1

SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP PHỤ CẬN HỒNG NGOẠI
(NIRS) ĐỂ XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA KHÔ DẦU ĐỖ
TƯƠNG VÀ BỘT CÁ.
Đ
Văn Mười
1
,Vũ Chí Cương
2
, Phạm Bảo Duy
2
, Nguyễn Sức Mạnh
2
, Bùi Thị Thu Hiền
2
.

ABSTRACT
Near infrared reflectance spectroscopy (NIRS) were used to predict the chemical composition of fish meal,
soybean cake (dry matter - DM, crude protein - CP, crude fibre - CF and Fat). Samples were analysed by
reference methods and spectra collected using a NIR spectrophotometer in eflectance (1100–2500 nm). It
was revealed that the NIRS based calibration equations can be accurately predicted chemical compositions
of fish meal, soybean cake.
The following equations can be used for determination of DM, CP, Fat and CF of soybean cake: DM_Lab9
= 2.627 + 0.9710 DM_NIRS; CP-Lab 11= 0.770 + 0.9825 CP_NIRS; Fat_Lab13 = 0.0717 + 0.9582
Fat_NIRS; CF_Lab15 = - 0.0301 + 1.003 CF_NIRS.
The following equations can be used for determination of DM, CP of fish meal: DM_Lab = - 3.451 +
1.040 DM_NIRS; CP_Lab = - 0.326 + 1.003 CP_NIRS
Keywords: NIRS, calibration, prediction, equation.


mốc và các chất phụ gia trộn trong nguyên liệu cũng có thể ñược phát hiện thông
qua các phổ sau khi sử dụng phần mềm chuyên dụng (Givens and Deaville, 1999).
Xuất phát từ các ứng dụng trên của kỹ thuật NIRS chúng tôi tiến hành ñề tài:
"S ụng ỹ thuật quang phổ ấp phụ ận ồng ngoại (NIRS) ñể xác ñịnh
thành phần hoá học c
a khô dầu ñỗ tương và bột cá." với mục tiêu: Xây dựng
các phương trình chẩn ñoán thành phần hoá học của của khô dầu ñỗ tương và bột
cá từ các số liệu phổ hấp phụ trên máy NIRS và số liệu phân tích thông thường.

N I DUNG VÀ PH NG PHÁP NGHIÊN C U
Đề tài ñược tiến hành từ tháng 5/2005 ñến tháng 12/2007 tại Bộ môn dinh
dưỡng thức ăn chăn nuôi và ñồng cỏ, Trung tâm Thực nghiệm và Bảo tồn vật nuôi,
Phòng phân tích tại Viện Chăn nuôi với các vật liệu là các mẫu: khô dầu ñỗ tương
và bột cá ñã xác ñịnh thành phần hóa học. Để tiến hành ñề tài này, phải tiến hành
các nội dung (các bước) nghiên cứu sau:
- Xác ñịnh phổ hấp phụ cận hồng ngoại của khô dầu ñỗ tương và bột cá ñã
xác ñịnh thành phần hóa học.
- Xây dựng ñường hồi qui chẩn ñoán thành phần hoá học của khô dầu ñỗ
tương và bột cá từ các số liệu về phổ hấp phụ cận hồng ngoại và thành phần hóa
học
- Áp dụng phương trình hồi qui tìm ñược cho các mẫu khô dầu ñậu tương
và bột cá lấy ngẫu nhiên, không chạy phổ trên máy NIRS ñể kiểm tra ñộ tin cậy
của phương trình.
Phổ hấp phụ cận hồng ngoại của thức ăn ñược xác ñịnh với máy NIRS loại
NIR Systems 5000 Monochromator của hãng Foss, USA với bước sóng từ 1100 -
2500 nm. Phổ và thành phần hóa học sau ñó ñược xử lý bằng phần mềm WinISI.
Từ kết quả chạy trên máy NIRS và nhờ phần mềm Winisi chúng ta có ñược
hai bộ số liệu về thành phần hóa học phân tích trong phòng thí nghiệm và thành
phần hóa học chẩn ñoán trên máy NIRS. Từ hai bộ số liệu này, sử dụng kỹ thuật
3

chẩn ñoán với máy NIRS, b là hệ số. Minitab 14.0 (2003). Excel (2003)
Để kiểm tra ñộ tin cậy của các phương trình chẩn ñoán: Các phương trình
hiệu chỉnh từ NIRS ñược dùng cho loại thức ăn mà số liệu của nó không dùng ñể
lập các phương trình hiệu chỉnh với NIRS. So sánh bộ số liệu tính từ phương trình
chẩn ñoán với bộ số liệu phân tích bằng T-student (Paired test) chúng ta sẽ có kết
luận về ñộ chính xác của các phương trình chẩn ñoán. Chỉ các phương trình cho
giá trị xác xuất P
0,05 mới ñược chấp nhận ñể dùng.

K
T QU VÀ TH O LU N
KHÔ D U T NG
Kết qu chẩn ñoán , CP, CF, Fat của khô ñỗ
Kết quả chẩn ñoán DM, CP, CF và Fat của khô ñỗ từ NIRS ñược trình bày
ở các bảng1, bảng 2. Kết quả này cho thấy chẩn ñoán DM, CP, CF và Fat của khô
ñỗ bằng NIRS có SEC (Standard error of calibration - sai số của phép ño) chấp
nhận ñược (0,1202 ñến 0,
, và SECV (sai số của phép ño sau khi ñã hiệu
chỉnh -the standard error for cross validation) cũng ñủ nhỏ ñể không gây sai số quá
lớn của phép ño (0,1286 ñến 0,
.

Bảng 1: Kết quả chẩn ñoán DM, CP, CF, Fat của khô ñỗ trên máy NIRS
Chỉ tiêu N Mean SD Est. Min Est. Max SEC SECV 1-VR
DM 83

89,4921

0,7968


0,3047

0,3091

2,1374

0,1202

0,1286

0,8258

CF 85

6,3659

0,5086

4,8403

7,8916

0,2277

0,2489

0,7631

Bảng 2: So sánh kết quả phân tích DM, CP, CF, Fat của khô ñỗ với kết quả của NIRS
Chỉ tiêu n Mean SE StDev Min Max

có trên máy NIRS và kết quả phân tích chúng tôi xây dựng ñược phương trình ñể
chẩn ñoán DM, CP, CF, Fat của khô ñỗ trong bảng 3.

Bảng 3: Phương trình hồi quy chẩn ñoán DM, CP, Fat, CF của khô ñỗ với NIRS Kết quả xây dựng phương trình chẩn ñoán ñể chẩn ñoán DM, CP, CF, Fat
của khô ñỗ từ NIRS cho thấy dù số mẫu chưa nhiều nhưng phương trình chẩn
ñoán DM, CP, CF, Fat của khô ñỗ bằng NIRS với số mẫu
80 có R
2
khá cao,
tương ứng là (92,0; 79,8; 68,3 và 80,9) cho DM, CP, CF, Fat. Phương trình chẩn
ñoán DM, CP, CF, Fat của khô ñỗ bằng NIRS với số mẫu = 65 có R
2
khá, tương
ứng là (81,0; 76,8; 62,3 và 80,6) cho DM, CP, CF, Fat.
Áp dụng phương trình hồi qui cho các th c ăn ác ñã làm thí nghiệm tiêu
hoá từ trước ñể ểm tra ñộ tin cậy của phương trình chẩn ñoán của ñỗ
Đối với DM

TT

n Phương trình R
2
R
P

1
88 DM_Lab = 0,827 + 0,9912 DM_NIRS 92,0 0,959

85.0
82.5
80.0
77.5
75.0
S 0.723816
R-Sq 94.1%
R-Sq(adj) 93.8%
DM_Lab = - 2.553 + 1.029 DM_NIRS
Data
Frequency
9590858075
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
MeanStDev N
88.65 2.90023
88.64 2.73423
Variable
DM_lab
DM_NIRS
Histogram of DM_lab, DM_NIRS
Normal


Phương
trình số
5 Sai khác
23

0,551
93,8 0,97

Kết quả cho thấy: với 23 mẫu và chỉ với phương trình có dung lương mẫu
là 65 , kết quả chẩn ñoán bằng phương trình hiệu chỉnh với NIRS cho DM của khô
ñỗ ñã rất tốt: R
2
là 93. , sai khác giữa hai giá trị Mean tính ñược và thực
của 23 mẫu là ñủ nhỏ: 0,551 , hai bộ số liệu tính từ phương trình và số liệu phân
tích 23 mẫu không làm NIRS ñều có phân bố chuẩn và gần như trùng khít.
Như vậy phương trình số 5 có thể dùng ñể ước tính DM của khô ñỗ.

Đồ thị 1: Hồi quy giữa giá trị chẩn ñoán (NIRS) với giá trị phân tích phòng thí nghiệm
của khô ñỗ DM)

Đối với CP

Sau khi áp dụng phương trình có số thứ tự 6 trên 18 mẫu ngẫu nhiên chúng

6
Sai khác
18

1,39

0,213

0,903

0,0302

2,77

85,1 0,927

Kết quả cho thấy: với 18 mẫu và chỉ với phương trình có dung lượng mẫu
là 65, kết quả chẩn doán bằng phương trình hiệu chỉnh với NIRS cho CP của khô
ñỗ ñã rất tốt: R
2
là 81,5 , sai khác giữa hai giá trị Mean tính ñược và thực
của 18 mẫu là 1, là ñủ nhỏ, nhỏ hơn nên chấp nhận ñược ñể dùng.
6

CP_NIRS
CP_Lab
50494847464544434241
50
48
46

0
.
7
5
S 0.107790
R-Sq 88.5%
R-Sq(adj) 87.8%
Fat_Lab = - 0.3399 + 1.217 Fat_NIRS
CF_Lab
7.5
7.0
6.5
6.0
5.5
5
.
0
S 0.262890
R-Sq 82.2%
R-Sq(adj) 81.2%
CF_Lab = - 0.0304 + 1.014 CF_NIRS
Hai bộ số liệu tính từ phương trình và số liệu phân tích 18 mẫu không làm
NIRS ñều có phân bố chuẩn và gần như trùng khít. Như vậy phương trình số 6 có
thể dùng ñể ước tính CP của khô ñỗ.

Đồ thị 2: Hồi quy giữa giá trị chẩn ñoán (NIRS) với giá trị phân tích phòng thí
nghiệm của khô ñỗ


0,77 2,24
NIRS-Fat 20

1,3924 0,0533

0,2385

0,8622 1,9967

Phương
trình số
7 Sai kh¸c (%) 20

7,28 1,32 5,91 0,407 18,43
87,8 0,94

Lab-CF 20

6,303 0,136

0,606 4,62 7,32
NIRS-CF 20

6,248 0,121

0,542 4,961 7,119
Phương
trình số
8 Saikhac (%) 20

Fat_Lab
Fat_NIRS
Histogram of Fat_Lab, Fat_NIRS
Normal
Data
Frequency
7.57.06.56.05.55.04.5
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Mean StDev N
6.303 0.606420
6.248 0.542320
Variable
CF_Lab
CF_NIRS
Histogram of CF_Lab, CF_NIRS
Normal

Lab 20 1,3551 0,069 0,3087 0,77 2,24 Fat
NIRS 20 1,3924 0,0533 0,2385 0,8622 1,9967
0,671
Lab 20 6,303 0,136 0,606 4,62 7,32 CF
NIRS 20 6,248 0,121 0,542 4,961 7,119
0,763
BỘT CÁ
Kết quả chẩn ñoán , CP của bột cá trên máy NIRS
Kết quả chẩn ñoán DM, CP của bột cỏ từ NIRS ñược trình bày ở các bảng
7, 8. Kết quả này cho thấy chẩn ñoán DM, CP của bột cỏ bằng NIRS có SEC
(Standard error for callibration)-sai số của phép ño chấp nhận ñược (0,8909 ñến
1,
, và sai số của phép ño sau khi ñã hiệu chỉnh SECV (Standard error for
cross validation) cũng ñủ nhỏ ñể không gây sai số quá lớn của phép ño (0,9332
8

n 1, .Với SEC và SECV không lớn nên không có sự sai khác lớn về các
giá trị: Mean ± SD, Min và Max của DM, CP của bột cỏ phân tích phòng thí
nghiệm và chạy trên máy NIRS. Sai số tính bằng
giữa kết quả phân tich phòng
thí nghiệm (Lab) và kết quả trên NIRS không lớn và tương ứng là: 0,8539; 1,
cho DM, CP của bột cỏ.

Bảng 7: Kết quả chẩn ñoán DM, CP của bột cá trên máy NIRS
Chỉ tiêu n Mean Est. Max Est. Max SEC SECV 1-VR
DM 139

89,0129

94,2023


89,025 0,123 1,473 84,819 94,328 DM
Sai khác

0,8539 0,0569 0,6809 0,00568 3,6468
Lab 143

59,141 0,404 4,835 37,9 68,02
NIRS 143

59,218 0,37 4,421 41,03 67,832 CP
Sai khác

1,974 0,159 1,897 0,0614 15,421 Kết quả xây dựng phương trình chẩn ñoán
, CP của bột cá trên máy NIRS
Sử dụng thuật tóan hồi qui trên MINITAB với hai bộ số liệu là kết quả vừa
có trên máy NIRS và kết quả phân tsích chúng tôi xây dựng ñược phương trình
hiệu chỉnh ñể ñể chẩn ñoán DM, CP của bột cá trong bảng 9.

Bảng 9: Phương trình hồi quy DM, CP của bột cá phòng phân tích và trên máy NIRS
TT

n
Phương tr×nh
R
2
(%) r

ng phương trình hồi qui cho các th c ăn ác ñã làm thí nghiệm tiêu
hoá từ trước ñể
ểm tra ñộ tin cậy của phương trình chẩn ñoán DM, CP của
bột cá.
9

Sau khi áp d
ng hai phương trình số thứ tự 16, 18 (có dung lượng mẫu là
100) trên 43 mẫu ngẫu nhiên không chạy NIRS chúng tôi có kết quả ở bảng 10 và
các ñồ thị 4.
Với phương trình có dung lượng mẫu là 100, kết quả chẩn ñoán bằng
phương trình hiệu chỉnh với NIRS cho DM và CP của 43 mẫu bột cá ñã khá tốt. R
2
cho CP là cao 93,5 nhưng R
2
cho DM vẫn chưa cao 63,3. Tuy nhiên sai
khác
giữa hai giá trị Mean tính ñược và thực của 43 mẫu là 0,894 cho DM,
2,338 cho CP là chấp nhận ñược.

Bảng 10: So sánh kết quả phân tích DM, CP của bét c¸ trong phòng thí nghiệm và sử
dụng phương trình chẩn ñoán của NIRS
Chỉ tiêu n Mean SE StDev Min Max R
2
r
Lab-DM 88,971

0,236

1,546

63,3 0,801

Lab-CP 58,099

0,949

6,223

37,9

66,12

NIRS-CP 57,913

0,835

5,475

40,827

66,37

Ph−¬ng
tr×nh 18

Sai khác
43
2,338

0,393

Kiểm tra s
sai khác của các s trung bình
DM_NIRS
DM_Lab
9392919089888786
93
92
91
90
89
88
87
86
85
S 0.936040
R-Sq 64.2%
R-Sq(adj) 63.3%
DM_Lab = 10.72 + 0.8757 DM_NIRS
CP_NIRS
CP_Lab
70656055504540
70
65
60
55
50
45
40
S 1.58853
R-Sq 93.6%

0
Mean StDev N
58.10 6.223 43
57.91 5.475 43
Variable
CP_Lab
CP_NIRS
Histogram of CP_Lab, CP_NIRS
Normal
10

Để kiểm tra lại cả hai phương trình chúng tôi ñã dùng T-student (Paired
test) ñể so sánh từng cặp số liệu về DM, CP của bột cá. Bộ số liệu thứ nhất là bộ
số liệu tính ñược từ phương trình chẩn ñoán, bộ số liệu kia là kết quả phân tích.
Kết quả của phép thử T-student ở phần dưới ñây cho thấy: các giá trị P khi so sánh
Paired test ñều lớn hơn giá trị P 0,05 rất nhiều. Điều ñó có nghĩa là các giá trị
DM, CP của bột cá tính theo các phương trình và giá trị phân tích cho DM, CP, là
không khác nhau có ý nghĩa thống kê hay ñúng hơn chúng hoàn toàn như nhau.
Như vậy hoàn toàn có thể dùng các phương trình trên NIRS ñể chẩn ñoán DM, CP
của bột cá với ñộ chính xác
.

Kết quả sánh T-student (Paired test) của khô dầu ñậu tương
n Mean SE StDev Minimum

Maximum

P
Lab 43


tương: DM_Lab9 = 2,627 + 0,9710 DM_NIRS; CP-Lab 11= 0,770 + 0,9825
CP_NIRS; Fat_Lab13 = 0,0717 + 0,9582 Fat_NIRS; CF_Lab15 = - 0,0301 +
1,003 CF_NIRS.
Có thể dùng các phương trình sau ñây ñể xác ñịnh DM, CP của bột cá:
DM_Lab = - 3,451 + 1,040 DM_NIRS; CP_Lab = - 0,326 + 1,003 CP_NIRS
ĐỀ NGHỊ
Cho áp dụng kết quả nghiên cứu ñể xác ñịnh thành phần hóa học của thức
ăn ñể giảm chi phí phân tích và làm thí nghiệm invivo.
Tiếp tục nghiên cứu theo hướng này cho thức ăn khác và tăng ñộ chính xác
của các phương trình hiện có, ñặc biệt là các phương trình cho Fat, DM và khoáng.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
Barton, F.E., II
Windham, W.R. (1988). Determination of acid detergent fibre and crude
protein in forages by near infrared reflectance spectroscopy: collaborative study. Journal of the
Association of Official Analytical Chemists, 71: 1162–1167.
Boval, M., Coates, D. B., Lacomte, P., Decruyenaere, V and Archimede, H. (2004) Faecal Near-
Infrared Reflectance Spectroscopy (NIRS) to access chemical composition, in vivo digestibility
and intake of tropical grass by Creolo cattle. Animal Feed Science and Technology, Vol 114,
Issues 1-4, 3 May 2004, Pp: 19-29.
Colombini, S., Rapetti, L., Roveda, P., Ursino, A., Pintus, B., Odoardi, M., 2005. Chemical and
nutritional characterization of four grain legume species. Ital. J. Anim. Sci.vol. 4, 173.
11

De Boever , J. L. Cottyn, B. G. De Brander, D. L and Buysse, F. S. (1987) Traitement de la
paille.1. Effet de l’ammoniac sur la compostion, la digestibilité et la valeur alimentaire. Revue de
l'Agric, 40:347.
Dolores, C., Perez-Martin, Ana Garrido-Varo, J. E., Guerrero-Ginel and Gomez-Cabrera, A.
(2004). Near infrared reflectance spectroscopy (NIRS) for the mandatory labelling of compound
feedingstuffs: chemical composition and open-declaration. J. Anim. Feed Sci. Technol. Vol: 116,