高粱是白酒酿造的主要原料，酿酒高粱中的组分对酿酒过程有重要的影响。高粱的主要成分是淀粉，优质高粱的淀粉含量分数在60%～80%之间[1]，高粱酿造产量和品质的重要决定因素是其含量比例的高低；蛋白质是高粱中除淀粉外含量最多的成分，蛋白质中的赖氨酸又是人类和动物必需的第二大氨基酸[2]，在食品工业中应用非常广泛[3]；脂肪是由甘油和脂肪酸合成的有机物质，脂肪占高粱的2%～5%，高粱的脂肪含量对酿酒工艺有很大的影响[4]，脂肪的氧化和降解会使酒体在烹饪过程中散发出独特的香气；高粱的水分是高粱重要的化学成分之一，不仅对高粱籽粒的生理变化有影响，对高粱的加工和贮藏也有一定的影响[5]。
我国目前对高粱的淀粉、蛋白质、脂肪、水分等指标的测定方法，采用的是国家强制性标准，对高粱的淀粉含量、蛋白质含量、水分含量等指标均有明确规定。国家标准方法对高粱、淀粉、蛋白质、脂肪水分等指标的测定结果准确度较高，但不能同时对两个指标进行检测，需要较长的时间才能完成全部检测，其工效和速度不能适应实际工作需要。随着粮食行业现场收购、出入库等环节提出的无损、快捷、方便等新要求，多种粮食快速检测设备应运而生[6]。快速检测设备作为粮食检验工作的重要工具和分析资料的重要载体，设备的性能优劣直接决定着测定结果的准确、科学、真实性。快速检验设备的适用性验证是必要的。目前，国际上已经非常成熟地验证了仪器设备的适用性，并制定了相应的规范，如美国药典通则“分析仪器验证的指导原则”；仪器设备性能验证指导原则[7]；欧洲药品质量管理局官方药品控制网络实验室。我国在粮油快检设备性能验证方面所做的工作较少，本研究通过对快速谷物分析仪的准确性、重复性、稳定性进行适用性验证，以期为粮食行业相关快检设备性能验证和技术标准的制定提供参考。
1材料与方法
1.1材料、仪器
原料：高粱，酒鬼酒股份有限公司提供。
仪器设备：FF-5120谷物分析仪，中国食品发酵工业发酵研究院；SH220F石墨消解仪，海能未来技术集团股份有限公司；K1100全自动凯氏定氮仪，海能未来技术集团股份有限公司；SOX606索氏提取仪，海能未来技术集团股份有限公司；101-A电热鼓风干燥箱，上海路达实验仪器有限公司；DZKW-S-8电热恒温水浴锅，北京市永光明医疗仪器；H-1500B粉碎机，浙江哈瑞工贸有限公司；XZS300标准检验筛，新乡市中泰机械有限公司。
样品制备：从高粱样品中分别取50 g试样，除去大样杂质和矿物质杂质，用谷物粉碎机进行粉碎，粉碎细度通过40目筛，该粉样用于高粱淀粉、蛋白质、脂肪的测定。从高粱样品中分别取50 g试样，除去大样杂质和矿物质杂质，用谷物粉碎机粉碎，粉碎细度通过1.5 mm圆孔筛的不少于90%粉末，该粉样用于高粱水分的测定。
1.2试验方法
1.2.1高粱淀粉含量的测定
称取高粱粉末2.0 g，采用GB 5009.9—2016《食品安全国家标准食品中淀粉的测定》方法[8]测定高粱淀粉的含量。
1.2.2高粱蛋白质含量的测定
称取高粱粉末1.5 g，采用GB 5009.5—2016《食品安全国家标准食品中蛋白质的测定》方法[9]测定各高粱样品的粗蛋白含量。
1.2.3高粱脂肪含量的测定
称取高粱粉末2.0 g，参照GB 5009.6—2016《食品安全国家标准食品中脂肪的测定》方法执行[10]。
1.2.4高粱水分含量的测定
称取高粱粉末2.0 g，参照GB 5009.3—2016《食品安全国家标准食品中水分的测定》方法执行[11]。
1.2.5样品的近红外光谱采集
仪器采用的是ISISCAN操作系统，该操作系统由美国福斯公司提供，光谱范围从900 nm到1700 nm。将试样放入光谱室1 h后，再进行近红外光谱图扫描，使每天测出的试样与仪器的环境条件相符合。利用近红外光谱仪的旋转器使试样杯匀速转动，通过漫反射系统采集其NIR光谱，从而将仪器采集到的数据和图谱导出。图1所示为高粱试样的NIR光谱。
1.3适用性验证
通过验证近红外谷物分析仪的准确性、重复性和稳定性是否符合仪器技术指标和国家标准方法的要求，从而验证近红外谷物分析仪测定高粱淀粉、蛋白质、脂肪和水分的适用性，并对测定数据进行统计分析。
2结果与分析
2.1准确性验证
从高粱样品中选取10个样品，按国标方法分别对高粱的淀粉、蛋白质、脂肪、水分进行测定，每个样品重复测定2次，测定结果取平均值，作为高粱样品淀粉、蛋白质、脂肪、水分等指标的参考值。将10份高粱样品通过近红外谷物分析仪测定，近红外谷物分析仪测定的结果与国标方法的检验结果进行比对。对校正快检仪模型的实际预测能力采用外部验证方法，通过化学方法对高粱样品进行检验，从而对所建模型的实际预测能力进行验证，结果如图2所示。
2.1.1淀粉准确性验证
选用高粱样品10个，经GB 5009.9—2016方法测定淀粉含量，范围为63.4%～65.9%；经近红外谷物分析仪测定淀粉含量，范围为63.9%～66.2%，淀粉检测结果见表1。
表1 粱淀粉检测结果
2.1.2蛋白质准确性验证
选用高粱样品10个，蛋白质含量通过GB 5009.5—2016方法测定，范围在7.9%～9.0%之间；蛋白质含量通过近红外谷物分析仪测定，范围在8.1%～9.4%之间，蛋白质检测结果见表2。
表2 高粱蛋白质检测结果
2.1.3脂肪准确性验证
选用高粱样品10个，脂肪含量经GB 5009.6—2016方法测定，范围在2.8%～4.4%之间；脂肪含量经近红外谷物分析仪测定，范围在3.0%～4.8%之间，脂肪检测结果见表3。
2.1.4水分准确性验证
选用高粱样品10个，水分含量通过GB 5009.3—2016方法测定，范围在12.4%～13.7%之间；水分含量通过快速谷物分析仪测定，范围在12.4%～13.6%之间，水分检测结果见表4。
为了比较快检法与国家标准对高粱淀粉、蛋白质、脂肪、水分等含量的测定差异，计算得出，淀粉的相对误差范围在0.2%～0.9%之间，蛋白质在0.0%～4.6%之间，脂肪在0.0%～8.3%之间，水分在0.0%～2.3%之间。根据《快检仪技术指标规定》，国标检测法与快检仪检测法测定值中淀粉、蛋白质、水分值的相对误差标准是≤10%，脂肪值的相对误差标准是≤15%。校准模型按图2外部校验，所得相对误差均在规定范围内；根据表1—表4可知，相对误差均符合快速检测仪技术指导规定，可用于快速测定高粱淀粉、蛋白质、脂肪、水分，经校准后快速谷物分析仪的精度符合规定。
表3 高粱脂肪检测结果
表4 高粱水分检测结果
图1 高粱样品近红外光谱图
2.2重复性验证
利用校准后的快速谷物分析仪，对同一高粱样品(5号)连续10次测定淀粉、蛋白质、脂肪、水分，通过计算精密度验证快检仪器的重复性，结果见表5。
根据表5可得，淀粉相对标准偏差=0.3%、蛋白质相对标准偏差=1.2%、脂肪相对标准偏差=2.3%、水分相对标准偏差=0.8%；快检仪的技术指标规定淀粉、水分的精密度≤1.0%，蛋白质、脂肪精密度≤3.0%;10次重复测定的相对标准偏差的RSD值全部符合《快速检测仪技术指导规范》。因此，近红外快检仪测定高粱淀粉、蛋白质、脂肪、水分的重复性满足仪器技术指标规定的要求。
2.3稳定性验证
仪器开机30 min稳定后，对同一高粱样品(5号)，每隔2 h进行一次淀粉、蛋白质、脂肪、水分，连续12 h的重复测定，通过计算精密度来验证快检仪器在不同时间段测定淀粉、蛋白质、脂肪、水分的稳定性。结果见表6。
图2 外部验证化验值与验证值的比较
表5 快检仪重复性性验证测定结果
表6 快检仪稳定性验证测定结果
根据表6可得，淀粉相对标准偏差=0.3%、蛋白质相对标准偏差=1.1%、脂肪相对标准偏差=2.2%、水分相对标准偏差=0.8%；快检仪的技术指标规定淀粉、水分的精密度≤1.0%，蛋白质、脂肪精密度≤3.0%；不同时间测定的淀粉、蛋白质、脂肪、水分的相对标准偏差RSD均满足快检仪的技术指导规定。因此，仪器测定高粱淀粉、蛋白质、脂肪、水分的稳定性都符合仪器技术指标规定要求。
3结论
本试验通过快速谷物分析仪对高粱样品的淀粉、蛋白质、脂肪、水分进行快速测定，并将其测定结果与国标方法进行对比分析，从而对该仪器在准确性、重复性、稳定性等方面的适用性进行了验证。结果表明，近红外快速谷物分析仪校准后，测定高粱淀粉、蛋白质、脂肪、水分，其准确性、重复性、稳定性均能达到仪器技术指标和国家标准规定的要求，适用于高粱淀粉、蛋白质、脂肪、水分的快速测定。