Đặng diệu linh tp2018603052

 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM PHÂN LOẠI CÁC SẢN PHẨM GẠO ST25 BẰNG THỐNG KÊ ĐA BIẾN DỰA TRÊN DỮ LIỆU TỪ HỆ THỐNG QUANG PHỔ HỒNG NGOẠI FTIR Cán bộ hướng dẫn Ths Mạc Thế Vinh TS Trương Ngọc Minh Sinh viên Đặng Diệu Linh Mã số SV 2018603052 Lớp DHCNTP02 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC 1 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên em xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất đến các quý thầy cô trong khoa Công nghệ Hóa, đặc biệt là giáo viên hướng dẫ.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC  KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM PHÂN LOẠI CÁC SẢN PHẨM GẠO ST25 BẰNG THỐNG KÊ ĐA BIẾN DỰA TRÊN DỮ LIỆU TỪ HỆ THỐNG QUANG PHỔ HỒNG NGOẠI FTIR Cán hướng dẫn: Ths Mạc Thế Vinh TS Trương Ngọc Minh Sinh viên: Đặng Diệu Linh Mã số SV: 2018603052 Lớp: DHCNTP02 LỜI CẢM ƠN Lời em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc đến quý thầy cô khoa Công nghệ Hóa, đặc biệt giáo viên hướng dẫn Thạc sĩ Mạc Thế Vinh, người hướng dẫn tận tình tạo điều kiện giúp đỡ em trình nghiên cứu hồn thành khóa luận Em xin chân thành cảm ơn Tiến sĩ Trương Ngọc Minh toàn thể anh chị Trung tâm nghiên cứu chuyển giao công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học cơng nghệ Việt Nam tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trình học tập viện, dạy em tâm huyết kiến thức chuyên môn, trao đổi tri thức lẫn kỹ sống Đây hành trang quý báu giúp em cơng việc sau Vì kiến thức thời gian làm khóa luận cịn hạn nên khơng thể tránh khỏi vấn đề thiếu sót định Em mong nhận góp ý thầy để báo cáo em hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng năm 2022 Sinh viên: Linh MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU Lý lựa chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu Các phương pháp nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 1.1.1 Khái niệm truy xuất nguồn gốc thực phẩm 1.1.2 Tổng quan gạo ST25 10 1.2 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH NGUỒN GỐC THỰC PHẨM ĐÃ ĐƯỢC SỬ DỤNG 14 1.2.1 Phương pháp xác định nồng độ kim loại để phân biệt nguồn gốc 14 1.2.2 Phương pháp phân loại, xác định nguồn gốc thực phẩm thiết bị quang phổ hồng ngoại FTIR 15 1.3 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH BẰNG THIẾT BỊ QUANG PHỔ HỒNG NGOẠI FTIR 16 1.3.1 Khái niệm 16 1.3.2 Nguyên lý làm việc 16 1.3.3 Ứng dụng 16 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 18 2.1 DỤNG CỤ, HÓA CHẤT, THIẾT BỊ 18 2.1.1 Hóa chất 18 2.1.2 Dụng cụ, thiết bị 18 2.2 THU THẬP VÀ XỬ LÝ MẪU VÀ PHÂN TÍCH MẪU 23 2.2.1 Thu thập mẫu 23 2.2.2 Các kỹ thậy xử lý phân tích mẫu 24 2.3 MỘT SỐ CƠNG THỨC TÍNH TỐN TRONG NGHIÊN CỨU 28 2.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH DỮ LIỆU 28 2.4.1 Phương pháp phân tích thành phần (PCA) 29 2.4.2 Phương pháp phân tích phân biệt tuyến tính (LDA) 29 2.4.3 Phương pháp phân tích chia nhóm dựa dấu hiệu đặc trưng (AHC): 30 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 31 3.1 KHẢO SÁT HỒ SƠ HÓA HỌC GẠO ST25 TRÊN THIẾT BỊ QUANG PHỔ HỒNG NGOẠI FTIR 31 3.1.1 Phân tích phổ hồng ngoại gạo ST25 31 3.1.2 Nghiên cứu lập hồ sơ phổ hồng ngoại mẫu gạo ST25 34 3.2 ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN CHÍNH (PCA) ĐỐI VỚI GẠO ST25 38 3.2.1 Áp dụng PCA phân biệt mẫu gạo ST25 39 3.3 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH PHÂN BIỆT TUYẾN TÍNH ĐỐI VỚI MẪU GẠO ST25 42 3.3.1 Áp dụng LDA phân biệt địa lý vùng trồng gạo ST25 liệu FTIR 42 3.4 XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP TRUY XUẤT NGUỒN GỐC THỰC PHẨM 47 3.5 XÁC ĐỊNH MỘT SỐ CHỈ TIÊU GẠO ST25 49 3.5.1 Xác định hàm lượng kim loại gạo ST25 49 3.5.2 Xác định độ ẩm gạo ST25 51 3.5.3 Xác định mức xát 52 3.5.4 Xác định độ dài gạo ST25 52 KẾT LUẬN .53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Kỹ sư Hồ Quang Cua bên sản phẩm gạo ST25 10 Hình 1.2 Cấu tạo gạo ST25 11 Hình 2.1 Máy xay gạo .19 Hình 2.2 Tủ sấy mẫu 20 Hình 2.3 Thiết bị đo quang phổ hồng ngoại FTIR 20 Hình Thiết bị phá mẫu MARS 21 Hình Thiết bị đo ICP-MS 22 Hình 2.4 Quy trình xử lý phân tích mẫu FTIR 24 Hình 2.7 Quy trình phân tích FTIR .25 Hình 2.8 Quy trình xử lý phân tích mẫu ICP-MS 26 Hình 2.9 Quy trình xác định độ ẩm gạo ST25 27 Hình 2.10 Quy trình xác định mức xát gạo 27 Hình 3.1 Phổ hồng ngoại gạo ST25 32 Hình 3.2 Phổ hồng ngoại 17 mẫu gạo ST25 32 Hình 3 Phổ hồng ngoại mẫu gạo ST25 .33 Hình 3.4 Phân cụm giống gạo ST25 liệu FTIR 38 Hình 3.5 Biểu đồ Scree plot giống gạo ST25 .39 Hình 3.6 Biểu đồ phân bố PCA giống gạo ST25 thiết bị FTIR .39 Hình 3.7 Sự phân bố độ hấp thụ quang phổ hồng ngoại theo 16 bước sóng 42 Hình 3.8 Biểu đồ LDA giống gạo ST25 43 Hình 3.9 Biểu đồ phân bố độ hấp thụ quang phổ giống gạo ST25 43 Hình 3.10 Biểu đồ LDA giống gạo ST25 mẫu lạ 45 Hình 3.11 Biểu đồ phân bố hấp thụ quang phổ giống gạo mẫu lạ .45 Hình 3.12 Sơ đồ quy trình phương pháp truy xuất nguồn gốc thực phẩm FTIR .47 DANH MỤC BẢNG Bảng 1 Thành phần dinh dưỡng 100g gạo ST25 .12 Bảng Bảng thông tin 17 mẫu gạo ST25 23 Bảng Dải phổ FTIR gạo ST25 [18] [19] 34 Bảng Độ hấp thụ quang phổ hồng ngoại mẫu gạo ST25 .35 Bảng 3 Giữ liệu hồ sơ điểm và điểm mẫu trung vị mẫu gạo đo FTIR .37 Bảng Khoảng cách giống với liệu FTIR giá trị điểm 38 Bảng Dữ liệu sau xử lý qua phân tích thành phần thể tương quan yếu tố 40 Bảng 3.6 Ma trận tải hệ số xoay vòng chi phối .41 Bảng Ma trận đánh giá nhầm lẫn cho kết xác nhận chéo 43 Bảng Tương quan hợp quy hệ số hàm phân biệt hợp quy 44 Bảng 3.9 Ma trận đánh giá nhầm lẫn cho kết xác nhận chéo .45 Bảng 3.10 Hàm lương kim loại gạo ST25 ( đơn vị ppm) .49 Bảng 11 Độ ẩm gạo ST25 51 Bảng 3.12 Mức xát gạo ST25 [10] .52 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Kí hiệu Tên tiếng anh Tên tiếng việt FTIR Fouriertransform infrared spectroscopy Quang phổ hồng ngoại biến đổi PCA Principal Component Analysis Phân tích thành phần LDA Linear Discriminant Analysis Phân tích phân biệt tuyến tính AHC Hierarchical Clustering Analysis Phân tích cụm ICPMS Inductively coupled plasma mass spectroscopy Phân tích vết kim loại MỞ ĐẦU Lý lựa chọn đề tài Trong xu hội nhập với kinh tế quốc tế, Việt Nam ngày trọng việc phát triển ngành kinh tế mũi nhọn có ngành nơng nghiệp Với lợi đất nước độc canh lúa, lúa gạo loại trồng chủ yếu ngành nông nghiệp Việt Nam, lúa gạo đóng vai trị then chốt kinh tế quốc dân đảm bảo an ninh lương thực quốc gia và có đóng góp lớn vào kim ngạch xuất nông sản (khoảng 3,07 tỷ USD năm 2020, theo Bộ Nông nghiệp Phát triển Nông thôn) Trong năm trở lại có nhiều giống gạo xuất hiện, đặc biệt phải kể tới giống gạo ST25 kỹ sư Hồ Quang Cua công nhận là “Gạo ngon giới” (2019) Tuy nhiên, bên cạnh phát triển ngày mạnh mẽ gạo ST25, có nhiều rào cản xuất hiện, điển hình vấn đề nguồn gốc gạo Vì số lượng lớn giống lúa tượng gian lận thương mại, việc xác định giống lúa chất lượng gạo gặp nhiều khó khăn Hơn việc trộn lẫn loại gạo, gian lận gây nên tin đồn thất thiệt, làm chất lượng bị giảm sút thị trường Việt Nam Thực tế cho thấy, vấn đề lợi nhuận kinh tế, số tiểu thương buôn bán loại gạo không đạt chuẩn đến tay người tiêu dùng hành động khó để quan sát mắt thường Bên cạnh đó, phương pháp phân biệt hàng thật – giả phức tạp, tốn nhiều thời gian chi phí, sử dụng nhiều hóa chất q trình kiểm tra Ví dụ, phương pháp ICP-MS để phân loại gạo dựa dấu vết nồng độ kim loại [9][10], phương pháp lấy dấu vân tay DNA phân tích đặc điểm di truyền giống lúa phải thực cơng phu, chi phí lớn Trong năm gần đây, việc sử dụng quang phổ FT-IR kết hợp với phương pháp đo hóa học ngày càng ứng dụng rộng rãi nhiều đối tượng việc xác định nhanh từ nguồn gốc, xuất xứ chủng loại thực phẩm, là phương pháp phù hợp để đáp ứng nhanh chóng xác chất lượng hàng hóa - u cầu định thị trường thương mại ngày cạnh tranh [11] [12] Vì lý nêu trên, đề tài: “Phân loại sản phẩm gạo ST25 thống kê đa biến dựa liệu từ hệ thống quang phổ hồng ngoại (FTIR)” nghiên cứu với mục đích đưa nhìn nhận cụ thể vấn đề truy xuất nguồn gốc phân loại gạo ST25, từ đề số giải pháp phân loại sản phẩm gạo ST25 Mục tiêu nghiên cứu - Xác định nhanh nguồn gốc gạo ST25 thiết bị quang phổ hồng ngoại FTIR - Xây dựng phương pháp lập hồ sơ truy xuất nguồn gốc thực phẩm - Phân tích liệu phần mềm XLSTAT cài đặt Excel để phân tích tuyến tính (LDA), phân tích hành phần (PCA), phân tích cụm (AHC) - Xác định hàm lượng kim loại gạo ST25 thiết bị ICP-MS - Xác định độ ẩm, tiêu chất lượng gạo ST25 Các phương pháp nghiên cứu - Phương pháp tổng quan tài liệu: Dựa nghiên cứu khoa học trước để tìm hiểu đặc điểm, tính chất loại giống lúa để đưa phương pháp nghiên cứu phù hợp - Phương pháp xử lí mẫu: mẫu xử lí sau thu mua - Phương pháp thực nghiệm: mẫu tiến hành trình phân tích - Phương pháp phân tích quang phổ quang phổ FTIR: mẫu xong qua trình xử lý chạy máy đo quang phổ - Phương pháp phân tích đa biến: bao gồm kĩ thuật thống kê khác PCA, LDA, AHC, Phương pháp phân tích ICP Đối tượng phạm vi nghiên cứu  Chủ đề: Phân loại sản phẩn gạo ST25  Đối tượng áp dụng khóa luận gạo ST25 trồng khu vực: Sóc Trăng, Bạc Liêu, Kiên Giang  Phạm vi áp dụng: cửa hàng , đại lí, chợ bán gạo địa bàn Hà Nội CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 1.1.1 Khái niệm truy xuất nguồn gốc thực phẩm 1.1.1.1 Khái niệm Theo Liên minh Châu Âu: “Truy xuất nguồn gốc khả cho phép truy tìm tất cơng đoạn trình sản xuất, chế biến, phân phối sản phẩm thực phẩm, sản phẩm thức ăn động vật, động vật dùng để chế biến thực phẩm chất dùng để đưa vào thực phẩm thức ăn cho động vật” 1.1.1.2 Lợi ích việc truy xuất nguồn gốc thực phẩm Những năm trở lại tượng hàng giả, hàng nhái với chất lượng không đảm bảo, nguồn gốc xuất xứ không rõ ràng trở thành nỗi lo âu hàng triệu người tiêu dùng Mặc dù quan chức và doang nghiệp tìm nhiều cách để ngăn cản hàng chất lượng xuất ngóc ngách, từ ngõ chợ đến siêu thị len lỏi vào cuốc sống người dân Truy xuất nguồn gốc loại trừ nhà sản xuất nơng nghiệp quy mô nhỏ không đáp ứng tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm, giúp đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm Theo xu phát triển thị trường, bên cạnh đòi hỏi ngày càng cao nơi doanh nghiệp chất lượng sản phẩm, người tiêu dùng dần ý thức việc tự bảo vệ lợi ích sức khỏe thân Đó là lúc việc truy xuất nguồn gốc thực phẩm, mặt hàng thiết yếu ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏa hàng ngày thực phẩm trở thành tiêu chẩn bắt buộc Về phía doanh nghiệp, truy xuất nguồn gốc thực phẩm giúp kiểm soát rủi ro phát sinh theo dõi, xác minh toàn đường hàng hóa Đây là bước tạo dựng niềm tin cho khách hàng, giúp hàng hóa tiếp cận với quốc tế Bên cạnh đó, truy xuất nguồn gốc hàng hóa góp phần tạo lợi nhuận cho hoạt động thương mại Giúp hàng hóa có nguồn gốc minh bạch tạo hội cạnh tranh [2] [3] qua đường cong phần trăm tích lũy phương sai (khơng thay đổi nhiều từ F3 trở đi) và giảm mạnh độ lớn giá trị riêng F4 và F5 Độ lớn thành phần từ thứ đến thứ 15 (F4 đến F15) nhỏ so với thành phần và 2, khơng cần sử dụng thành phần từ thứ trở để trình bày Bảng 3.6 Ma trận tải hệ số xoay vòng chi phối 3286 2927 1643 1546 1419 1338 1149 1076 995 933 852 763 705 547 524 447 3286 2927 1643 1546 1419 1338 1149 1076 995 933 852 763 705 547 524 524 F1 0,994 0,993 0,890 0,075 0,456 0,583 0,850 0,930 0,979 0,382 0,046 0,011 0,003 0,014 0,001 0,257 F10 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,002 0,001 0,000 0,000 0,001 0,000 0,000 0,001 F2 0,004 0,001 0,099 0,869 0,524 0,397 0,136 0,065 0,002 0,574 0,934 0,968 0,976 0,954 0,913 0,695 F11 0,001 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,002 0,000 0,001 0,001 0,000 0,000 0,001 0,000 0,001 0,000 F3 0,002 0,002 0,004 0,014 0,005 0,009 0,000 0,002 0,018 0,001 0,001 0,009 0,004 0,013 0,000 0.005 F12 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,001 0,000 0,000 0,000 0,000 0,001 F4 0,000 0,005 0,001 0,016 0,009 0,007 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,001 0,014 0,006 0,032 0,018 F13 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,001 0,000 0,000 F5 0,000 0,000 0,001 0,005 0,000 0,001 0,000 0,000 0,000 0,003 0,000 0,01 0,073 0,063 0,044 0,016 F14 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 F6 0,000 0,000 0,002 0,012 0,002 0,001 0,000 0,000 0,000 0,004 0,004 0,007 0,007 0.001 0,010 0,002 F15 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 F7 0,000 0,000 0,002 0,005 0,001 0,003 0,000 00,00 0,001 0,001 0,001 0,002 0,001 0,000 0,000 0,000 F16 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 F8 0,000 0,001 0,001 0,000 0,000 0,001 0,000 0,000 0,000 0,000 0,002 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 F9 0,002 0,000 0,002 0,000 0,000 0,001 0,001 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 41 Ma trận thể tương tác độ hấp thụ quang phổ hồng ngoại bước sóng và thành phần thể bảng 3.6 Giá trị bảng là giá trị ước tính hệ số cho thành phần Các giá trị in đậm tương ứng với biến 705.8188 763.6728 852.3822 524.5429 447.4042 574.683 1546.63 933.3778 1419.351 1338.356 0.75 F2 (6.29 %) 0.5 1149.366 1643.053 1076.084 0.25 995.0887 2927.412 3286.107 -0.25 -0.5 -0.75 -1 -1 -0.75 -0.5 -0.25 0.25 0.5 0.75 F1 (92.87 %) Active variables Hình 3.7 Sự phân bố độ hấp thụ quang phổ hồng ngoại theo 16 bước sóng Kết bảng và hình cho thấy yếu tố xác định chịu trách nhiệm cho việc phân biệt loại gạo: Yếu tố tạo mối liên hệ bước sóng 3286,107 cm–1, 2927,412 cm–1, 1643,053 cm–1, 1338,356 cm–1 ,1149,366 cm–1, 1076,084cm–1, 995,088cm–1; yếu tố bao gồm bước sóng 1546,63 cm–1, 933,377 cm–1, 853,382 cm–1, 763,672cm–1, 705,81 cm–1, 574,683 cm–1 534,54 cm–1; 447,404 cm–1 Như vậy, với việc áp dụng phương pháp phân tích thành phần (PCA) mẫu gạo ST25 thiết bị FTIR, chưa phân biệt loại gạo từ vùng khác nhau: Sóc Trăng, Bạc Liêu Kiên Giang Ta thấy mẫu gạo ST25 trồng Sóc Trăng phân biệt so với loại trồng Bạc Liêu Kiên Giang 3.3 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH PHÂN BIỆT TUYẾN TÍNH ĐỐI VỚI MẪU GẠO ST25 3.3.1 Áp dụng LDA phân biệt địa lý vùng trồng gạo ST25 liệu FTIR Cũng giống thuật toán PCA, thuật toán LDA sử dụng để phân biệt giống gạo Dữ liệu gốc dạng số phổ FTIR sau áp 42 dụng phương pháp Phân tích phân biệt tuyến tính (LDA) thơng qua phần mềm XLSTAT cài đặt tích hợp tảng Excel cho kết sau: Hình 3.8 Biểu đồ LDA giống gạo ST25 Variables (axes F1 and F2: 100.00 %) 0.75 0.5 0.25 524.5429 574.683 763.672 705.8188 1546.63 447.4042852.3822 933.3778 1419.351 1149.366 1076.084 1338.356 995.0887 1643.053 2927.412 3286.107 -0.25 -0.5 -0.75 -1 -1 -0.75 -0.5 -0.25 0.2 0.5 0.75 F1 (91.42 %) Hình 3.9 Biểu đồ phân bố độ hấp thụ quang phổ giống gạo ST25 Bảng Ma trận đánh giá nhầm lẫn cho kết xác nhận chéo Mẫu SSóc Trăng Kiên Giang Bạc Liêu Tổng % Sóc Trăng 24 0 12 100% Kiên Giang 12 12 100% Bạc Liêu 0 12 12 100% Tổng 24 12 12 48 100% 43 Đối với việc áp dụng kỹ thuật LDA, mẫu gạo phân loại dựa vào mơ hình dự đốn nhóm dựa độ hấp thụ quang phổ hồng ngoại Các mẫu phân nhóm thành nhóm dựa phương pháp này với độ xác 100% Hình mơ tả biểu đồ phân tán hai chiều F1 và F2, thể trực quan phân tách nhóm khơng gian đa chiều Các điểm màu hình elip và điểm nằm hình elip thuộc nhóm (1 giống gạo ST25) điều này nhìn thấy dễ dàng Bảng Tương quan hợp quy hệ số hàm phân biệt hợp quy Bước sóng F1 F2 3286,107 0.908 -0.087 2927,412 0.895 1643,053 Bước sóng F1 F2 995,08 0.886 0.024 -0.042 933,37 0.385 0.068 0.736 -0.033 852,38 -0.455 0.126 1546,63 -0.062 0.07 763,67 -0.398 0.116 1419,251 0.381 0.061 705,81 -0.358 0.114 1338,356 0.513 0.039 574,68 -0.213 0.238 1149,366 0.735 0.050 524,54 -0.339 0.271 1076,084 0.814 0.051 447,40 -0.715 0.088 Từ giá trị nhận bảng và hình trình bày trên, cho thấy LDA dễ dàng tách ba nhóm và phân loại xác trường hợp Trên 90% trường hợp kiểm tra chéo và cho kết cách xác Tiếp tục thử nghiệm phương pháp này mẫu gạo ST25 giả Kết thể hình sau: 44 Hình 3.10 Biểu đồ LDA giống gạo ST25 mẫu lạ Variables (axes F1 and F2: 96.14 %) 0.75 F2 (23.84 %) 0.5 0.25 574.683 705.8188 524.5429 852.3822 763.6728 1546.63 -0.25 995.0887 1076.084 1149.366 2927.412 3286.107 1643.053 1338.356 1419.351 933.3778 447.4042 -0.5 -0.75 -1 -1 -0.75 -0.5 -0.25 0.25 0.5 0.75 F1 (72.30 %) Hình 3.11 Biểu đồ phân bố hấp thụ quang phổ giống gạo mẫu lạ Bảng 3.9 Ma trận đánh giá nhầm lẫn cho kết xác nhận chéo Mẫu Sóc Kiên Trăng Giang Bạc Liêu Tổng % Sóc Trăng 24 0 12 100% Kiên Giang 12 12 100% Bạc Liêu 0 12 12 100% Mẫu lạ 0 100% Tổng 24 12 12 54 100% Do có hiệc diễn mẫu lạ nên yếu tố ảnh hưởng đến phân biệt loại gạo ST25 và mẫu lạ bị thay đổi Tuy nhiên, mẫu phân thành nhóm và tách biệt với mẫu lạ với độ xác 100% Như vậy, với 45 việc áp dụng phương pháp phân tích tuyến tính mẫu gạo ST25 thiết bị FTIR, phân biệt loại gạo ST25 trồng vùng khác Đồng sông Cửu Long Hơn phương pháp này cho phép phát mẫu lạ Nhận xét chung: Trong nghiên cứu sử dụng liệu đo mẫu phổ FTIR để tiến hành phân biệt dạng thuật toán là HCA, PCA và LDA, là dạng thuật tốn thường sử dụng để phân biệt nguồn gốc phân loại đối tượng Dữ liệu FTIR lựa chọn lấy 16 bước sóng để áp dụng vào thuật toán phân biệt Từ kết phân biệt thuật toán HCA, PCA LDA, có số nhận xét chung sau: Thuật tốn HCA khơng phân biệt xác nhóm đối tượng mẫu Ngay để phân biệt giống bị nhầm lẫn Tuy nhiên thuật tốn HCA lại phù hợp để lập hồ sơ cho đối tượng mẫu Do nghiên cứu nên sử dụng HCA để lấy thông tin hồ sơ đối tượng mẫu Sử dụng thuật toán PCA LDA phân biệt nguồn gốc gạo ST25 xác đến cấp tỉnh, cịn cấp thấp khơng thể sử dụng liệu FTIR liệu khơng ổn định - Phương pháp phân biệt PCA LDA giống Một số chỗ LDA có khả tách biệt tốt PCA, thể qua khoảng cách điểm với Ta thấy số chỗ LDA tách tốt số chỗ PCA lại tách tốt Do đưa vào áp dụng thực tế để truy xuất nguồn gốc phân biệt nhóm mẫu cần phải sử dụng phương pháp để đánh giá lựa chọn phương pháp tối ưu Phương pháp phân tích FTIR đơn giản, cho kết phân tích nhanh, nên phân biệt vùng địa lý và đến đơn vị hành cấp tỉnh phân biệt giống gạo ST25 sử dụng phép đo này sau áp dụng phương pháp thống kê để phân biệt truy xuất nguồn gốc gạo ST25 Phương pháp này có ưu điểm nhanh rẻ tiền mà cho độ xác cần thiết Bộ số liệu thống kê không phức tạp 46 3.4 XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP TRUY XUẤT NGUỒN GỐC THỰC PHẨM Từ kết nghiên cứu tối ưu hóa điều kiện lập hồ sơ gạo ST25 phần trước đó, tiến hành xây dựng phương pháp lập hồ sơ và truy xuất nguồn gốc thực phẩm Phương pháp truy xuất nguồn gốc thực phẩm mục tiêu đặt nghiên cứu Việc lập hồ sơ thực phẩm phần để quản lý và đảm bảo chất lượng thực phẩm phần là để truy xuất nguồn gốc thực phẩm Nghiên cứu này tiến nghiệm với việc áp dụng thuật toán PCA và LDA để phân biệt nguồn gốc thực phẩm với liệu đo đạc FTIR Do việc tiến hành xây dựng phương pháp truy xuất nguồn gốc dựa hai phương pháp Quy trình thực Hình 3.12 Sơ đồ quy trình phương pháp truy xuất nguồn gốc thực phẩm FTIR Mô tả bước thực quy trình truy xuất nguồn gốc phương pháp hóa học thiết bị FTIR sau: Bước – Thu nhận mẫu: Các mẫu thu nhận cần đảm bảo có đầy đủ thơng tin: loại giống, nguồn gốc xuất xứ, thương hiệu 47 Bước - Xử lý mẫu: Tùy thuộc vào loại mẫu ta chọn quy trình xử lý khác nhau, ví dụ xử lý mẫu rắn ( gạo, mì tơm, hạt tiêu ) Tiến hành nghiền xay mẫu trước sàng qua rây Mesh 60 (250µm) Mesh 100 (149µm) Giữ lại mẫu rây Mesh 100 (149 - 250µm) Tiếp theo, sấy mẫu thời gian nhiệt độ phù hợp ( ví dụ sấy gạo nhiệt độ 55ºC 6-8 tiếng), để nguội mẫu bình hút ẩm thời gian 30 – 45 phút sau lấy từ máy sấy Lấy khoảng 10g mẫu đựng túi zip có mã hóa để đo FTIR, phần lại lưu và bảo quản Hoặc xử lý mẫu lỏng (bia, rượu ) cần mã hóa mẫu cho mẫu vào bình chứa mẫu phù hợp để chuyển bị đo FTIR Bước – Đo quang phổ hồng ngoại mẫu mẫu: Bật chờ khoảng 30 phút để máy hoạt động ổn định; sau cài đặt chế độ quét khoảng từ 400 - 4000 cm-1 với 32 lần quét Tiến hành đo cho 1g mẫu lên khu vực đo, mẫu đo lần, đo thêm xuất sai lệch lớn Lấy số liệu trung bình lần đo lấy số liệu đại diện lần đo và lưu file liệu máy tính Bước - Xử lý số liệu Unscrambler X 10.4: để đưa liệu phổ dạng spreadsheet (dạng số), từ liệu phổ dạng hình ảnh lựa chọn lấy giá trị đỉnh cực đại Sau đó, chọn 15 – 20 bước sóng Bước – Test PCA LDA: Các liệu áp dụng phương pháp thống kê đa biến (PCA LDA) thông qua phần mềm XLSTAT cài đặt tích hợp tảng Excel Thiết lập thông số phần mềm XLSTAT để đạt độ tin cậy >95% Sau xác định độ xác, 90% thực lại bước xử lý đo lại mẫu, 90% tiếp tục bước Bước - Đưa liệu lên Orichain ( tảng xác định nguồn gốc thực phẩm dựa thành phần hóa học): Dữ liệu định dạng theo file CSV Đưa số liệu cần truy xuất lên hệ thống theo danh mục thiết lập Bước – Nhận kết quả: Kết hiển thị phần mềm Orichain với thông số nhận diện mẫu cần truy xuất giống gì, sản phẩm cơng ty nào, trồng khu vực địa lý xác phần trăm 48 Phương pháp truy xuất nguồn gốc thực phẩm thực FTIR đạt độ xác lên đến 98% 3.5 XÁC ĐỊNH MỘT SỐ CHỈ TIÊU GẠO ST25 3.5.1 Xác định hàm lượng kim loại gạo ST25 Bảng 3.10 Hàm lương kim loại gạo ST25 ( đơn vị ppm) Tỉnh Sóc Trăng Kiên Giang Bạc Liêu Li 0,13595 0,13275 0,05505 Be - - - 11 B - - - 23 Na 8,81765 6,77485 3,4666 24 Mg 16,6192 13,66715 15,1025 27 Al 1,0995 1,59585 0,5645 39 K 63,1336 53,71665 54,95535 44 Ca 45,0641 14,503 16,81085 48 Ti 0,2377 0,1841 0,2009 51 V 0,04565 0,03495 0,0282 52 Cr 4,4196 1,5832 1,126 55 Mn 1,6631 0,7898 1.34045 57 Fe 25,10045 7,4275 9,56105 59 Co 0,03275 - 0,0152 60 Ni 2,7092 0,56945 0,79853 63 Cu 0,3091 0,0529 0,2054 66 Zn 6,65385 3,6997 5,04815 75 As - - - 80 Se - - - 93 Nb - - 0,0511 49 98 Mo 0,06695 0,0364 0,07665 107 Ag - - - 111 Cd 0,023 0,0234 0,0229 115 In 0,02885 0,02875 0,02875 121 Sb 0,00665 0,00525 0,0054 138 Ba 0,64705 0,8151 0,75225 202 Hg 0,02245 0,0199 0,0179 208 Pb 0,1066 0,10595 0,1112 209 Bi 0,08825 0,08825 0,08815 Nhận xét: Sau áp dụng phương pháp ICP-MS để đo hàm lượng kim loại giống gạo trồng Sóc Trăng, Bạc Liêu, Kiên Giang thu hàm lượng kim loại mẫu khác Nếu so sánh với QCVN08:2008/BTNMT [7], QCVN 02:2008 BYT [8] kim loại có hàm lượng mức cho phép, đạt yêu cầu 50 3.5.2 Xác định độ ẩm gạo ST25 Bảng 11 Độ ẩm gạo ST25 [6] Khối Khối lượng lượng trước sau sấy (g) sấy (g) Độ ẩm (%) Kết luận STT Nơi trồng Nơi mua Sóc Trăng Mỹ Đình 4,3 14 Đạt Sóc Trăng Chợ Nghĩa Tân 4,4 12 Đạt Sóc Trăng Dương Khuê 4,4 12 Đạt Sóc Trăng Hồng Cơng Chất 4,5 10 Đạt Sóc Trăng Cổ Nhuế 4,3 14 Đạt Sóc Trăng Thanh Xuân 4,4 12 Đạt Sóc Trăng Thanh Xn 4,2 16 Khơng đạt Sóc Trăng Chợ Nghĩa Tân 4,2 16 Khơng đạt Sóc Trăng Mai Dịch 4,4 12 Đạt 10 Kiên Giang Hoàng Quốc Việt 4,5 10 Đạt 11 Sóc Trăng Nguyễn Hồng 4,4 12 Đạt 12 Sóc Trăng Cầu Diễn 4,3 14 Đạt 13 Sóc Trăng Trần Cung 4,3 14 Đạt 14 Hàm Nghi Hàm Nghi 4,4 12 Đạt 15 Kiên Giang Đặng Văn Ngữ 4,5 10 Đạt 16 Sóc Trăng Hoàng Quốc Việt 4,6 10 Đạt 17 Bạc Liêu Long Biên 4,5 10 Đạt Nhận xét: Đa số mẫu gạo ST25 có độ ẩm nhỏ 14,5% đạt yêu cầu độ ẩm gạo Một số mẫu có độ ẩm cao vấn đề bảo quản, túi gạo mở mẫu tiếp xúc với khơng khí q lâu 51 3.5.3 Xác định mức xát Bảng 3.12 Mức xát gạo ST25 [10] STT Nơi trồng Mẫu Sóc Trăng Mỹ Đình 2 Sóc Trăng Chợ Nghĩa Tân 1 Sóc Trăng Dương Khuê Sóc Trăng Lần Lần Lần Tỷ lệ xát (%) Mức xát 1 Kỹ 0,67 Kỹ 0,3 Kỹ Hồng Cơng Chất 1 Kỹ Sóc Trăng Cổ Nhuế 1 1,3 Kỹ Sóc Trăng Thanh Xuân 1 0,67 Kỹ Sóc Trăng Thanh Xuân 2 0,67 Kỹ Sóc Trăng Chợ Nghĩa Tân 1 1 Kỹ Sóc Trăng Mai Dịch 0 0,67 Kỹ 10 Kiên Giang Hoàng Quốc Việt 1 1,3 Kỹ 11 Sóc Trăng Nguyễn Hồng 0 0,3 Kỹ 12 Sóc Trăng Cầu Diễn 0 0,67 Kỹ 13 Sóc Trăng Trần Cung 1 0,67 Kỹ 14 Bạc Liêu Hàm Nghi 1 Kỹ 15 Kiên Giang Đặng Văn Ngữ 0 0 Rất kỹ 16 Sóc Trăng Hoàng Quốc Việt 0 0 Rất kỹ 17 Bạc Liêu Thanh Xuân 0 0,3 Kỹ Nhận xét: So sánh với bảng C.1 Đánh giá mức xát gạo [10], thấy đa số mẫu gạo ST25 có tỷ lệ sát kỹ đến kỹ 3.5.4 Xác định độ dài gạo ST25 Kết đo mẫu bất kỳ: L1 = 7,6 L= 7,575 L2 = 7,55 Só sánh với bảng tiêu chất lượng gạo theo TCVN 11889:2017 thấy mẫu gạo đạt tiêu chuẩn độ dài yêu cầu [10] 52 KẾT LUẬN Kết nghiên cứu cho thấy việc áp dụng Quang phổ hồng ngoại (FTIR) kết hợp với kỹ thuật thống kê đa biến bao gồm: Kỹ thuật phân tích thành phần (PCA); Thống kê phân tích phân biệt (LDA) dùng cho việc phân loại gạo ST25 từ vùng trồng khác khu vực Sóc Trăng, Bạc Liêu Kiên Giang Quá trình chạy số liệu bao gồm PCA, theo sau là phương pháp LDA Qua việc khảo sát và đánh giá phương pháp thống kê đa biến khác nhau, khẳng định LDA là phương pháp hiệu dùng để nhận biết mẫu gạo ST25 khác Kết nhận dạng địa lý vùng trồng thể rõ ràng biểu đồ LDA, PCA, phân nhóm khơng rõ ràng cần phải có kỹ thuật tốt phân biệt rõ khác mẫu ST25 Hàm lượng kim loại, độ ẩm, mức xát,chiều dài gạo hầu hết đạt tiêu chuẩn quy định Nhìn chung, mục tiêu đề hồn thành; nhiên, cần phải có nghiên cứu xa để làm rõ tối ưu hóa phương pháp thực nghiệm 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO A TIẾNG VIỆT [1] Cục quản lý chất lượng nông lâm thủy sản, Thánh thức cần thiết truy xuất nguồn gốc hải sản Việt Nam, 2019 [2] Phan Thị Thanh Hiền, Nguyễn Thị Vân, Trần Thị Bích Thủy, Bài giảng Truy xuất nguồn gốc thực phẩm, Đại học Nha Trang, 2013 [3] Cổng thông tin điện tử tỉnh Sóc Trăng, Gạo ST25 vinh danh gạo ngon giới 2019 [4] PGS TS Nguyễn Quang Trung, Phát triển phương pháp profiling cho số đối tượng thực phẩm từ thực vật Việt Nam, Hà Nội, 2019 [5] TS Lê Trường Giang, Phân loại nhanh gạo miền Bắc Việt Nam phương pháp quang phổ FTIR kết hợp với đo hóa học, Viện Hóa học, 2020 [6] ISO 712:2009, Ngũ cốc sản phẩm từ ngũ cốc - xác định độ ẩm [7] QCVN 08:2008/BTNMT- Chất lượng gạo [8] QCVN 02:2008/BYT - Chất lượng gạo [9] Nguyễn Thị Minh Tú, Giáo trình kiểm định truy xuất nguồn gốc thực phẩm, NXB Đại học Bách Khoa, 2016 [10] TCVN 11889:2019 Gạo trắng thơm B TIẾNG ANH [11] K Ariyama, M Shinozaki, a Kawasaki, Determination of the geographic origin of rice by chemometrics with strontium and lead isotope ratios, 1628-1634, 2012 [12] P L Fernández-Cáceres, M.J Martin, F Pablos, Differentiation of tea (Camellia sinensis) varieties and their geographical origin according to their metal content, J Agric Food, 4775-4779, 2001 [13] E J N Marques, S.T de Freitas, M.F Pimentel, Rapid and nondestructive determination of quality parameters in the Tommy Atking mango using a novel handheld near infrared spectrometer,1207-1214, 2016 54 [14] F Alabdi, Carob origin classification by FTIR Carob origin classification by FTIR, 1020-1029, 2011 [15] XLSTAT- DISCRIMINANT ANALYSIS (DA) [16] Daniel Granato, Janio S Santos, Trends in Food Science and Technology, 83-90, 2018 [17] J Schneider, Al Communications, 169-190, 2017 [18] A Dogan, FTIR spectroscopic characterization of irradiated hazelnut (Corylus avellana L.), Food Chemistry, 1106-1114, 2017 [19] R Lahlali, Y Jiang, S Kumar, C Karunakaran, X.Liu, ART-FTIR spectroscopy reveals involvement of lipids and proteins of intact pea pollen grains to heat stress tolerance, Front Plant Sci, 747, 2014 [20] IR Spectrum Table and Chart [21] R Davis, L.J Mauer, Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy: a rapid tool for detection and analysis of food borne pathogenic bacteria, 1582-1594, 2010 [22] S Krimm, J Bandeker, Vibrational spectroscopy and conformation of peptides, polypeptides, and proteins, 181,364, 1986 [23] S Ngarize, H Herman, A Adams, N Howell, Comparison of changes in the secondary structure of unheated, heated, and high-pressure-treated β Lactoglobulin and Ovalbumin proteins using Fourier 6470-6477, 2004 55 ... góp ý thầy để báo cáo em hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng năm 2022 Sinh viên: Linh MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG DANH MỤC CHỮ... Diễn GST12 500g 13 Sóc Trăng Trần Cung GST13 500g 14 Bạc Liêu Hàm Nghi GST14 500g 15 Kiên Giang Đặng Văn Ngữ GST15 500g 16 Sóc Trăng Hoàng Quốc Việt GST16 500g GST17 500g 17 Bạc Liêu Long Biên