基于D-葡萄糖为显色标准物的棉糖色度定量法

买合布热提古丽·艾尼瓦尔，贾丽霞

（新疆大学纺织与服装学院，新疆乌鲁木齐 830046）

原棉中的糖分包括单糖和低聚糖。单糖来自棉株，主要有葡萄糖和果糖，低聚糖由棉铃吐絮后被昆虫取食形成［1-2］，主要有蔗糖、海藻糖和松三糖［3-5］等。单糖自身具有还原性，低聚糖在酸性条件下才可水解成还原性单糖。棉糖定量检测方法有ISO/DIS 18068—2014《棉纤维 糖含量的试验方法 分光光度法》、GB/T 16258—2018《棉纤维含糖试验方法 分光光度法》［6］等，多以D-果糖作为显色标准物，利用还原糖与3,5-二羟基甲苯发生显色反应后的吸光度计算棉糖含量［7］。为克服分光光度法线性拟合波动性大的缺点，本研究建立一种基于色度参数的主成分定量法［8］，以D-葡萄糖作为显色标准物，采用多色度参数指标综合评价的主成分分析法表征原棉含糖量。

1 实验

1.1 试剂与仪器

试剂：D-葡萄糖、D-果糖（质量分数大于等于99%，分析纯，天津市致远化学试剂有限公司），3,5-二羟基甲苯（分析纯，天津市天新精细化工开发中心），硫酸（1.84 g/mL，分析纯，天津市富宇精细化工有限公司），脂肪醇聚氧乙烯醚（工业级，广州金瑞鹰生物科技有限公司），棉样1（石河子棉花所西五地），棉样2（博乐乌图布拉格镇机场博州农业开发中心），棉样3（玛纳斯实验站）。

仪器：Ultra Scan PRO 色度仪（美国Hunter Lab 公司），DDS-307 紫外-可见分光光度计（上海仪电分析仪器有限公司），DZKW-D-1 恒温水浴锅、HS.Z68.5电热蒸馏水器（北京永光明医疗仪器有限公司），CP153电子天平（上海菁海仪器有限公司）。

1.2 标准溶液的配制

D-葡萄糖标准溶液、D-果糖标准溶液：按GB/T 16258—2018配制。

1.3 测试

色度：参照GB/T 8424.1—2001《纺织品 色牢度试验表面颜色的测定通则》用色度仪测定［9］，用SPSS 22.0、Origin8.0软件处理与分析参数［10-12］。

2 结果与讨论

2.1 色度线性拟合方程

由图1 可知，D-葡萄糖用量与b*、C、L*、T 和K/S值均呈现较强的线性关系，且拟合方程的斜率都比D-果糖大。以K/S 值为例，D-葡萄糖和D-果糖的K/S值斜率差值为1.25。以D-葡萄糖作为显色标准物可增加实验的灵敏度和可靠性。另外，a*、X、Y、Z 和h 也具有类似的线性关系。

图1 b*、C、L*、T 和K/S 值的线性拟合方程

2.2 色度参数相关性

由表1 可知，D-葡萄糖和D-果糖对称矩阵的所有相关性系数都大于0.900，说明色度参数相关性很强。当系统设定的显著性水平为0.05 时，根据方差分析的F 检验原则，色度参数间的Sig.（显著性）取值均小于0.05，说明相应色度参数间影响显著。

表1 5 个色度参数的相关性矩阵与显著性检验结果

由表2 可以看出，D-葡萄糖对称矩阵除了a*与L、K/S 值相关性系数低于0.500 外，其他色度参数间的相关性系数都大于0.500；D-果糖对称矩阵的相关性系数都大于0.500。

表2 10 个色度参数的相关性矩阵

2.3 主成分F 模型的建立

根据主成分分析［8］，主成分F 模型可以分别表达为D-葡萄糖和D-果糖10 个色度参数的线性组合，公式分别为：F10D-葡萄糖=0.108L*+0.065a*-0.108b*-0.108C+0.109X+0.108Y+0.108Z+0.109h+0.108T-0.104×K/S 值；F10D-果糖=0.104L*+0.089a*-0.104b*-0.104C+0.104X+0.104Y+0.104Z+0.104h+0.104T-0.100×K/S 值。以含糖量变化的主成分F 值为纵坐标、原棉含糖量为横坐标，拟合出的线性方程如图2 所示。经过拟合，主成分F10D-葡萄糖和F10D-果糖与含糖量呈现线性关系，F10D-葡萄糖拟合方程的斜率较大，二者斜率差值为0.126。包含与色度参数有关的所有信息，可降低依靠其中某单一色度参数进行检验的波动性。

图2 主成分F10D-葡萄糖与F10D-果糖模型线性拟合

2.4 参数的选择与建模的影响

为了检验参数选择对模型的影响，采用相同的建模方法，选用L*、b*、C、T 和K/S 值5 个色度参数进行验证，公式分别为：F05D-葡萄糖=-0.204L*+0.202b*+0.201C-0.204T+0.199×K/S 值；F05D-果糖=-0.204L*+0.202b*+0.202C-0.204T+0.198×K/S值。主成分F05D-葡萄糖和F05D-果糖随含糖量变化的拟合线性方程见图3。与图2 相比，F05D-葡萄糖和F05D-果糖表现出相同的主成分数目、线性拟合规律以及数据选择的影响；无论是正相关还是负相关，D-葡萄糖用量与色度参数间拟合方程的斜率都比D-果糖大，二者斜率差值为0.119，但拟合出的线性方程斜率符号正好相反。

图3 主成分F05D-葡萄糖与F05D-果糖模型线性拟合

2.5 实证研究

棉样1、2、3的色度参数如表3所示。

表3 棉样1、2、3 的色度参数

将棉样的平均色度参数分别代入F10D-葡萄糖和F05D-葡萄糖公式，得到F 值（60.688 842、-36.567 657）后再代入相应的线性模拟方程，可得到模型的棉样含糖量（0.025 5、0.027 5），2 个建模方法一致性较好，斜率差值为0.659。

3 结论

（1）与D-果糖类似，D-葡萄糖用量与b*、C、L*、T和K/S 值均呈现较强的线性关系。无论是正相关还是负相关，D-葡萄糖拟合方程的斜率都比D-果糖大。另外，a*、X、Y、Z 和h也具有类似的线性关系。

（2）以D-葡萄糖作为显色标准物，分别建立基于5个色度参数或10个色度参数的棉糖主成分模型，实证结果表明建模方法的一致性较好，二者斜率的差值为0.659。