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使用傅里叶变换红外光谱预测小麦面粉的组成

期刊:Food ControlDOI:10.1016/j.foodcont.2022.109318

类型a

Camelia Maria Golea, Georgiana Gabriela Codină 和 Mircea Oroian 是本研究的主要作者,他们分别来自罗马尼亚苏恰瓦斯特凡·塞勒马尔大学食品工程学院和“Mihai Cristea”植物遗传资源库。该研究发表在《Food Control》期刊上,文章编号为109318,出版日期为2022年8月28日。

本研究的学术背景主要涉及小麦面粉成分分析领域。传统的小麦品质分析方法通常需要大量样品和时间,并可能破坏样品。因此,研究人员希望开发一种快速、无损的方法来分析小麦面粉的成分。傅里叶变换红外光谱(FT-IR)作为一种快速定量和定性食品分析方法,具有替代传统食品分析技术的巨大潜力。本研究旨在通过标准方法分析不同品种小麦面粉的理化特性,并将其与先进的FT-IR技术进行比较。

研究包括多个程序。首先,收集了70种小麦样品,其中包括4个单粒小麦(Triticum monococcum)样品、10个斯佩耳特小麦(Triticum aestivum ssp. spelta)样品和其余的普通小麦(Triticum aestivum ssp. aestivum)样品。所有样品均在实验田中种植。其次,对小麦样品进行了多项理化特性测试,包括水分、灰分、蛋白质、湿面筋、沉降指数、pH值、酸度、脂肪、淀粉、降落值、损伤淀粉和谷蛋白图参数拉伸和松弛等。这些测试采用了多种标准方法,如ICC 110/1(水分)、ICC 104/1(灰分)、凯氏定氮法(蛋白质)等。此外,使用FT-IR光谱仪(Nicolet IS-20)在衰减全反射(ATR)模式下获取小麦面粉的FT-IR光谱,波数范围为4000到650 cm−1,分辨率为4 cm−1。数据处理和分析采用Unscrambler X软件进行基线校正、归一化、一阶导数、二阶导数、SNV和MSC预处理,并使用偏最小二乘回归(PLS-R)预测理化参数。

研究的主要结果表明,不同小麦品种之间的理化特性存在显著差异。例如,蛋白质含量在普通小麦、斯佩耳特小麦和单粒小麦之间有显著差异(P < 0.001),分别为9.8–16.4%、14.9–15.2%和11.5–16.9%。湿面筋含量也显示出类似的趋势,单粒小麦最高(31.3%),其次是斯佩耳特小麦(30.99%)和普通小麦(28.16%)。FT-IR光谱结合PLS-R分析的结果与标准方法获得的结果非常接近。在所有情况下,校准步骤中的回归系数均高于0.964,验证步骤中的回归系数均高于0.749。对于蛋白质、面筋、淀粉、降落值(FN)和单位损伤淀粉(UCDC)预测,相对误差预测(REP)低于10%,性能偏差比(RPD)高于3,而水分含量预测未能达到这两个条件。

本研究得出结论,ATR-FTIR光谱结合光谱预处理模型可以成为评估小麦质量的有效工具。研究的科学价值在于提供了一种快速、无损的方法来分析小麦面粉的成分,其应用价值在于可以广泛应用于食品工业,特别是面包制作行业。重要意见包括:古代小麦品种(如单粒小麦和斯佩耳特小麦)在矿物质含量方面优于普通小麦;FT-IR光谱结合化学计量学可以广泛应用于谷物研究。

本研究的亮点包括:首次系统地比较了不同小麦品种的理化特性;开发并验证了基于FT-IR光谱和PLS-R分析的快速预测模型;发现了古代小麦品种在蛋白质、湿面筋、脂肪、灰分和酸度方面的优势。此外,研究还详细介绍了FT-IR光谱的采集和数据分析流程,为后续研究提供了参考。

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