利用近紅外線光譜儀檢測甘藷台農57號烤藷品質之研究
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(2) 近紅外線光譜檢測烤藷品質. 樣品沒有受到破壞而能繼續進行化學成分分 析,使得檢量線建立方法更加簡化,準確性及 應用範圍亦擴大 (Wu et al. 1995, 2001)。在農 產品應用方面諸如穀類 (稻米、小麥)、大豆、 茶葉、牧草與蔬果 (桃、柑橘、蘋果、番茄、 洋蔥) 等均可應用此技術測定其成份 (Delwiche et al. 1995; Kasahara 1996; Kameoka et al. 2003; Villareal et al. 1994)。甘藷加工產品 以 烤 藷 被 認 為 較 具 有 開 發 價 值 (Li et al. 1994),本試驗以甘藷台農 57 號品種為材料, 分析不同大小塊根經烘烤後之烤藷,其水分、 澱粉、可溶性糖 (麥芽糖、蔗糖、果糖、葡萄 糖)、直鏈澱粉等重要品質成份在近紅外線光譜 儀 (InfraAlyzer 450) 19 個固定波長之吸光值, 運用統計方法對傳統化學成分含量進行迴歸分 析,以評估其對烤藷風味品質快速估測之可行 性,未來可配合烤藷產品品質管制,提高品管 效能。. 材料與方法 生藷塊根重量分級及烤藷製備 以 95 年 2 月採收之 94 年秋作種植之甘藷 台農 57 號為材料,挑選藷型呈紡錘型之塊根, 依塊根鮮重區分為小於 100 g、100–200 g、 201–300 g 及大於 300 g 之 4 個等級,取樣數分 別是 42、60、60 及 48 個塊根共 210 個供作分 析測定。將甘藷塊根以清水洗淨表皮,置入烤 箱內,待烘烤完成後取出置於室溫下冷卻。取各 烤藷中段 3 cm 部位 (距中心點前後各 1.5 cm 範 圍),去皮並以均質機攪拌均勻成藷泥後,以近 紅外線光譜儀測定,將此完成光譜測值之藷泥 進行可溶性糖 (麥芽糖、蔗糖、果糖、葡萄糖) 及澱粉含量分析。. 近紅外線光譜儀設備 近紅外線光譜儀 (InfraAlyzer 450, Bran + Luebbe Company) 係 利 用 19 個 特 定 波 長 (specific wavelengths) 的 濾 光 片 組 (spectro-. 179. photometer grating) 及 積 分 球 面 (integrating sphere) 以內置有 2 片硫化鉛 (lead sulphide) 感應器 (detector) ,測定穿透過試驗樣品後的 擴散及反射光 (diffuse-reflectance light)。本儀 器 組 有 簡 易 操 作 觸 控 面 板 (touch-sensitive panel),並可與個人電腦連線,利用專用軟體 IDAS (InfraAlyzer Data Analysis Software) 分 析試驗數據。19 個特定波長 (W1− W19) 如表 1 所示。. 烤藷化學成分分析 麥芽糖、蔗糖、果糖與葡萄糖含量之測定: 取藷泥 1 g 置於 20 mL 玻璃試管中,加入 4 mL 80%乙醇,於 80℃、100 rpm 的水浴鍋中震盪 15 分鐘,重複萃取 3 次,所得液體經過濾後, 以 1600 g 離心 15 分鐘,上清液置入濃縮試管中 進行減壓濃縮,濃縮液以去離子水定積至 2 mL, 使用 LiChrolut RP-18 (40–63 μm) column 抽氣 過濾,濾液以 HPLC 測定 (Picha 1985)。HPLC 分析系統包括 Shimadzu LC-9A pump、RID-9A detector 與 CTO-10AS oven 。 以 TSKgel Amide-80 column (4.6 mm ID × 25 cm) 檢測, 溫 度 設 定 40℃ , 移 動 相 為 80% 氰 甲 浣 (CH3CN):20% H2O,流速為 1.2 mL/min。 表 1. 近紅外線光譜儀 (NIRS, InfraAlyzer 450) 19 個 波長設定 Table 1. The 19 wavelengths of Near Infrared reflectance spectrometer (InfraAlyzer 450) Wave bund (N.) W1 W2 W3 W4 W5 W6 W7 W8 W9 W10. Wavelength (nm) 1445 1680 1722 1734 1759 1778 1818 1940 1982 2100. Wave bund (N.) W11 W12 W13 W14 W15 W16 W17 W18 W19. Wavelength (nm) 2139 2180 2190 2208 2230 2270 2310 2336 2348.
(3) 180. 台灣農業研究. 澱粉含量之測定:上述經過乙醇萃取後的 殘渣於烘箱以 70℃烘乾,乾燥樣品加入 5 mL 去離子水,於 100℃、100 rpm 的震盪水浴鍋中 加熱 30 分鐘,待冷卻後加入 2 mL 之 9.2 N 過 氯酸 (HClO4) ,放置 15 分鐘,期間不時攪拌, 定積至 10 mL,以 2500 g 離心 10 分鐘,取上 清液 0.1 mL 加入 1.9 mL 去離子水、0.1 mL 石 炭酸 (phenol) 及 6 mL 濃硫酸,振盪均勻後靜 置 30 分鐘,以微電腦分光光度計 (ThermoSpectronic, GENESYSTM10 uv, USA) 於波長 490 nm 測定吸光值。. 烤藷甜味值計算 依據 Biester et al. (1925),以蔗糖甜味值為 1,麥芽糖:葡萄糖:果糖依相對甜味值分別是 0.33、0.74、1.73,換算成烤藷的甜味值。. 統計分析 本試驗數據係利用 SAS (8.0 版) 統計分析 軟體分析,各性狀間關係透過其 Proc CORR 程 序進行相關分析 (correlation analysis),不同波 長對澱粉及可溶性糖含量之檢測效果則透過 Proc REG 程序進行逐步回歸分析 (stepwise regression analysis),以找出最佳回歸模式。. 結. 果. 台農 57 號生藷塊根重對烤藷品質的影響 將甘藷台農 57 號品種生藷重量區分為 4 組: 小於 100 g 之塊根,取樣重量介於 51.0–99.5 g, 經烘烤後烤藷重介於 38.5–77.0 g;生藷重量 100–200 g 之塊根,取樣重量介於 103–199 g, 經烘烤後烤藷重介於 65.5–147.0 g;生藷重量 201–300 g 之塊根,取樣重量介於 201.5–299 g, 經烘烤後烤藷重介於 125.5–243.0 g;生藷重量 300 g 以上塊根,取樣重量介於 306.5–727.5 g, 經烘烤後烤藷重介於 221.0–614.0 g。分析每 g 藷泥所含之澱粉、可溶性糖含量包括麥芽糖、 蔗糖、葡萄糖、果糖及換算所得之甜味值,結 果如表 2。此外,台農 57 號烤藷的甜味值與所. 第 60 卷. 第3期. 含麥芽糖、蔗糖、果糖與葡萄糖含量之間呈極 顯著正相關,相關係數值分別為 0.87、0.81、 0.60 及 0.52。而生藷塊根重量雖與烤藷之麥芽 糖、蔗糖、果糖與葡萄糖含量在統計上雖有極 顯著負相關,但其相關係數值過低,降低其參 考性 (表 3)。. 利用近紅外線光譜儀 (InfraAlyzer 450) 檢測不同重量烤藷之澱粉及可溶性糖含量 烤藷的澱粉及可溶性糖 (麥芽糖、蔗糖、 果糖、葡萄糖) 之傳統化學分析值,利用近紅 外線光譜儀 19 個波長吸光值之換算值 [log (1/λ)] 進行逐步回歸分析結果如下:生藷重小 於 100 g 之烤藷對澱粉含量估式共選用 7 個波 長 (1680 nm、1722 nm、1759 nm、1778 nm、 1818 nm、1940 nm、1982 nm),其逐步回歸模 式估算澱粉含量之決定係數 (R2) 值為 0.809, 且其 P-value 小於 0.001,而可溶性糖與近紅外 線光譜儀測值並無線性關係。生藷重 100–200 g 之烤藷對可溶性糖含量估式共選用 3 個波長 (1445 nm、1734 nm、1818 nm),其逐步回歸模 式估算可溶性糖含量之決定係數 (R2) 值為 0.725,且其 P-value 小於 0.001;澱粉含量估式 共選用 4 個波長 (1445 nm、1680 nm、1734 nm、 1818 nm),其逐步回歸模式估算澱粉含量之決定 係數 (R2) 值為 0.787,且其 P-value 小於 0.001。 生藷重 201–300 g 之烤藷對可溶性糖含量估式共 選用 4 個波長 (1445 nm、1680 nm、1722 nm、 1778 nm),其逐步回歸模式估算可溶性糖含量 之決定係數 (R2) 值為 0.636,且其 P-value 小 於 0.001;而澱粉含量與近紅外線光譜儀測值並 無線性關係。生藷重大於 300 g 之烤藷對澱粉含 量估式共選用 5 個波長 (1445 nm、2100 nm、 2139 nm、2208 nm、2270 nm),其逐步回歸 模 式 估 算 澱 粉 含 量 之 決 定 係 數 (R2) 值 為 0.519,且其 P-value 小於 0.001;而可溶性糖 含量與近紅外線光譜儀測值並無線性關係 (表 4)。.
(4) 近紅外線光譜檢測烤藷品質. 181. 表 2. 不同塊根重量之烤藷澱粉與可溶性糖含量及甜味值 Table 2. Effect of fresh weight of root tubers of sweet potato variety TNG 57 on contents of starch and soluble sugar and sweetness after baking Fresh weight of root tubers (g). Weight of baked root tubers (g). Starch. Maltose. Sucrose. Glucose. <100 (51.0–99.5). 38.5– 77.0. 21.08–36.87. 2.49–7.07. 0.95–21.19. 2.18–3.78. 11.66–24.3. 100–200 (103–199). 65.5– 147.0. 17.27–37.44. 2.33–7.34. 1.03–2.46. 2.11–4.07. 13.89–25.47 9.28–26.93. 201–300 (202.5–299). 125.5– 243.0. 20.05–35.51. 3.09–7.05. 0.84–2.39. 2.62–4.14. 5.82–26.16 6.31–24.29. >300 (306.5–727.5). 221.0– 614. 8.77–29.95. 2.51–6.11. 0.66–1.5. 2.13–2.92. 11.66–21.86 7.79–18.69. Chemical components of baked root tubers (wd, %) Fructose. Sweetness 6.45–24.83. 表 3. 甘藷台農 57 號之生藷塊根重、化學成分及烤藷甜味值間之相關分析 Table 3. Correlation analysis between fresh weight of root tubers, chemical components and sweetness in baked sweet potato variety TNG 57. Fresh weight of root tubers. Water content. Fructose. Glucose. Sucrose. Maltose. Sweetness. 0.33 **. -0.29**. -0.38**. -0.12. -0.27**. -0.31**. - 0.14. -0.05. -0.21*. -0.14. Water content. 0.03. Fructose. 0.55**. Glucose. 0.28**. 0.29**. 0.60**. 0.26**. 0.30**. 0.52**. 0.58**. 0.81**. Sucrose Maltose. 0.87**. Sweetness *, ** Significant at 5% and 1% levels, respectively; total number of baked root tuber is 210.. 表 4. 不同重量塊根之烤藷化學成分檢量線方程式 Table 4. The equation of calibration by stepwise regression analysis for chemical components in baked root tubers of sweet potato variety TNG 57 with different fresh weight Determination coefficient (R2) P-value. Fresh weight of root tubers (g). Chemical components of baked root tubers (wd, %). Calibration equation (wavelength, W) y. <100 (n = 42) z. Starch. 108.7 − 3464W2 + 5811W3 − 2474W5 + 1580W6 − 1516W7 − 2020W8 + 2025W9. 0.809. <0.0001. 100− 200 (n = 60). Starch Soluble sugar. 22.12 − 34.42W1 − 1365W2 + 2640W4 − 1257W7 143.19 − 26.24W1 + 595W4 − 639W7. 0.787 0.725. <0.0001 <0.0001. 201− 300 (n = 60). Soluble sugar. 139.15 + 273W1 − 778W2 + 2216W3 − 1773W6. 0.636. <0.0001. -47.77 + 90.6W1 − 1708W10 + 3625W11 − 851W14 − 1093W16. 0.519. <0.0001. >300 (n = 48) z y. Starch. n : The number of sweet potato TNG 57 baked root tubers. W1− W19 see Table 1.. 討. 論. 甘藷不但是重要的糧食資源,亦是具保健 營養的食品,烤藷是經濟價值高且廣受消費者. 青睞的甘藷加工產品,其中甜味 (sweet taste) 是烤藷最重要的品質指標,而此甜度主要來自 麥芽糖 (Picha 1986)。雖然目前以生藷烘乾研 磨成粉狀後利用近紅外線分析技術已可快速檢.
(5) 182. 台灣農業研究. 測蛋白質、可溶性糖與灰分 (Wu et al. 1995), 但對烘烤後之烤藷品質而言,其生藷狀態下所 含的澱粉及可溶性糖的含量無法判斷其烘烤加 工調理後之甜度與質地的改變,主要原因是烤 藷甜味為澱粉轉化為麥芽糖的結果,此是受加 熱過程中塊根內澱粉糖化酵素 (β-amylase) 作 用的影響。在 Picha (1985) 的研究指出,甘藷 烘烤後烤藷與生藷中蔗糖含量無明顯改變,但 在生藷中沒有發現麥芽糖,烘烤後才大量產生 麥芽糖。本試驗結果,不論是麥芽糖、蔗糖、 果糖及葡萄糖均對台農 57 號烤藷甜味值呈極 顯著正相關,且相關係數值均在 0.5 以上,即 此 4 種糖類均對烤藷甜味值有重要的貢獻,尤 其是麥芽糖與蔗糖。 近紅外線區域內 (波長約 0.8–2.5 μm) 發 生之吸光現象主要為含有氫原子之結合基 (包 括 O-H、N-H、C-H) 造成的吸收,當多數結合 基存在時,其基準振動包括倍振動 (overtone) 與 結 合 振 動 (combination) 之 吸 收 會 相 互 重 疊,形成複雜之光譜,只要掌握住氫原子結合 基即可獲知大部份有機化合物的情況,因此當 氫原子結合強度稍有變化,即會導致較大的物 性變化,並可從光譜的變化情形觀察出來。與 紅外線區域相比,近紅外線區域吸收較弱,此 特性使分析試料不須經稀釋即可進行測定,並 可利用試料在多個固定波長之吸光值,運用統 計方法對傳統化學分析成分值進行回歸分析, 進 而 組 成 複 回 歸 方 程 式 (Wu et al. 1995; Delwiche et al. 1995; Kasahara 1996),通常一個 成份最少由 2 至 3 個最適當波長數組合成複回 歸方程式。被檢測樣品水分含量直接影響準確 度,主要原因是此項技術最早被開發應用於乾 燥後的穀物成份含量檢測;根據近紅外線吸收 光譜的化學歸屬,依其測定對象的特性與測定 目的,其波長域主要區分為 3 類,為波長域Ⅰ (1.8–2.5 μm),以 C-H、N-H、O-H 及 C = O 的 結合區屬之;此波長域於 1.93 μm 水分的吸收. 第 60 卷. 第3期. 能量極強,若樣品本身水分含量在 20%以上, 其吸收光譜呈飽和而影響其他待測成份之測 定,因此利用此波長域的樣品以水分含量 20% 以 下 為 宜 ; 波 長 域 Ⅱ (1.1–1.8 μm) 主 要 為 1.6–1.8 μm、1.1–1.4 μm 區域之 C-H 及 1.4–1.6 μm 的 N–H 屬之,水分在 1.45 μm 的吸收能量 強,吸光係數約波長域Ⅰ中 1.93 μm 的 1/3, 適用於水分含量是 50–60%之樣品;波長域Ⅲ (0.8–1.1 μm) 主要範圍在 0.8–0.9 μm 之 C–H 與 1.0–1.1 μm 的 N-H,整個波長域吸收弱,適合 水 分 含 量 80% 以 上 的 食 品 樣 品 的 光 譜 測 定 (Kameoka et al. 2003)。本試驗之台農 57 號烤藷 其水分含量介於 32.11–56.07%,而 InfraAlyzer 450 所 利 用 的 19 個 特 定 波 長 主 要 範 圍 為 1.45–2.35 μm,其對烤藷水分檢測較接近波長 域Ⅱ。當物體受到對水分子吸收之特定波長照 射時,因其含水率不同,物體之光能量因通過 內部被吸收能力也為之不同;換言之,此吸收 率受水分含量而改變。本試驗中甘藷台農 57 號品種,鮮藷重量小於 100 g 與大於 300 g 之烤 藷,其可溶性糖含量與近紅外線光譜儀吸光值 利用逐步回歸方程式估算其檢量線並無線性關 係,但鮮藷重量介於 100–200 g 及 201–300 g 的烤藷可溶性糖含量與近紅外線光譜儀吸光值 回歸方程式顯著存在,且決定係數值各為 0.725、0.636,此顯示塊根重量影響甜度檢測的 應用。而樣品前處理的均質度亦影響照射光之 的擴散與反射,藷泥因其殘存的澱粉糊化顆粒 影響,樣品前處理均勻程度較差,對吸光情況 影響甚巨。雖然以傳統化學分析法可精確的定 量烤藷甜味成份,但曠日廢時;而利用近紅外 線分析技術雖快速、省工、操作簡易,但其精 確度與準確性必須以傳統化學分析為基礎,且 對於樣品前處理的一致性要求嚴格;因此樣品 均質度的提高與方法的確立更顯重要。 目前甘藷食用品質方面尚無客觀化的指標 可供鑑定,而人為官能品評方法易受主觀喜惡.
(6) 近紅外線光譜檢測烤藷品質. 影響且耗力費時,如能利用現代化、簡易之理 化儀器和方法,探討甘藷食用品質特性與塊根 重要理化性質間的關係,使能以較省時、省力 和客觀化之理化性質作為甘藷食用品質特性評 定方法之依據,可以獲得評定和選拔之實際效 果。近紅外線光譜檢測具有不需要大量試藥、 溶劑,安全性高、前處理技術簡單,量測過程 迅速,同一樣本可以重複量測,可以同時量測 同一樣本內不同成分,適用固態、粉粒態、半 固態、液態等各種樣本,若能開發應用於甘藷 加工品質之檢測,將有利於快速準確的生產線 品管,且可以將試驗材料以光譜型態做資料貯 存,不受樣品新鮮度與保存期限的限制,而達 到樣品保存的目的。. 引用文獻 (Literature cited) Biester, A., M. W. Wood, and C. S. Wahlin. 1925. Carbohydrate studies I. The relative sweetness of pure sugars. Am. J. Physiol. 73:387–396. Delwiche, S. R., M. M. Bean, R. E. Miller, B. D. Webb, and P. C. Williams. 1995. Apparent amylase Content of milled rice by near infrared reflectance spectrophotometry. Cereal Chem. 72:182–187. Kasahara, M. 1996. Special features and using methods of taste meter of rice. J. Agric. Sci. 51:19–22. Kameoka, T. and A. Hashimoto. 2003. Infrared spectroscopic analysis for agricultural materials and its. 183. application. Agric. Inform. Res. 12:167–188. Li, L. and C. H. Liao. 1994. The achievement and prospect of sweet potato breeding in Taiwan. p.11–28. in the Proceeding of Symposium on Root Crop Yield Improvement, Processing and Utilization in Taiwan. TARI Special Pub. No: 45. (in Chinese) Picha, D. H.1985. HPLC determination of sugars on raw and baked sweet potatoes. J. Food Sci. 50:1189– 1190. Picha, D. H. 1986. Sugar content of baked sweet potatoes from different cultivars and lengths of storage. J. Food Sci. 51:845–846. Villareal, C., N. Dela, and B. O. Juliano. 1994. Rice amylase analysis by near infrared transmittance spectroscopy. Cereal Chem. 71:292–296. Wu, Y. P., Y. C. Lai, H. C. Lee, and Y. S. Chen. 1995. Compositional analysis of sweet potato tuber by near infrared reflectance spectroscopy. J. Agric. Res. China 44:9–14. (in Chinese with English abstract) Wu, Y. P. and Y. C. Huang. 2001. Studies on the Factors Affecting the Palatability and on the Quality Assessment of Rice Grain by Using Near Infrared Reflectance Spectroscopy. Doctor Dissertation, Department of Agronomy, National Taiwan University. Taipei. 168pp. (in Chinese with English abstract).
(7) 184. 台灣農業研究. 第 60 卷. 第3期. Measuring Baking Quality of Root Tubers of Sweet Potato (Ipomoea batatas) Variety TNG 57 by Near Infrared Reflectance Spectrometer1 Hsin-Chen Li2 and Dah-Jing Liao2 Abstract Li, H. C. and D. J. Liao. 2011. Measuring baking quality of root tubers of sweet potato (Ipomoea batatas) variety TNG 57 by near infrared reflectance spectrometer. J. Taiwan Agric. Res. 60:178–184.. Sweetness is considered an important indicator of baking quality of sweet potato (Ipomoea batatas). The objective of this study was to determine sweetness of baked root tubers of sweet potato, variety TNG 57, using Near Infrared Reflectance Spectrometer (NIRS; InfraAlyzer 450). The sweetness of baked root tubers was estimated by stepwise regression analyses using the data of starch and soluble sugar contents obtained from conventional analysis and the conversion values log (1/λ) of the absorbance at different wavelengths (3–7 sets) obtained from NIRS. Results showed that the fresh weight of root tubers between 100–300 g had a better correlation coefficient with their calibration curve for soluble sugar contents, whereas the fresh weight of tubers below 100 g or above 300 g had a better correlation coefficient only for the content of starch. Starch particles remaining in the baked root tubers affected the diffusion and reflection of NIRS. The NIRS is easy to operate, low labor input and low cost, but it demands high precision and high accuracy in the tests of baked root tubers of sweet potato. Therefore, choosing correct wavelengths and baked root tubers size for testing are important in the application of NIRS for testing quality of baked root tubers of sweet potato variety TNG 57. Key words: Sweet potato, Ipomoea batatas, Baked root tubers, Near Infrared Reflectance Spectrometer (NIRS), Sweetness.. 1. Contribution No. 2543 from Taiwan Agricultural Research Institute (TARI), Council of Agriculture. Accepted: August 23, 2011. 2. Assistant Agronomists, Chiayi Agricultural Experiment Station, TARI, Chiayi, Taiwan, ROC. 3. Corresponding author e-mail: [email protected]; Fax: (05)2773630..
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