小麥子粒粗蛋白FT—NIRS分析模型建立的初步研究

雷加容　余敖　歐俊梅等

摘 要：采用凱氏定氮法測試了216份小麥子粒的粗蛋白含量，用近紅外儀采集數(shù)據(jù)，選擇113份建立了數(shù)學(xué)模型。結(jié)果：最佳主成分?jǐn)?shù)（Rank）=6，內(nèi)部交叉驗證均方差（RMSECV）=0.377，決定系數(shù)（R2）=96.89。為了驗證模型的可靠性，對預(yù)測集樣品進(jìn)行預(yù)測，結(jié)果粗蛋白的預(yù)測均方差（RMSEP）=0.950，相對偏差（RSEP，%）=8.40。

關(guān)鍵詞：小麥子粒；近紅外光譜；數(shù)學(xué)模型；粗蛋白含量

中圖分類號 S512.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-7731（2015）03-04-22-02

Abstract：Bruker fourier transform near-infrared spectroscopy （FT-NIRS） used 113 seeds to establish math model of crude protein. The result on this model showed that the Rank was 6 and the RMSECV was 0.377 and R2 was 96.89. 54 samples were used to test this model，The result on model validation showed that the RMSEP was 0.950 and the RSEP（%） was 8.40.

Key words：Wheat；FT-NIRS；Math model；Crude protein

近紅外光譜分析技術(shù)具有快速、方便、簡單、準(zhǔn)確以及同時可分析多種成分的優(yōu)點，是一種非破壞性的“瞬間分析”技術(shù)，它能夠為小麥品質(zhì)育種快速和準(zhǔn)確地提供有關(guān)品質(zhì)參數(shù)。目前該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)[1-4]、工業(yè)[5-6]、食品業(yè)[7-8]等行業(yè)，在小麥[9-15]、果蔬[16-18]、油菜種子[19]等不同作物的品質(zhì)檢測中得到了運用。用近紅外光譜法分析小麥子粒粗蛋白含量，難點在于近紅外光譜法要從復(fù)雜、重疊、變動的背景中提取弱信息，建立數(shù)學(xué)模型。而要建立優(yōu)秀的數(shù)學(xué)模型，就需要擁有大量品質(zhì)資源，從大量樣品中選擇代表性樣品，從而建立準(zhǔn)確、穩(wěn)定的數(shù)學(xué)模型。為此，筆者收集了216份小麥子粒樣品進(jìn)行粗蛋白含量的分析，結(jié)果篩選出113份材料初步建立了粗蛋白FT-NIRS分析數(shù)學(xué)模型。

1 材料與方法

1.1 供試材料 小麥子粒樣品216份。

1.2 化學(xué)分析 粗蛋白含量分析：采用凱氏定氮法測試小麥子粒的粗蛋白含量。

1.3 近紅外分析

1.3.1 儀器 近紅外光譜品質(zhì)分析儀為德國Bruker公司MATRIX-I型傅立葉變換近紅外光譜品質(zhì)分析儀。

1.3.2 實驗條件 運用OPUS系統(tǒng)建立模型時，在Measurement狀態(tài)下的Advanced 工作頁選擇參數(shù)如下：Resolution為16cm-1，Sample Scan Time為64，Background Scan為64，Save Date From 為12 000～4 000cm-1，Result Spectrum 為Absorbance。其余工作頁設(shè)定正確的參數(shù)。定量建模算法：偏最小二乘法。

1.4 模型建立 利用OPUS/QUANT軟件優(yōu)化、建立小麥子粒粗蛋白的近紅外分析模型。

2 結(jié)果與分析

2.1 建小麥粗蛋白FT-NIRS定量分析模型的樣品光譜集 小麥子粒樣品的近紅外光譜圖集（圖1）。

2.3 評價校正方程 為了驗證模型的可靠性，對預(yù)測集樣品進(jìn)行預(yù)測（表1），結(jié)果粗蛋白的預(yù)測均方差（RMSEP）=0.950；相對偏差（RSEP，%）=8.40。

3 結(jié)論與討論

（1）用近紅外儀采集數(shù)據(jù)，選擇113份建立了數(shù)學(xué)模型。結(jié)果：最佳主成分?jǐn)?shù)（Rank）=6，內(nèi)部交叉驗證均方差（RMSECV）=0.377，決定系數(shù)（R2）=96.89。為了驗證模型的可靠性，對預(yù)測集樣品進(jìn)行預(yù)測，結(jié)果粗蛋白的預(yù)測均方差（RMSEP）=0.950；相對偏差（RSEP，%）=8.40。

（2）FT-NIRS的方法測定小麥子粒的粗蛋白含量與采用凱氏定氮法測試小麥子粒的粗蛋白含量相比，快速、無損，預(yù)測結(jié)果比較準(zhǔn)確，通過適量的校正樣品建立起來的數(shù)學(xué)模型之后，可快速準(zhǔn)確地測試未知樣品的相關(guān)指標(biāo)，特別適用于大批樣品的分析測定，為FT-NIRS技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)作物育種篩選材料提供了可能。

（3）建模時樣品數(shù)量和樣品代表性直接影響分析結(jié)果。本研究樣品數(shù)量雖有113個來建模，但樣品的代表性方面有待進(jìn)一步完善。

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（責(zé)編：張宏民）