采用近红外技术分析糖汁用于甘蔗的收购计价

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1、采用近红外技术分析糖汁用于甘蔗的收购计价陈继红赵武善（广东丰收糖业有限公司调丰糖厂计量检测办）（福斯中国有限公司近红外技术部）摘要近红外技术由于其快速，准确，几乎不需样品制备的优点，在谷物与食品分析领域已有多年的应用，在制糖工业，近年来国内外许多糖厂亦采用这种技术执行按质论价的甘蔗收购体系。从1999-2000榨季开始，我公司引进近红外分析对甘蔗糖份快速分析并进行计价，提高了生产效率并获得良好经济效益。本文介绍了甘蔗糖份分析定标的建立过程，从样品收集，定标建立到定标验证、升级，以更有效的利用NIR完成大量日常样品分析。关键词：甘蔗分析近红外定标建立定标升级长期以来，由于传统分析

2、技术的局限性，按质论价的原料的收购体系在我国甘蔗制糖企业一直没有真正建立，甘蔗收购也一直沿用按重量（吨蔗）的收购计价方式，蔗农也因此一味追求高产量，轻质量[1]。低质量甘蔗来料大大增加了糖厂的生产消耗，以我厂为例，从94-99年，我厂连续5个榨季平均糖份仅为11.28%,制糖成本高居不下，96年至98年几个榨季连续亏损。近红外技术由于其快速，准确，很少需要样品制备的特点，正越来越被国外制糖企业采用，并进行按质论价收购[2]。从1999年我厂引进近红外技术以来，甘蔗糖粉逐年提高，从11.50提高到12.05,这大大提高了我厂的生产效率并获得良好的经济收益。近红外光谱属于分子光谱的

3、研究范畴，它介于电磁波谱的800-2500nm,主要是分子中C-H,O-H,N-H,S-H等化学键的组频吸收带和倍频吸收带。同传统的分析相比，近红外光谱具有快速、准确、几乎不需样品制备等优点，因而在谷物、食品分析领域有广泛的应用[3]。从二十世纪八十年代以来，近红外技术开始被制糖领域所采用，目前已用于制糖过程的各种样品分析包括蔗汁，破碎蔗，蔗渣、原糖，成品糖，国外已见报道的主要测试指标包括锤度，糖度，色度，浊度、粒度、固形物等。采用近红外分析的前提是建立合理的定标，以蔗汁定标为例，近红外定标建立和使用过程如图1所示。定标的合理性决定了近红外分析准确度和安全性。合理定标建立主要受

4、以下两方面因素影响：1．参与定标样品的代表性。即定标集样品应尽量覆盖日后分析样品的变异范围，因此这就需要在收集不同品种，不同成熟度，不同地域的样品。2．传统分析方法的准确度。传统分析数据的准确度在很大程度上决定了近红外分析的准确度，因此定标样品化学分析时都必须进行平行样品分析，以保证结果的准确度。3．近红外光谱的处理方式和定标技术图1.近红外定标流程样品收集与制备从99年初仪器安装后，收集不同品种，不同产地，包括火炬农场、幸福农场、南光农场、金星农场样品。蔗车到达地秤后，经采样机取样。采样机采样管以45o角插入蔗车内，每车采集样品约10公斤，采集样品经撕裂、破碎后，取约2000

5、g破碎蔗样品进行压汁。压榨汁不需澄清，过滤，直接进行近红外扫描，并保存各扫描光谱，然后将制备样品包括蔗汁和蔗渣交送化学分析实验室进行分析。化学分析的指标包括蔗汁锤度、糖度、纯度和甘蔗含糖份。3个月期间，共获得样品1078份。参比分析方法：采用《甘蔗制糖化学管理分析方法》,中国轻工业总会甘蔗糖业质量监督检验中心编。仪器设备l甘蔗破碎机：湛江农垦第一机械厂生产，型号为SU-500x600,转鼓转速1460r/min,转鼓规格：Ф500x600l榨汁机：湛江农垦第一机械厂生产，工作压力22.5Mpa,甘蔗样容量：1kgl近红外系统采用丹麦福斯Foss公司生产的Model5000型糖汁

6、分析仪，扫描范围为1100-2500nm,样品台模块为液体如糖汁，糖蜜，果汁等专门设计，检测方式为透射测量，光程1mm,所使用检测器材料为PbS硫化铅。近红外工作通过ISI软件控制，扫描过程具体操作为，先将样品光纤探头擦拭干净，然后进行参比（空气）扫描，参比扫描结束后，取蔗汁40-50ml于塑料制小烧杯中,将样品放在杯架上，此时光纤探头浸入到样品中然后检测并包存其光谱。蔗汁扫描光谱见图2.数据处理由于1820-2120nm存在较大吸收水峰，并波动较大，这将严重干扰定标，所以定标中需将此段光谱信息删除。从2300-2500nm，由于光纤在此波段噪音较大，定标中此波段的信息也将被剔

7、除。为提高光谱的质量，还需对光谱进行数学处理。利用1100-1820nm;2200-2300nm波段信息，首先对选定区断进行散射处理，处理技术为SNV+Detrend标准正常化处理技术和去偏异技术；然后对光谱做一阶导数处理，每隔4个波点同时做平滑。数学处理后的光谱采用改进最小二乘法MPLS建立定标，最佳主成分项由内部交叉验证获得。交叉验证分组数为4。定标参数甘蔗汁糖度、锤度定标参数见表1表1甘蔗汁糖度、锤度定标成分定标样品个数平均浓度最小浓度最大浓度定标误差定标相关系数交叉验证误差交叉验证相