3种米多指标的熵值法研究

韦裔菊，周利兵，张远佳，蒋才云

（广西科技师范学院，广西 来宾 546199）

近年来，国内外对大米的营养成分越来越关注，大米中富含蛋白质、脂肪、微量元素和氨基酸等物质，有很高的营养价值和广阔的市场前景[1]。阮贵华等[2]综合运用主成分分析（PCA）和Fisher 准则两类线性判别方法对广东增城丝苗米国家地理标志产品中无机元素成分、有机组成（氨基酸、脂肪、淀粉、蛋白质等）进行模式识别与聚类研究，并采用Fisher线性判别方法建立地标产品与非地标产品间的分类模型。

通过检索发现，热重分析技术应用在细粮燃烧稳定性评价方面未见相关报道，因此，对细粮的燃烧热及热重分析的研究具有重要的理论意义和实践意义，可为细粮的质量研究提供科学依据。

本文选择丝苗米、国泰香米、虾稻香米作为样本，利用氧弹量热计测定燃烧热，热重分析其燃烧稳定性，脂肪测定仪测定脂肪含量，灼烧后测定灰分。建立3种细粮的多指标综合评价体系，并采用熵值法对细粮营养进行质量评价，为开发细粮资源以及细粮分类研究提供依据。

1 材料与方法

1.1 主要材料、试剂和仪器

丝苗米、国泰香米、虾稻香米，市购，研钵研细，过40 目药典筛；苯甲酸，AR，天津市科密欧化学试剂有限公司；药用胶囊；石油醚。

BH 系列燃烧热测定实验装置；粉碎机；压片机；点火丝，长沙长兴高教仪器设备公司；FA2004 型电子天平，上海舜宇恒平科学仪器有限公司；STA2500 热重分析仪，德国NETZSCH；SE206 脂肪测定仪；分析天平；滤纸；100 mL烧杯；干燥箱；马弗炉；电炉；坩埚。

1.2 细粮燃烧热的测定

用氧弹量热计测定细粮的恒容燃烧热。数据处理公式：

式中：m、Qv、△T、W卡、Q点火丝、△m 分别为待测样品的质量、恒容燃烧热、燃烧前后温度的变化值、热量计水当量、点火丝的燃烧热（Q点火丝=1 400.8 J/g）、点火丝参加燃烧反应的实际质量[3]。

1.3 热重分析

将2～10 mg 样品放入氧化铝坩埚，升温速率为10℃·min-1，参比物为α-Al2O3，N2气氛（流速为100 mL·min-1），温度范围为30℃～600℃，同时进行TG、DTG 和DTA分析。为了减小实验误差，每个样品均重复试验[4]。

1.4 脂肪的测定

索氏提取，用重量法测定脂肪含量，即萃取样品的溶剂抽提后，被测物质脂肪从样品中提取出来，将其烘干、称量，进行计算。W（脂肪）=m1/m2×100%，m1为脂肪质量（g），m2为称样质量（g）[5-13]。

1.5 灰分的测定

样品灼烧后的残留物为灰分。

1.6 多指标综合评价方法

构建丝苗米、国泰香米、虾稻香米的燃烧热、脂肪含量、灰分等多指标熵值综合分析的评价方法。

2 结果与讨论

2.1 燃烧热的测定

2.1.1 燃烧热的计算

根据实验数据，绘制样品燃烧热测定曲线，重复3次实验。

（1）丝苗米燃烧热测定（见图1）

图1 丝苗米雷诺温度Δ T曲线图

（2）国泰香米燃烧热测定（见图2）

图2 国泰香米雷诺温度Δ T曲线图

（3）虾稻香米燃烧热测定（见图3）

图3 虾稻香米雷诺温度Δ T曲线图

2.1.2 细粮燃烧热的结果分析

由表1可知，燃烧热排序为虾稻香米＞丝苗米＞国泰香米。

表1 3种细粮燃烧热（n=3）

2.2 热重分析[14-15]

（1）丝苗米热重分析

由图4、图5、表2 可以看出，在62.8℃时，丝苗米试样开始少量分解，这可能是因残余的小分子物质发生热解析，损失率为11.49%；升温至分解温度224.8℃，出现大的质量损失，直至405.9℃，损失率为58.41%；然后，随温度升高试样进一步分解，剩余样品质量占比为19.22%。

图4 丝苗米热重（TG）曲线、微商热重（DTG）曲线

图5 丝苗米的热差分析（DTA）曲线

表2 丝苗米TG-DTG数据

随着温度的升高，样品的DTG 曲线呈现出两个峰形，峰形的拐点分别在91.2℃、315℃；另外，丝苗米的DTA 曲线有两个较宽的放热峰，峰值在108.2℃、308℃，温度范围为79.6℃～154.2℃、282.3℃～327.2℃，峰面积为262.2 J/g、103.4 J/g。

（2）国泰香米热重分析

由图6、图7、表3 可以看出，在40.6℃时，国泰香米试样开始少量分解，这可能是由于试样中残余的小分子物质发生热解吸，有少量质量损失，损失率为10.95%；升温至分解温度210.8℃，试样开始出现大量的质量损失，直至416.6℃，损失率为51.09%；然后，试样随升温进一步分解，剩余样品质量占比为31.63%。

图6 国泰香米热重（TG）曲线、微商热重（DTG）曲线

图7 国泰香米热差分析（DTA）曲线

表3 国泰香米的TG-DTG数据

随着升温，样品的DTG曲线呈现出两个峰形，峰形的拐点分别在77.2℃、313.8℃；另外，随着温度的升高，国泰香米的DTA 曲线有两个较宽的放热峰，峰值在92.1℃、311.5℃，温度范围为68.8℃～130.5℃、291.8℃～326.1℃，峰面积为188.5 J/g、81.6 J/g。

（3）虾稻香米热重分析

由图8、图9、表4 可以看出，在54.2℃时，虾稻香米试样开始少量分解，可能是残余的小分子物质发生热解析，升温至分解温度199℃，试样出现大量的质量损失，直至401.8℃，损失率为56.49%；然后，随温度升高，试样进一步分解，剩余样品质量占比为23.78%。

图8 虾稻香米热重（TG）曲线、微商热重（DTG）曲线

图9 虾稻香米热差分析（DTA）曲线

表4 虾稻香米TG-DTG数据

随温度升高，样品的DTG呈现两个峰形，峰形的拐点分别在80℃、316.9℃；另外，虾稻香米的DTA 曲线有两个较宽的放热峰，峰值在101.7℃、307.6℃，温度范围为74.4℃～135.3℃、280.5℃～323℃，峰面积为166 J/g、77.73 J/g。

2.3 脂肪的测定

由表5可知，脂肪含量排序为国泰香米＞虾稻香米＞丝苗米。

表5 3种细粮脂肪含量（n=3，CV%＜3%）

2.4 灰分的测定

由表6可知，灰分含量排序为丝苗米＞虾稻香米＞国泰香米。

表6 3种细粮灰分含量测定结果（n=3，CV%＜0.20%）

2.5 熵值法构建细粮营养多指标综合评价体系

根据3种细粮燃烧热、脂肪含量、灰分、燃烧性参数数据构建多指标评价体系[16-17]。根据熵的特性，通过计算熵值来判断一个事件的随机性及无序程度，用熵值来判断某个指标的离散程度，指标的离散程度越大，该指标对综合评价的影响（权重）越大，其熵值越小。运用熵值法对3种细粮进行赋权，计算综合得分F[18]，最终比较所有的F 值，即得出评价结论。采用Excel 计算，丝苗米、国泰香米、虾稻香米3 种米F 值分别为0.721 7，0.247 9，0.453 8。从综合评价分析结果得到，3 种细粮多指标排序为丝苗米＞虾稻香米＞国泰香米。

3 结论

（1）样品多指标燃烧热、热重参数、脂肪含量、灰分含量的熵值法分析综合评价如下：丝苗米＞虾稻香米＞国泰香米，为不同人群选择提供参考。

（2）本研究为热重分析方法研究细粮燃烧稳定性评价与研究提供参考，为开发细粮资源以及分类研究提供依据。