 光谱进行预处理,建立了鱼粉中肉骨粉含量的 NIRS 定量分析模型。定标集真值与 NIRS 定标模型预测值之间的决定系 数 R 2 和标准差 RMSEC 分别为 0.9529 和 3.22,相对分析误差 RPD 为 4.798。验证集真值与 NIRS 预测值之间的决定系 数 r 2 及标准差 RMSEP 分别为 0.9668 和 2.68,相对分析误差 RPD 为 5.484。结果表明, 利用 NIRS 分析技术可准确地 检测鱼粉中肉骨粉含量。 关键词: 鱼粉 肉骨粉 近红外反射光谱 偏最小二乘 引言 鱼粉是主要蛋白质饲料原料,其中氨基酸含量丰富且 配比合理,在饲养、养殖行业中起着不可替代的作用。由 于鱼粉品质好、用量大、价格高,因此鱼粉掺假现象日趋 严重。据资料统计,从最近 4 年受检的鱼粉镜检统计结果 来看,进口鱼粉平均掺杂率为 27.5% ,而国产鱼粉平均掺 杂率竟高达 73.5% [1] 。肉骨粉 (meat and bone meal,简称 MBM ) 作为动物性蛋白质饲料原料,因其中骨骼及结缔 组织的含量较大,且含有较多血、蹄角及毛发等物,虽然 蛋白质含量高,但其利用率较低。另外由于“疯牛病”的 传播,世界各国政府纷纷作出限制或禁用肉骨粉的各种管 理规定,因此肉骨粉从其品质和市场价格上和鱼粉是无法 比拟的。为了降低生产成本,牟取暴利,一些鱼粉加工企 业、经销商、饲料生产企业在鱼粉中掺杂肉骨粉,以次充 好,不仅扰乱了市场秩序 , 侵害了消费者的利益,同时也 造成一定的隐患。因此,寻求一种快速、有效的检测方法 显得非常重要。 本研究利用近红外反射光谱快速检测分析技术,研究 建立鱼粉中肉骨粉含量的定量快速检测方法,对于加大饲 料质量监督检测力度,促进饲料产品质量水平的提高,确 保饲料安全,防止“疯牛病”在我国蔓延,具有重要的现 实意义。 1 材料与方法 1.1 样本的制备 收集鱼粉样品 112 个,其中国产 87 个,分别来自山 东、辽宁、浙江、河北等省鱼粉加工厂或饲料生产企业; 进口 25 个,分别来自秘鲁、智利、俄罗斯、美国等国家。 肉骨粉样品 34 个,其中国产 28 个、进口 6 个。用电子分 析天平 (AB204-E 型 ) 准确称量,在鱼粉中掺入不同比例 (5%~60% ) 的肉骨粉,共制备 163 个试验样本,并以鱼粉 中掺入肉骨粉的比例作为样本的真值,真值范围为 5%~ 60% ,平均值为 32.23% ,标准偏差 SD 为 15.45%。 利用高速万能粉碎机 (FW 135 型 ) 粉碎样品,使之全 部通过 1mm 标准筛孔,并混合均匀。 1.2 近红外反射光谱仪及参数设定 热电公司生产的 Antaris 360N 型傅里叶变换近红外反 射光谱仪:光源为钨卤灯,检测器为铟镓砷 ( InGaAs) , 带漫反射积分球附件和旋转式石英样品池 ( 内径 5cm ) , 标准陶瓷片作为参比。 近红外光谱仪参数设定: 扫描范围 10000~4000 cm - 1 , 扫描次数 32 次,采样间隔 3.857 cm - 1 , 分辨率 8cm - 1 。 1.3 异常样本的判别方法 采用偏最小二乘 PL S 算法和留一全交互验证法 (cro ss-validation) 对全部样本光谱进行异常值检验。光谱和化 学值异常 (oulier) 分别采用光谱杠杆值 ( leverage) 和学生 残差 ( residual) 两个统计量 [2] , 光谱杠杆值的阈值设为各样 本平均影响值的 2 倍 , 如果大于该阈值,则可判断该样本 光谱异常。学生残差的阈值设为样本平均值的 3 倍,大于 该阈值意味着该样本化学值异常。光谱和化学值均异常的 样本为“特异”样本,从样本集中剔除 [3] 。 1.4 近红外分析模型的定标方法 采用 PLS 法建立 NIRS 定标模型,以定标集决定系数 (R 2 ) 和标准差 (RM SEC)、交互验证决定系数 (1-VR) 和交 互验证标准差 (RM SECV)、验证集决定系数 ( r 2 ) 和标准 差 (RM SEP) 作为衡量定标模型质量优劣的指标 [4-5 ] ,显 然各项决定系数越大,标准差越小,表明模型的定标效果 越好,预测精度越高。用相对分析误差 RPD 对定标模型 的定标效果和预测精度进行进一步验证 [6] 。如果 RPD> 3, 则说明定标效果良好,预测精度高,所建立的 NIRS 定标 模型可用于实际检测; 如果 2.5 < RPD < 3,说明用 NIRS 分析技术对该成分进行定量分析是可行的 , 但其预测精度 有待于进一步提高; 如果 RPD< 2.5, 则说明该组分难以进 行 NIRS 定量检测分析 [ 7 ] 。 2 结果与分析 2.1 样本近红外反射光谱 图 1 为鱼粉和肉骨粉的近红外反射光谱。从图中可 以看出,鱼粉和肉骨粉的光谱吸收主要集中在 7000~4000 cm -1 波数范围内,大约在 6667、5782、5152、4869、 4601、4333、4260cm -1 有强烈的吸收峰,并且两者的光谱 十分相似。 新应用New Application