利用近红外光谱仪快速测定大豆磷脂丙酮不溶物的研究

◎ 佟 馨，李万平，高 健，李洁艳，闫军剑，周万祥，贾海军，董 华

（1.中粮油脂控股有限公司，北京 102209；2.中粮东海粮油工业（张家港）有限公司，江苏 张家港 215633）

大豆磷脂是大豆原油脱胶工序的副产品，脱胶混合物经水洗、真空干燥加工而成。成品磷脂呈黄色黏稠状、亲水性，长期暴露于空气中颜色会逐渐变深，质地变硬[1]。成品磷脂主要由磷脂酰胆碱、磷脂酰肌醇、磷脂酰乙醇、糖脂、碳水化合物等物质组成[2]，通过监控丙酮不溶物含量的高低，体现磷脂的纯度。

为保证大豆磷脂的品质，实验室通过监控在线磷脂丙酮不溶物的含量调整生产工艺，得到不同浓度的成品磷脂。因国标法检测丙酮不溶物含量周期长，不能实时指导工艺调整。而利用近红外光谱扫描法，实现3 min 内完成丙酮不溶物含量测定，提高了生产效率，实现了磷脂工艺的实时调整。同时，降低了化学试剂的消耗量，起到了废液减排目的，确保环保、安全、准确、可靠[3]。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器设备

大豆磷脂取自中粮东海粮油工业（张家港）有限公司生产线；丙酮（分析纯）。

傅里叶变换近红外光谱仪PerkinElmer Spectrum3；真空泵；抽滤瓶；G3 玻璃砂芯坩埚；分析天平（精度0.000 1 g）；烘箱。

1.2 实验方法

1.2.1 饱和丙酮溶液制备

取1 g粉状磷脂于1 000 mL磨口瓶中，加入1 000 mL丙酮，在0 ～5 ℃冰水浴浸泡2 h，约15 min 摇动一次，约2 h后，用快速滤纸过滤，滤液于0～5 ℃冷藏，备用。

1.2.2 丙酮不溶物的检测

《饲料添加剂 大豆磷脂》（GB/T 23878—2009）中4.6 丙酮不溶物的测定是将烧杯、玻璃棒、坩埚在烘箱中烘至恒重，称取混匀试样约2.0 g 于已恒重的烧杯中，加饱和丙酮溶液约30 mL，用玻璃棒对试样进行搅拌和碾压，2 min 内使试样大部分油溶出，迅速进行抽滤，不要将颗粒状不溶物带入坩埚，继续用饱和丙酮溶液反复洗滤，直至无油残迹，用玻璃棒将坩埚内沉淀物搅松，放入烘箱中烘干30 min，取出冷却至室温称量，直至恒重，进行结果计算[4]。

1.2.3 近红外测量原理

近红外定量分析方法是二级方法，利用化学计量学方法将近红外光谱与实验室分析数据进行关联，建立近红外模型对未知样品进行预测[5]。

1.2.4 近红外光谱采集条件

将PerkinElmer Spectrum 3 近红外光谱仪的加热样品温度设定为50 ℃，使用8 mm 的透明玻璃管，在10 000 ～4 000 cm-1进行扫描。所有背景和样品光谱均在光谱分辨率为8 cm-1的条件下扫描64 次[6]。

2 结果与分析

2.1 采集模型数据

《饲料添加剂 大豆磷脂》（GB/T 23878—2009）中规定丙酮不溶物≥55.0%，通过化学法测得大豆磷脂丙酮不溶物结果，磷脂的建模样品结果为50.47%～69.24%，平均值为60.55%，标准差为2.20%，变异系数为3.63%。变异系数较小，代表性较强，此批数据可用在近红外光谱模型的构建中。

2.2 建立预测模型

将化学值输入模型内，选择“留一法交叉验证”，在选择“PLS1 算法”，进行光谱预处理设置，“基线校正”通常选择一阶求导，降噪半宽点数6，校正后即可得到初始模型结果，即方差（R2）为95.707 9，验证标准差（SEP）为0.775 4，交叉验证为0.922 6，平均属性值为60.55%。根据仪器建模要求，初始模型的方差越接近于100%，SEP 和交叉验证越小，回归模型的定量分析结果越准确。

由图1 中可知，建立模型的数据具有较好的线性关系，相关性显著，这说明建立的大豆磷脂丙酮不溶物含量的近红外预测模型是可行的。

图1 丙酮不溶物建模数据分散图

2.3 样品扫描光谱图

直接对验证样品进行近红外快速扫描，测得的大豆磷脂的近红外光谱图如图2 所示。

图2 大豆磷脂样品近红外扫描光谱图

2.4 模型的验证

随机抽取东海成品磷脂样品90 个，分别利用国标法和扫描法（建立的模型上进行扫描）检测丙酮不溶物含量，结果见表1。

表1 两种方法测定丙酮不溶物含量结果分析情况表

由表1 可知，国标法与扫描法测得结果的最大相对偏差为4.95%，所有样品相对偏差均符合国家标准《饲料添加剂 大豆磷脂》（GB/T 23878—2009）中规定相对偏差≤5%的要求，相对偏差趋势图见图3。

图3 预测值相对偏差结果对比图

将国标法和扫描法用配对实验的方法进行两样本t检验，得到t值为0.205，小于t值分布表中t0.05=1.987，故国标法和扫描法测定结果是一致的，无显著性差异，此预测模型可用于大豆磷脂的丙酮不溶物指标的检测。

3 结论

本文探索了大豆磷脂中丙酮不溶物的快速检测方法，经研究快速扫描法可代替传统国标法检测，检测周期从2 h 降低到3 min，对指导磷脂生产工艺实时调整具有一定价值。通过本文研究，后期可以进一步尝试利用近红外光谱技术进行其他指标的开发。