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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成分的一種天然植物水。根據一些椰子研究機構發現，椰子水中主要含多種氨基酸、維生素、礦物質和蛋白，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地，有因高產量而聞名的文椰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的馬來亞黃矮椰和紅矮椰子中經過篩選培養的新品種，4號是從東南亞引進的香味椰子中篩選改良的。通常椰子在采摘后一周以內的口感是較好的，隨著儲存時間的增加，其中的一些如氨基酸、有機酸、糖、酚類等代謝產物含量就會發生變化，從而影響其風味，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便是使用 BUCHI NIRFlex N500 傅里葉近紅外光譜儀對椰子水進行定性和定量分析。
▲BUCHI NIRFlex N-500 Fiber
實驗內容
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，隨后進行糖含量的測定和近紅外光譜的收集。
在其它指標測定結束后，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，所得光譜用于后續建模分析。
鑒別存儲時間
實驗將存儲在 7 天以內的樣品定為新鮮的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 % 的置信區間下用霍特林統計量 T2 去除建模集中的異常樣品。最終各集合中樣品數量如下表：
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 |
通過結合化學計量學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果：
▲圖1 文椰 2 號 8 個月的存儲時間模型統計
▲圖2 文椰 2 號 10 個月的存儲時間模型統計
▲圖3 文椰 4 號 6 個月的存儲時間模型統計
▲圖4 文椰 4 號 8 個月的存儲時間模型統計
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果如下：
表3 基于 OPLS-DA 建立不同類型椰子水品種的模型結果:
▲圖5 文椰 2 號和 4 號品種鑒別模型統計
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，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，最佳的結果如下：
表4 基于 OPLS-DA 建立不同類型椰子水品種的模型結果：
▲圖6 文椰 2 號和 4 號成熟度識別模型統計
從以上結果不難看出，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%，剩余的應用模型都達到了 100% 的識別水平。近紅外光譜分析在椰子水定性方面展現了十分優異的結果，同時也在水果的快速定性這一應用領域顯露出巨大的潛力。
參考文獻
Foods 2023, 12, 2415. doi.org/10.3390/foods12122415
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