近紅外光譜對椰子水定性分析
椰子水又稱液體胚乳，是存在于椰子果實中富含營養(yǎng)成分的一種天然植物水。根據(jù)一些椰子研究機構(gòu)發(fā)現(xiàn)，椰子水中主要含多種氨基酸、維生素、礦物質(zhì)和蛋白，其中精氨酸、丙氨酸、胱氨酸和絲氨酸的含量比牛奶中的還要高。因其高營養(yǎng)價值和良好的口感，在近些年的消費市場嶄露頭角，贏得眾多消費者的青睞。
市面椰子水種類繁多，不過國內(nèi)的主要來源還是高株椰子和矮株椰子這兩大類。其中高株椰子是在全球都是廣泛種植的一個品種，矮株椰子由于其椰子水的特殊口感而被市場關(guān)注。通常椰子在 11 至 12 個月成熟，隨著時間的變化，可以分為 6 到 8 個月的嫩椰，9 到 11 個月的熟椰，以及 12 個月以上過熟的椰子。在 8 個月左右椰子中的椰子水的口感是最佳的，太早或太晚都會有酸澀感，主要就是因為這個時期的椰子中水分和糖是椰子水的主要成分，而像有機酸和氨基酸等酸性物質(zhì)的含量普遍偏低。在椰子生長過程中，椰子水也是逐漸填滿椰子腔體內(nèi)部的，等到 11 個月成熟后，其含量又會慢慢減少，此時通過晃動殼體發(fā)出的聲響就能大致判斷椰子的成熟度。但對于未熟透的椰子，目前沒有有效的檢測手段去分析其中成分的變化。
除了椰子生長時間會影響椰子水口感以外，不同椰子品種以及采摘后保存時間同樣對感官評價有著重要作用。我國海南是椰子主產(chǎn)地，有因高產(chǎn)量而聞名的文椰2號到6號五大品種，其中文椰2號和3號分別是從馬來西亞引進(jìn)的馬來亞黃矮椰和紅矮椰子中經(jīng)過篩選培養(yǎng)的新品種，4號是從東南亞引進(jìn)的香味椰子中篩選改良的。通常椰子在采摘后一周以內(nèi)的口感是較好的，隨著儲存時間的增加，其中的一些如氨基酸、有機酸、糖、酚類等代謝產(chǎn)物含量就會發(fā)生變化，從而影響其風(fēng)味，存放超過兩周的椰子水就難以被大眾接受了。暫時也沒有比較有效的方法去判斷椰子水不同品種來源和存儲時間。
近紅外作為一項快速無損的檢測方法，無論是定性鑒別還是定量分析，都能一展拳腳。今天和大家分享的一篇文獻(xiàn)便是使用 BUCHI NIRFlex N500 傅里葉近紅外光譜儀對椰子水進(jìn)行定性和定量分析。
▲BUCHI NIRFlex N-500 Fiber
實驗內(nèi)容
同年同季采摘的文椰 2 號 8 個月、文椰 2 號 10 個月、文椰 4 號 6 個月和文椰 4 號 8 個月分別有 198 個，77 個，63 個和 206 個。每天從 2 號 10 個月與 4 號 6 個月中隨機取三個樣，從 2 號 8 個月和 4 號 8 個月中隨機取五個樣，首先進(jìn)行可溶性固形物和 pH 的快速檢測，剩余樣品保存在液氮中，隨后進(jìn)行糖含量的測定和近紅外光譜的收集。
在其它指標(biāo)測定結(jié)束后，將樣品水浴平衡至室溫，然后在同一天用 NIRFlex N500 光纖探頭測量加熱至 35 ℃ 的 1mL 樣品 3 次，每次測量掃描 32 次，光譜范圍10000 – 4000 cm-1，所得光譜用于后續(xù)建模分析。
鑒別存儲時間
實驗將存儲在 7 天以內(nèi)的樣品定為新鮮的F級，將存儲超過兩周的樣品定為久放的A ji，將每天的 5 個隨機選取的 2 號 8 個月和 4 號 8 個月中的 3 個樣品，以及每天 3 個隨機選取的 2 號 10 個月和 4 號 6 個月中的 2 個樣品分到校正集，剩余樣品分到驗證集。通過 PCA 在 95 % 的置信區(qū)間下用霍特林統(tǒng)計量 T2 去除建模集中的異常樣品。最終各集合中樣品數(shù)量如下表：
表1 定性分析樣品集合劃分情況：
NO.2-8M | NO.2-10M | NO.4-6M | NO.4-8M | |
校正集 | 97 | 35 | 27 | 98 |
驗證集 | 65 | 19 | 14 | 68 |
通過結(jié)合化學(xué)計量學(xué)方法對上述樣品的存儲時間建立模型，各類椰子水的模型和結(jié)果分別由 表2 和 圖1 到 圖4 所示：
表2 基于 OPLS-DA 建立不同類型椰子水的存儲時間模型結(jié)果：
▲圖1 文椰 2 號 8 個月的存儲時間模型統(tǒng)計
▲圖2 文椰 2 號 10 個月的存儲時間模型統(tǒng)計
▲圖3 文椰 4 號 6 個月的存儲時間模型統(tǒng)計
▲圖4 文椰 4 號 8 個月的存儲時間模型統(tǒng)計
鑒別品種
考慮市場實際需求，樣品從文椰 2 號和 4 號中生長時間均在 8 個月且新鮮程度為F級的樣品，其中校正集有 49 個，驗證集有 31 個樣品，經(jīng)過相同處理檢測到 1 個校正集中的異常值，剔除后建立的模型結(jié)果如下：
表3 基于 OPLS-DA 建立不同類型椰子水品種的模型結(jié)果:
▲圖5 文椰 2 號和 4 號品種鑒別模型統(tǒng)計
鑒別成熟度
過熟的樣品通過簡單的物理晃動就能夠分辨，并且利用價值不高。實際需求往往是要在成熟之前分辨樣品的成熟狀態(tài)，從而鑒定其感官價值。因此實驗針對文椰 2 號和文椰4號分別選擇 47 個和 48 個樣品建模，15 個和 16 個樣品驗證，最佳的結(jié)果如下：
表4 基于 OPLS-DA 建立不同類型椰子水品種的模型結(jié)果：
▲圖6 文椰 2 號和 4 號成熟度識別模型統(tǒng)計
從以上結(jié)果不難看出，對椰子水的存儲時間、品種和成熟度的定性鑒別都取得了比較理想的結(jié)果，除了文椰 2 號 8 個月和文椰 4 號 8 個月的存儲時間判斷中分別有 3 個和 2 個誤判，其模型的總體識別率在 95% 和 97%，剩余的應(yīng)用模型都達(dá)到了 100% 的識別水平。近紅外光譜分析在椰子水定性方面展現(xiàn)了十分優(yōu)異的結(jié)果，同時也在水果的快速定性這一應(yīng)用領(lǐng)域顯露出巨大的潛力。
參考文獻(xiàn)
Foods 2023, 12, 2415. doi.org/10.3390/foods12122415
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