第四章基於近紅外的澱粉含水量的定量分析方法研究
41引言
含水量是澱粉品質的重要指標，其含量直接影響著澱粉的品質，目前國標法測澱粉水分含量是憑借稱量澱粉樣品幹燥後損失的質量，用樣品損失質量占樣品原質量的百分比表示。其測試原理是將樣品放在130～133℃的電熱烘箱內幹燥90min，得到樣品的損失質量。
（1）主要儀器
金屬碟(或稱量瓶)、幹燥箱、幹燥器、分析天平。
（2）操作步驟
金屬碟(或稱量瓶)在130℃下幹燥並在幹燥器內冷卻後，精確稱取碟和蓋子的質量，把(5±025)g經充分混合的樣品倒入碟內並均勻分布在碟表麵上(樣品中不能含有硬塊和團狀物，碟內部盡量最少暴露於外界)，蓋上蓋子迅速精確稱取碟和測試物的質量。將盛有樣品的敞口碟和蓋子放入已預熱到130℃的幹燥箱內，在130～133℃下幹燥90min，然後迅速蓋上蓋子放入幹燥器內，經30～45min後，碟在幹燥器內冷卻至室溫。將碟從幹燥器內取出，2min內精確稱重。
（3）結果計算
澱粉的水分按下式計算：w=m1－m2m1－m0×100%（41）式中w——樣品的水分含量，％；
m0——幹燥後空碟和蓋的質量，g；
m1——幹燥前帶有樣品的碟和蓋的質量，g；
m2——幹燥後帶有樣品的碟和蓋的質量，g。
對同一樣品進行兩次測定，其結果之差的絕對值應不超過平均結果的02％。測定結果應為測定的算術平均值。
從上麵可以了解到國標法測澱粉含水量耗時、費力，而且浪費樣本，因此需要研究一種快速無損的檢測方法。而澱粉中分子在NIR譜區的吸收主要由分子中含氫基團（C-H、N-H、O-H、S-H等）的組合頻和倍頻吸收組成，澱粉水分結構中的O-H對NIR光譜中的合頻信息貢獻較大，其數量反應了澱粉中水分的含量。
因此本研究結合近紅外光譜的優點，基於偏最小二乘法（PLS）建立了澱粉中澱粉含水量的定量分析模型，並分析比較了不同數據預處理方法和不同波長對模型預測能力的影響。
42基於偏最小二乘法的建模方法
421PLS原理
PLS法首先將n個樣品m個組分的濃度矩陣Y=(yiy)n×m,掃描光譜得到n個樣品p個波長點處吸光度矩陣X=(xij)n×p分解成特征向量形式如式42所示。Y=UQ+E
X+TP+E（42）U——n行d列的濃度特征因子矩陣；
T——n行d列的吸光度特征因子矩陣；
Q——d×m階濃度載荷陣；
P——d×p階吸光度載荷陣；
F——n×m濃度殘差陣；
E——n×p吸光度殘差陣。
分解Y和X，建立回歸模型如式43所示。U=TB+Ed（43）Ed——隨機誤差陣；
B——d維對角回歸係數陣。
X為吸光度向量，濃度如式44所示。Y=xUXTBQ（44）422PLS具體算法
一、校準部分
（1）標準化吸光度矩陣X和濃度矩陣Y；
（2）令維數n=0，進行迭代計算後再令n=n+1，U的初始向量設為Y的某列；
（3）求X的權向量Wk如式45所示。WTk=UTX（45）（4）計算t，如式46所示。t=XWTk（46）（5）q為Y的載荷矩陣，如式47所示。q=UTY（47）（6）Y的特征向量U，如式48所示。U=Yqq（48）（7）若t－told>10－6U，轉（3）；否則繼續執行下列程序；
（8）計算X和Y的特征向量t，並且Bk為u的係數，如式49所示。Bk=tTUt（49）（9）P為X的載荷向量，如式410所示。P=tTX（410）（10）計算X和Y的殘差，將其作為新的X和Y，如式411所示。X=X－tp