基于D-葡萄糖為顯色標準物的棉糖色度定量法

買合布熱提古麗·艾尼瓦爾，賈麗霞

（新疆大學紡織與服裝學院，新疆烏魯木齊 830046）

原棉中的糖分包括單糖和低聚糖。單糖來自棉株，主要有葡萄糖和果糖，低聚糖由棉鈴吐絮后被昆蟲取食形成［1-2］，主要有蔗糖、海藻糖和松三糖［3-5］等。單糖自身具有還原性，低聚糖在酸性條件下才可水解成還原性單糖。棉糖定量檢測方法有ISO/DIS 18068—2014《棉纖維 糖含量的試驗方法 分光光度法》、GB/T 16258—2018《棉纖維含糖試驗方法 分光光度法》［6］等，多以D-果糖作為顯色標準物，利用還原糖與3,5-二羥基甲苯發生顯色反應后的吸光度計算棉糖含量［7］。為克服分光光度法線性擬合波動性大的缺點，本研究建立一種基于色度參數的主成分定量法［8］，以D-葡萄糖作為顯色標準物，采用多色度參數指標綜合評價的主成分分析法表征原棉含糖量。

1 實驗

1.1 試劑與儀器

試劑：D-葡萄糖、D-果糖（質量分數大于等于99%，分析純，天津市致遠化學試劑有限公司），3,5-二羥基甲苯（分析純，天津市天新精細化工開發中心），硫酸（1.84 g/mL，分析純，天津市富宇精細化工有限公司），脂肪醇聚氧乙烯醚（工業級，廣州金瑞鷹生物科技有限公司），棉樣1（石河子棉花所西五地），棉樣2（博樂烏圖布拉格鎮機場博州農業開發中心），棉樣3（瑪納斯實驗站）。

儀器：Ultra Scan PRO 色度儀（美國Hunter Lab 公司），DDS-307 紫外-可見分光光度計（上海儀電分析儀器有限公司），DZKW-D-1 恒溫水浴鍋、HS.Z68.5電熱蒸餾水器（北京永光明醫療儀器有限公司），CP153電子天平（上海菁海儀器有限公司）。

1.2 標準溶液的配制

D-葡萄糖標準溶液、D-果糖標準溶液：按GB/T 16258—2018配制。

1.3 測試

色度：參照GB/T 8424.1—2001《紡織品 色牢度試驗表面顏色的測定通則》用色度儀測定［9］，用SPSS 22.0、Origin8.0軟件處理與分析參數［10-12］。

2 結果與討論

2.1 色度線性擬合方程

由圖1 可知，D-葡萄糖用量與b*、C、L*、T 和K/S值均呈現較強的線性關系，且擬合方程的斜率都比D-果糖大。以K/S 值為例，D-葡萄糖和D-果糖的K/S值斜率差值為1.25。以D-葡萄糖作為顯色標準物可增加實驗的靈敏度和可靠性。另外，a*、X、Y、Z 和h 也具有類似的線性關系。

圖1 b*、C、L*、T 和K/S 值的線性擬合方程

2.2 色度參數相關性

由表1 可知，D-葡萄糖和D-果糖對稱矩陣的所有相關性系數都大于0.900，說明色度參數相關性很強。當系統設定的顯著性水平為0.05 時，根據方差分析的F 檢驗原則，色度參數間的Sig.（顯著性）取值均小于0.05，說明相應色度參數間影響顯著。

表1 5 個色度參數的相關性矩陣與顯著性檢驗結果

由表2 可以看出，D-葡萄糖對稱矩陣除了a*與L、K/S 值相關性系數低于0.500 外，其他色度參數間的相關性系數都大于0.500；D-果糖對稱矩陣的相關性系數都大于0.500。

表2 10 個色度參數的相關性矩陣

2.3 主成分F 模型的建立

根據主成分分析［8］，主成分F 模型可以分別表達為D-葡萄糖和D-果糖10 個色度參數的線性組合，公式分別為：F10D-葡萄糖=0.108L*+0.065a*-0.108b*-0.108C+0.109X+0.108Y+0.108Z+0.109h+0.108T-0.104×K/S 值；F10D-果糖=0.104L*+0.089a*-0.104b*-0.104C+0.104X+0.104Y+0.104Z+0.104h+0.104T-0.100×K/S 值。以含糖量變化的主成分F 值為縱坐標、原棉含糖量為橫坐標，擬合出的線性方程如圖2 所示。經過擬合，主成分F10D-葡萄糖和F10D-果糖與含糖量呈現線性關系，F10D-葡萄糖擬合方程的斜率較大，二者斜率差值為0.126。包含與色度參數有關的所有信息，可降低依靠其中某單一色度參數進行檢驗的波動性。

圖2 主成分F10D-葡萄糖與F10D-果糖模型線性擬合

2.4 參數的選擇與建模的影響

為了檢驗參數選擇對模型的影響，采用相同的建模方法，選用L*、b*、C、T 和K/S 值5 個色度參數進行驗證，公式分別為：F05D-葡萄糖=-0.204L*+0.202b*+0.201C-0.204T+0.199×K/S 值；F05D-果糖=-0.204L*+0.202b*+0.202C-0.204T+0.198×K/S值。主成分F05D-葡萄糖和F05D-果糖隨含糖量變化的擬合線性方程見圖3。與圖2 相比，F05D-葡萄糖和F05D-果糖表現出相同的主成分數目、線性擬合規律以及數據選擇的影響；無論是正相關還是負相關，D-葡萄糖用量與色度參數間擬合方程的斜率都比D-果糖大，二者斜率差值為0.119，但擬合出的線性方程斜率符號正好相反。

圖3 主成分F05D-葡萄糖與F05D-果糖模型線性擬合

2.5 實證研究

棉樣1、2、3的色度參數如表3所示。

表3 棉樣1、2、3 的色度參數

將棉樣的平均色度參數分別代入F10D-葡萄糖和F05D-葡萄糖公式，得到F 值（60.688 842、-36.567 657）后再代入相應的線性模擬方程，可得到模型的棉樣含糖量（0.025 5、0.027 5），2 個建模方法一致性較好，斜率差值為0.659。

3 結論

（1）與D-果糖類似，D-葡萄糖用量與b*、C、L*、T和K/S 值均呈現較強的線性關系。無論是正相關還是負相關，D-葡萄糖擬合方程的斜率都比D-果糖大。另外，a*、X、Y、Z 和h也具有類似的線性關系。

（2）以D-葡萄糖作為顯色標準物，分別建立基于5個色度參數或10個色度參數的棉糖主成分模型，實證結果表明建模方法的一致性較好，二者斜率的差值為0.659。