国家标准粮油检验小麦粉蛋白质含量的测定近红外方法编制说明

文档来源为:从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持.国家标准粮油检验小麦粉蛋白质含量的测定近红外方法编制说明粮油检验小麦粉蛋白质含量的测定近红外方法国家标准编制小组二八年十月八日1.工作简况（包括任务来源、协作单位、主要工作过程、国家标准主要起草人及其所做工作等）1.1 项目背景和来源随着世界人口在不断增长，粮食、食品问题已经成为全球性的问题。我国更是一个人口大国，粮食问题直接关系到每个人的生存质量和国家的稳定发展。而粮食的种植、储藏、销售、加工和食用等每个环节都需要对成分含量进行监测和控制。由于粮食、食品对人类生活的巨大影响，国外早在十九世纪就开始对其成分进行分析。原始检测方法包括重量分析法、体积分析法等等。传统的化学方法存在太随意、耗时、昂贵、危险(污染)、占用试验室空间等问题。当今粮食、食品、饮料等行业飞速发展，对原材料品质、中间产品质量及最终成分检测的要求越来越迫切。传统的化学分析方法己无法满足工业上高速增长的快速、低成本、高效率的分析要求。近红外分析方法(NIR)是近年来在粮食质量测定中作为迅速、简便、非破坏性 检 测 发 展 起 来 的新 技 术，它 是 利 用 粮 食 中 某 一 成 分在 近 红 外 谱 段 中（700nm 2500nm）对特定波长近红外光能量与其含量有等比吸收的原理。近年来，我国粮食和农业部门引进了世界各国多种型号近红外分析仪，使我国近红外文档来源为:从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持.应用技术迅速发展，在农产品质量控制上发挥了一定作用。近红外分析方法自二十世纪七十年代被美国确定为非破坏检测粮食水分、蛋白质、脂肪的标准方法以来，在美国、法国、丹麦、瑞典、日本、澳大利亚等农业发达国家已经将NIR检测装置作为小麦、大麦和稻谷蛋白质证明的认定基准装置。实践验证，近红外分析仪不仅可以为生产企业的品质控制提供直接快速的信息，使生产企业能够及时调整生产工艺，而且近红外光谱分析仪在粮食质量检测中充分体现了它快速、准确、节省人力物力等优点。多年来，粮食检验部门和加工企业陆续购置了不少近红外分析仪器，但是由于缺乏标准的支撑，近红外分析技术在粮食检验机构一直未能得到真正应用。为了规范近红外光谱仪的使用，确保测定结果的可靠性，使各级检测部门、研究机构及厂家在使用近红外光谱分析仪时有标准方法可依据。通过近红外粮食质量检测系列标准的建立，将为粮食质量保证体系提供良好的技术支撑。根据国家标准化管理委员会 关于下达 2007 年第四批国家标准制修订计划的通知（国标委计 200785 号）的要求，项目编号为-T-449 的粮油检验小麦粉粗蛋白含量的测定近红外方法国家标准由河南工业大学粮油标准化研究所主持本标准的编制起草工作。1.2 本标准制定主要工作过程本标准重点研究了AACC、ICC、ISO 等关于近红外测定小麦或谷物方法的标准，同时研究了国内有关近红外测定方法的标准。严格界定近红外测试小麦粉粗蛋白的适用范围，避免与其他标准交叉，使其具有更加科学的指导意义。在综合研究结果的基础上，确定了粮油检验小麦粉中粗蛋白含量的测定近红外方法 的编制原则，编制了粮油检验小麦粉中粗蛋白含量的测定近红外方法(征求意见稿)标准文本及其编制说明，在全国粮油标准化委员会秘书处和粮油储藏及流通技术工作组的协助下，先后于2007 年 11月和 2008 年 3 月和5 月召开了三次研讨会，并广泛征求国内外近红外仪器厂商（代理商）和用户的意见，根据反馈意见汇总修改，形成了本粮油检验小麦粉粗蛋白含量的测定近红外方法（征求意见稿）。2.国家标准编制原则和确定国家标准主要内容（如技术指标、参数、公式、性能要求、实验方法、检验规则等）的论据（包括试验、统计数据），修订国家标文档来源为:从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持.准时，应增列新旧国家标准水平的对比2.1标准编制原则本标准的制定以适应我国市场经济和粮食流通体制改革的总趋势为总体要求，以满足市场发展的的需要，立足国内，面向世界，逐步与国际接轨，有利于提高粮食产品质量，促进粮食产业的升级和产品结构的调整，为企业和“三农”服务为原则。确保标准的统一性、科学性、系统性、实用性。2.2 确定国家标准主要内容的论据2.2.1 参考标准：本标准修改采用美国谷物化学家协会AACC Method 39-11.Near-Infrared Reflectance Method for Protein Content in Whole-Grain Wheat 进行编制，同时参考了AACC Method 39-10.Near-Infrared Reflectance Method for Protein Determination in Small Grains和USDA Near-Infrared Transmittance Handbook(NIRT)等标准和操作指南。2.2.2 标准规范内容：AACC Method 39-11标准方法仅规定了定标和测试步骤，但与我国标准化工作导则（GB/T 1.1）的有关规定无论在结构还是规范性技术要素方面都有相当的不同。按照GB/T 20000.2-2001 标准化工作指南第2部分：采用国际标准的规则的规定，本标准确定采用修改采用的方式重新起草。由于本标准属于分析方法标准，编制小组又按照 GB/T 20001.4标准编写规则第4部分：化学分析方法的规定，在本标准中增加了结果计算及表示、精密度及试验报告的要求。2.2.3 采标问题：鉴于AACC Method 39-11标准方法的结构与我国 GB/T 1.1标准的要求相差甚远，本标准对其内容的补充较多，加上根据需要有选择地增添了部分内容，所以本标准不能等同采用国际或国外标准，只能修改采用。2.2.4 技术指标的设定：依据资料报道并参照有关标准的规定，同时考虑国产近红外分析仪生产技术以及定标模型的稳定性，确定了有关技术参数的要求。如参照 GB/T 5511 和 ISO 20483：2006的规定确定了重复性和再现性的参数，参照ICC RECOMMENDATION No.202 Procedure for Near Infrared(NIR)Reflectance Analysis of Ground Wheat and Milled Wheat Products 规定了仪器中对微型计算机的要求，参照ISO 20483：2006 规定了试验报告的内容等。2.2.5 部分性能要求的确定：本标准中对仪器性能的要求在与在编的粮食文档来源为:从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持.近红外分析网络定标模型验证和维护通用规则国家标准相协调的前提下，对AACC Method 39-11标准方法中有关仪器的要求进行了一定程度的修改。2.2.6 标准的结构：本标准的结构、技术要素及表述方法是按照GB/T 1.1-2000 标 准化 工 作 导则第 1部 分：标 准的 结 构 和 编 写规 则 和GB/T 20001.4-2001 标准编写规则第4部分：化学分析方法规定的要求进行编写。3.主要试验（或验证）的分析、综述报告，技术经济论证，预期的经济效果3.1 主要验证数据的分析：由于近红外光谱中每一条谱带的吸光度都不尽想同，因此在大多数情况下，近红外光谱定量工作需要和其他分析方法或标准物对照，以得到精确的测量数据。红外光谱定量分析校准的方法很多，主要有如下几种:1)化学分析法。2)核磁共振法，使用 1H 的核磁共振波谱仪测量，其各谱线的强度与对应的H 原子数目成正比，因此可得到绝对的测量结果。3)放射性同位素，在测量共聚物的组分比时，可以合成某些带有 14C 标记单体(一般为乙烯)的共聚物。这种共聚物的绝对组分比可由放射性测量决定。用这种方法所测得的数据是很准确的。4)均聚物的混合物，经常应用一定配比的均聚物的混合物作为测量共聚物组分比的绝对标准。这是一种很简单的方法，但有时不够准确。在粮食、油料的一般成份分析中，蛋白质、脂类、碳水化合物和灰分是基本成份的近似分析。多年来，人们不断的应用新的技术，从多方面开发、研究适合于各种粮食油料的快速、准确的测定方法，测定蛋白质的方法虽然很多，一般是根据蛋白质的理化特性来进行定量的方法，这些方法大致可分为:1)利用蛋白质共性的方法，如凯氏法;2)利用蛋白质中含有特定氨基酸残基的方法，例如:酚试剂法、紫外光谱吸收法、色素结合法等。但是，各种测定方法的对比方法仍然是普遍使用的凯氏定氮方法。所以很久以来凯氏法一直被作为蛋白质定量的标准方法(GB/T5511-1985)。无容置疑，近红外光谱定量分析小麦粉蛋白质校准的方法依然应采用凯氏定氮的化学分析方法。3.1.1 有关资料报道郑咏梅等 2002 年通过对 13001860 nm的近红外区域的小麦粉光谱数据,采用多元线性逐步回归法,选用不同波长间隔的数据参与回归。根据相关系数的高低,剔除无用波长的信息,选出少数几个波长,进行多元线性回归,建立了少参量数学模型。应用该模型对小麦粉蛋白质含量进行近红外分析,得到较好的结果。文档来源为:从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持.对未知样品蛋白质浓度的测量偏差较小,预测的标准差分别为0.3840 和 0.3314,最大残差为 1.0。3.1.2 有关验证数据2002年 6 月国家粮食局标准质量中心组织了近红外仪器的考核，参加考核的仪器厂家有瑞典波通公司、丹麦福斯公司、美国帝强公司、德国布鲁克公司、德国布朗-卢比公司。各公司均提供三台近红外分析仪，对全国各地的 60份小麦样品进行了测定，结果见表1。表 1 近红外仪器测定小麦粗蛋白结果由表 1 可以看出，5 种型号的仪器中最大台间差的标准偏差为0.19%，最小为 0.08%，均不超过 0.2%。说明本标准确定的再现性标准偏差不大于0.3%是合适的。2007年 3 月，根据我国小麦生产以及产量分布情况，采用加权的方法共采集小麦样品 432 份，经分样，分送一组样品供选定的实验室依据国家标准化学方法测试样品的水分、粗蛋白等指标含量，确定样品的化学值。同时，经网上公告的方式征集近红外厂商提供仪器进行现场测试。参加小麦验证试验的近红外仪器厂商有瑞典波通公司、丹麦福斯公司、瑞士步崎公司、日本静冈公司等四家企业的六台近红外分析仪。由于参加验证的企业多数提供一台仪器，所以本次验证只针对重复性和相关性进行，所得数据见表2.表 2 小麦蛋白质（干基）验证参数范围样品数最大值最小值仪器编号重复性(SDs)验证相关系数低范围402 14.9 10.1 10.1190.914高范围30 17.3 15.0 0.1040.617低范围402 14.9 10.1 20.1230.912仪器编号绝对误差标准偏差最大台间差极差平均值标准偏差平均值标准偏差平均值标准偏差平均值标准偏差10.340.200.0980.0490.180.100.270.1320.180.200.0920.0290.120.0770.280.08532.10.320.160.0840.250.190.430.2243.70.440.220.0720.300.160.640.2050.270.210.200.0560.350.0940.560.16文档来源为:从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持.高范围30 17.3 15.0 0.1010.514低范围402 14.9 10.1 30.1020.892高范围30 17.3 15.0 0.0850.617低范围402 14.9 10.1 40.0820.901高范围30 17.3 15.0 0.0820.603低范围401 14.9 10.1 50.0820.877高范围30 17.3 15.0 0.0790.628低范围402 14.9 10.1 60.3510.871高范围30 17.3 15.0 0.3660.621由表 2 可以看出，6 台参加验证仪器的定标模型基本涵盖了我国小麦常见品种的含量范围，且具有较高的相关系数。本次验证，小麦样品粗蛋白质含量范围为10.1%17.3%，多数处于15.0以下。从表 2 可以看出：（1）当蛋白含量处在低范围（15.0%以下）时，6 台仪器的预测值与化学值的相关系数均比高范围时的相关系数高；（2）15 号仪器的重复性无论是在低范围还是在高范围（大于15.0%）均符合本标准关于“当蛋白质含量在 15%以下时，SD应不大于 0.2%，当蛋白质含量在15%以上时，SD应不大于 0.4%”的重复性要求，只有6 号仪器当蛋白质含量在15%以下时，SD超出了规定的要求。从表 2 可以看出，利用近红外光谱技术测定小麦粉蛋白质含量是可行的，与常规化学分析测量结果之间的相关系数均较高，个别仪器的重复性较差，可能需要完善、更新定标模型。3.3 技术经济论证，预期的经济效果3.3.1 技术论证：近红外光谱技术无论是在国外还是国内都已经得到了广泛的应用。从国际上来看，国际组织或农业发达国家均有相关的近红外光谱法检测粮食品质的标准。因此将该技术方法制定为我国粮食品质检测的快速分析方法可行的。近红外光谱方法不需要任何化学试剂，测定速度非常快（每个样品的测定时间小于 2min），且普通化验人员只需简单培训即可进行操作，与标准化学方法相比，使用近红外方法可以为使用单位节省大量的人力和物力，并且更符合环保的文档来源为:从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持.要求。长期使用经济效益非常可观。3.3.3 预期的经济效果：根据表 3 我们可以看出，如果分别利用标准化学方法和近红外法对100 份小麦样品的水分和粗蛋白质含量进行分析，近红外方法与标准化学方法（按目前较先进的凯氏定氮仪来计算，消化炉每次能处理40 个样品，每个样品都为双试样检测）相比，检测时间至少可以节省20 个小时左右；检测费用可以节省2960元左右。通过计算我们可以看出，近红外分析仪主要是一次性投资，如果长期使用近红外分析仪，做的样品越多经济效益就越明显。表 3 标准化学方法与近红外方法的经济效益比较比较内容标准化学方法近红外方法的使用费用时间水分含量的测定2 小时/个粉状样品小于 2 分钟/个粉状样品8 个小时/个整粒样品小于 2 分钟/个整粒样品粗蛋白质含量的测定4 个小时/个样品小于 2 分钟/个样品总费用水分含量的测定平均约 10 元/个样品约 0.2 元/个样品粗蛋白质含量的测定平均约 20 元/个样品约 0.2 元/个样品4.采用国际标准和国外先进标准的程度，以及与国际、国外同类标准水平的对比情况，或与测试的国外样品、样机的有关数据对比情况本标准根据 AACC Method 39-11:1999重新起草。为了便于使用，本标准做了下列编辑性修改:为了与我国现有标准的系统性相一致而改变了标准名称；按 GB/T 1.1标准化工作导则第1部分:标准的结构与编写规则 和GB/T 20000.2-2001标准化工作指南第2部分：采用国际标准的规则的规定，在不影响标准比较的前提下，改变了部分文本结构，将AACC Method 39-11:1999 中第1章“目的”调整为本标准的第4章“原理”；将 AACC Method 39-11:1999 中的第2章“仪器”调整为本标准的第5章“仪器”；将 AACC Method 39-11:1999 中的第3章“步骤”调整为本标准的第 6章“步骤”，并增加了相对应的二级及三级条目编号；用 GB/T 5511代替了 AACC Method 39-11:1999 标准中的“Method 46-12”，因为两者所采用的测定方法是一致的；文档来源为:从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持.用 GB/T XXXXX 粮食近红外分析网络定标模型验证和维护通用规则代替了原标准中的“AACC Method 39-10”，因为 AACC Method 39-10标准中限定了近红外的仪器厂商；用 GB/T 15481代替了原标准中关于“标准实验室”的要求；取消了原标准中有关近红外“反射类”的限定；增加了第 1章“范围”、第2章“规范性引用文件”、第3章“术语和定义”、第7章“处理结果和表达”、第8章“异常样品的确认和处理”、第9章“精密度”和第10章“实验报告”；增加了 5.2和5.3 有关粉碎设备和微型计算机的规定；增加了；为了便于使用及对照，将AACC Method 39-11:1999 标准中涉及的有关AACC 标准方法作为参考资料附于本标准之后。在本标准制定过程中，为了便于近红外产品在国内市场的管理和参与国际竞争，本标准没有刻意固定近红外仪器的类型，而是结合国内实际，只注重仪器的使用效能。因此，本标准参考了ISODIS 12099 国际标准（草案）的内容，与国际以及国外同类标准处于同等水平，并且结合国内实际在网络验证方面又有所创新。本标准的实施将会产生积极的社会经济效果。5.与有关的现行法律、法规和强制性国家标准的关系本标准的制定是在遵守我国现行法律、法规的前提下制定的，并且注重与相关国家标准的衔接。6.重大分歧意见的处理经过和依据无重大意见分歧。7.国家标准作为强制性国家标准或推荐性国家标准的建议建议本标准定为国家推荐性标准。8.贯彻国家标准的要求和措施建议（包括组织措施、技术措施、过渡办法等内容）为了更好地实施本国家标准，建议开展本国家标准技术的培训工作。9.废止现行有关标准的建议无文档来源为:从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持.10.其他应予说明的事项为了便于比较，现将AACC Method 39-11.Near-Infrared Reflectance Method for Protein Determination in Wheat Flour标准文本及翻译件附后，供参考。主要参考资料：1.AACC Method 39-11.Near-Infrared Reflectance Method for Protein Determination in Wheat Flour.2.AACC Method 39-25.Near-Infrared Reflectance Method for Protein Content in Whole-Grain Wheat.3.AACC Method 39-10.Near-Infrared Reflectance Method for Protein Determination in Small Grains.4.ICC STANDARD No.159 Determination of Protein by Near Infrared Reflectance(NIR)Spectroscop.5.USDA Near-Infrared Transmittance Handbook(NIRT),Washington,DC July 2005.6.ISO DIS 12099 Animal feedstuffs,cereals and milled cereal products Guidelines for the application of near infrared spectrometry 7.陆婉珍，袁洪福等，现代近红外光谱分析技术，中国石化出版社,2000.8.张子仪、陈学秀等,近红外光谱分析技术,1992 年,中国农业出版社.