KHẢO SÁT THÀNH PHẦN ACID AMIN TRÊN NGUYÊN LIỆU BỘT CÁ THƯỜNG, BỘT CÁ TRA VÀ CÁM GẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH QUANG PHỔ CẬN HỒNG NGOẠI (NIRS)

BỘ GIÁO DỤC và ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CHĂN NUÔI - THÚ Y
****************

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

KHẢO SÁT THÀNH PHẦN ACID AMIN TRÊN NGUYÊN LIỆU
BỘT CÁ THƯỜNG, BỘT CÁ TRA VÀ CÁM GẠO BẰNG
PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH QUANG PHỔ
CẬN HỒNG NGOẠI (NIRS)

Sinh viên thực hiện: HUỲNH THỊ KIM NGÂN
Lớp: DH09TA
Ngành: Công Nghệ Sản Xuất Thức Ăn Chăn Nuôi
Niên khóa: 2009 – 2013

Tháng 08/2013


BỘ GIÁO DỤC và ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CHĂN NUÔI - THÚ Y
****************

HUỲNH THỊ KIM NGÂN

KHẢO SÁT THÀNH PHẦN ACID AMIN TRÊN NGUYÊN LIỆU
BỘT CÁ THƯỜNG, BỘT CÁ TRA VÀ CÁM GẠO BẰNG
PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH QUANG PHỔ
CẬN HỒNG NGOẠI (NIRS)

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng Kỹ sư chăn nuôi
chuyên ngành Thức ăn chăn nuôi

Giáo viên hướng dẫn:
TS. NGÔ HỒNG PHƯỢNG
ThS. NGUYỄN THỤY ĐOAN TRANG

Tháng 08/2013
i


XÁC NHẬN CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Họ và tên sinh viên thực hiện: HUỲNH THỊ KIM NGÂN
Tên luận văn: “Khảo sát thành phần acid amin trên nguyên liệu bột cá
thường, bột cá tra và cám gạo bằng phương pháp phân tích quang phổ cận
hồng ngoại (NIRS)”.
Đã hoàn thành luận văn theo yêu cầu của giáo viên hướng dẫn và ý kiến đóng
góp của hội đồng chấm thi tốt nghiệp khoa ngày…
Giáo viên hướng dẫn

Giáo viên hướng dẫn

ThS. Nguyễn Thụy Đoan Trang

TS. Ngô Hồng Phượng

ii


LỜI CẢM ƠN

Kính dâng lên cô Nguyễn Thụy Đoan Trang cùng cô Ngô Hồng Phượng lời
cảm ơn chân thành và sâu sắc vì đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong suốt quá
trình thực hiện đề tài, đã truyền đạt cho em nhiều kiến thức quý báu giúp em hoàn
thành luận văn tốt nghiệp.
Xin gửi lời cảm ơn đến Ban giám hiệu trường Đại học Nông Lâm TP.HCM,
các thầy cô khoa Chăn nuôi – Thú y và đặc biệt các thầy cô trong Bộ môn Dinh
Dưỡng đã tạo mọi điều kiện tốt nhất để em thực hiện đề tài này.
Cảm ơn tập thể lớp DH09TA đã cho tôi sống những khoảnh khắc sinh viên
đáng nhớ, cảm ơn bạn bè và người thân đã giúp đỡ, ủng hộ động viên tôi trong suốt
thời gian qua.
Thành phố Hồ Chí Minh, ngày……...tháng…….năm 2013
Sinh viên

Huỳnh Thị Kim Ngân

iii


TÓM TẮT
Đề tài “KHẢO SÁT THÀNH PHẦN ACID AMIN TRÊN NGUYÊN
LIỆU BỘT CÁ THƯỜNG, BỘT CÁ TRA VÀ CÁM GẠO BẰNG PHƯƠNG
PHÁP PHÂN TÍCH QUANG PHỔ CẬN HỒNG NGOẠI (NIRS)” được tiến
hành từ tháng 08/2012 đến 08/2013 tại Bộ môn Dinh Dưỡng, Khoa Chăn Nuôi Thú
Y, Trường Đại Học Nông Lâm Tp.HCM. Mục tiêu của đề tài là nhằm xây dựng cơ
sở dữ liệu cho phương pháp phân tích bằng quang phổ cận hồng ngoại (NIRS) đối
với 03 nguyên liệu bột cá thường , bột cá tra và cám gạo. Từ đó xây dựng đường
chuẩn (calibration) phù hợp cho 03 nguyên liệu trên để phục vụ cho việc phân tích
nhanh thành phần acid amin của các loại thực liệu này bằng máy NIRS 5000 và là
tiền đề để xây dựng đường chuẩn cho các nguyên liệu khác.
Sau khi phân tích 149 mẫu bột cá thường, 63 mẫu bột cá tra và 169 mẫu cám

gạo đã có được kết quả như sau:
1. Thành phần protein và acid amin trung bình của các nguyên liệu như sau:
Thành phần protein và acid amin trung bình của 149 mẫu bột cá thường là
đạm thô 58,35%, lysine 3,92 %; methionine 1,49%; cystine 0,50%; met.+cys.
2,00%; threonine 2,31%; tryptophan 056%; arginine 3,36%; isoleucine 2,20%;
leucine 3,90%; valine 2,68%; histidine 1,28%; và phenylalanine 2,20%
Thành phần protein và acid amin trung bình của 63 mẫu bột cá tra bao gồm
đạm thô 58,54%, lysine 4,06%; methionine 1,48%; cystine 0,53 %; met.+cys.
2,00%; threonine 2,35%; tryptophan 0,57%; arginine 3,43%; isoleucine 2,20%;
leucine 3,95%; valine 2,64%; histidine 1,26%; và phenylalanine 2,20%.
Thành phần protein và acid amin trung bình của 169 mẫu cám gạo bao gồm
đạm thô 12,23%, lysine 0,54%; methionine 0,24%; cystine 0,26%; met.+cys.
0,49%; threonine 0,44%; tryptophan 0,16%; arginine 0,95%; isoleucine 0,42%;
leucine 0,84%; valine 0,65%; histidine 0,33%; và phenylalanine 0,53%.
2. Xây dựng được phương trình đường chuẩn phân tích nhanh 13 chỉ tiêu gồm
protein và 12 acid amin cho bột cá thường, bột cá tra và cám gạo trên máy NIR
iv


5000. Đánh giá đường chuẩn bằng các phân tích thống kê cho thấy chỉ tiêu protein
thô và 12 acid amin tương ứng có hệ số tương quan có giá trị rất cao, thường là trên
0,95 ở cả 03 nguyên liệu nêu trên. Những kết quả ban đầu này cho thấy có thể thiết
lập được đường chuẩn cho acid amin với mức chi phí thấp để ứng dụng kỹ thuật
NIRS trong phân tích nhanh thành phần acid amin của nguyên liệu thức ăn chăn
nuôi.

v


MỤC LỤC

Trang
TRANG TỰA .......................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................... iii
TÓM TẮT .............................................................................................................. iv
MỤC LỤC ..............................................................................................................vi
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT .......................................................................ix
DANH SÁCH CÁC BẢNG ..................................................................................... x
DANH SÁCH CÁC HÌNH .....................................................................................xi
Chương 1: MỞ ĐẦU ............................................................................................... 1
1.1 Đặt vấn đề.......................................................................................................... 1
1.2 Mục tiêu và yêu cầu ........................................................................................... 2
1.1.1 Mục tiêu.......................................................................................................... 2
1.2.2 Yêu cầu........................................................................................................... 2
Chương 2: TỔNG QUAN ...................................................................................... 3
2.1 Tổng quan về phương pháp phân tích quang phổ hấp phụ cận hồng ngoại
(NIRS) ..................................................................................................................... 3
2.1.1 Giới thiệu sơ lược về phương pháp phân tích quang phổ cận hồng ngoại
(NIRS) ..................................................................................................................... 3
2.1.2 Cấu tạo của máy NIRS .................................................................................... 4
2.1.3 Giới thiệu về máy NIRS 5000 ......................................................................... 5
2.1.4 Nguyên lý hoạt động của máy NIRS ............................................................... 7
2.1.5 Ứng dụng của phương pháp phân tích cận hồng ngoại NIRS........................... 8
2.1.6 Đường chuẩn máy NIRS ............................................................................... 10
2.1.7 Ưu nhược điểm của phương pháp NIRS: ....................................................... 11
2.1.7.1 Ưu điểm ..................................................................................................... 11
2.1.7.2 Nhược điểm ............................................................................................... 11

vi

2.2 Tổng quan về nguyên liệu thí nghiệm .............................................................. 12
2.2.1 Bột cá thường ............................................................................................... 12
2.2.1.1 Ưu điểm ..................................................................................................... 13
2.2.1.2 Nhược điểm ............................................................................................... 13
2.2.1.3 Sản phẩm bột cá ......................................................................................... 14
2.1.2.4 Phương pháp sản xuất ................................................................................ 16
2.2.2 Bột cá tra ...................................................................................................... 17
2.2.2.1 Ưu điểm .................................................................................................... 18
2.2.2.2 Nhược điểm ............................................................................................... 18
2.2.3 Cám gạo ........................................................................................................ 18
2.3 Tổng quan về acid amin ................................................................................... 22
2.3.1 Định nghĩa .................................................................................................... 22
2.3.2 Phân loại ....................................................................................................... 22
Chương 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP TIẾN HÀNH............................. 25
3.1 Thời gian và địa điểm ...................................................................................... 25
3.2 Đối tượng nghiên cứu ...................................................................................... 25
3.3 Nội dung thực hiện .......................................................................................... 25
3.4 Phương pháp tiến hành..................................................................................... 26
3.4.1 Phương pháp lấy mẫu.................................................................................... 26
3.4.2 Xử lý mẫu ..................................................................................................... 27
3.4.3 Chuẩn bị mẫu trước khi phân tích quang phổ ................................................ 27
3.4.4. Phân tích quang phổ ..................................................................................... 27
3.4.5 Xây dựng cơ sở dữ liệu (đường chuẩn) cho phương pháp NIRS .................... 27
3.4.6 Phương pháp đánh giá ................................................................................... 28
3.5 Xử lý số liệu .................................................................................................... 28
Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................... 29
4.1 Kết quả xây dựng cơ sở dữ liệu để phân tích nhanh thành phần acid amin của
bột cá thông thường ............................................................................................... 29
4.1.1 Thành phần acid amin của bột cá thường ...................................................... 29
vii

4.1.2 Phổ hấp phụ cận hồng ngoại của bột cá thường trên máy NIRS 5000 ............ 30
4.1.3 Đường chuẩn dự đoán nhanh thành phần thành phần acid amin của bột cá
thường ................................................................................................................... 31
4.2 Kết quả xây dựng cơ sở dữ liệu để phân tích nhanh thành phần acid amin của
bột cá tra ................................................................................................................ 33
4.2.1 Thành phần acid amin của bột cá tra ............................................................. 33
4.2.2 Phổ hấp phụ cận hồng ngoại của bột cá tra trên máy NIRS 5000 ................... 34
4.2.3 Đường chuẩn dự đoán nhanh thành phần acid amin của bột cá tra................. 35
4.3 Kết quả xây dựng cơ sở dữ liệu để phân tích nhanh thành phần hóa học của cám
gạo ......................................................................................................................... 36
4.3.2 Thành phần acid amin của cám gạo ............................................................... 36
4.3.2 Phổ hấp phụ cận hồng ngoại của cám gạo trên máy NIR 5000 ...................... 37
4.4.3 Đường chuẩn dự đoán nhanh thành phần acid amin của cám gạo .................. 37
Chương 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ............................................................... 40
5.1 Kết luận ........................................................................................................... 40
5.2 Đề nghị ............................................................................................................ 40
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 41
PHỤ LỤC ............................................................................................................. 44

viii


DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
NIRS

Quang phổ cận hồng ngoại

Near-infrared spectroscopy

VCK

Vật chất khô

KTS

Khoáng tổng số

N

Số lượng mẫu

Mean

Trung bình mẫu

SD

Độ lệch chuẩn

Standard deviation

Est.Min

Giá trị tối thiểu ước lượng

Est.Max

Giá trị tối đa ước lượng

RSQ

R-squared

Hệ số tương quan của đường chuẩn

SEC

Standard error of calibration

Sai số của đường chuẩn

SECV

Standard error of cross validation

Sai số dự đoán

1-VR

One minusthe variance ratio

Hệ số tương quan dự đoán

SE

Standard error

Sai số chuẩn

SEP

Standard error of performance

Sai số chuẩn của kết quả NIR

NRC

National Research Council

Hội đồng nghiên cứu quốc gia

ix


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Trang
Bảng 2.1 Tương tác của các vùng ánh sáng với vật chất .......................................... 3
Bảng 2.2 Một số thông số kỹ thuật của máy NIRS 5000 .......................................... 5
Bảng 2.3 Phạm vi phân tích của phương pháp NIRS ............................................. 10
Bảng 2.4 Thành phần acid amin của một số loại nguyên liệu thức ăn .................... 15
Bảng 2.6 Thành phần xơ và giá trị dinh dưỡng của các nguyên liệu ...................... 20
Bảng 2.7 Thành phần acid amin của cám gạo (mg/g)............................................. 21
Bảng 2.8. Các acid amin thiết yếu của một số loài động vật .................................. 24
Bảng 4.1 Thành phần acid amin của 149 mẫu bột cá thông thường........................ 29
Bảng 4.2. Các tham số của đường chuẩn dự đoán nhanh thành phần acid amin của
bột cá thường .............................................................................................. 31
Bảng 4.3 So sánh kết quả xác định acid amin của bột cá từ đườ ng chuẩn máy NIRS
mới thiết lập với kết quả của Evonik (n=29 mẫu) ........................................ 32

Bảng 4.4 Thành phần acid amin của bột cá tra....................................................... 33
Bảng 4.5 Các tham số của đường chuẩn dự đoán nhanh thành phần acid amin của
bột cá tra ..................................................................................................... 35
Bảng 4.6 So sánh kết quả xác định acid amin của bột cá tra từ đường chuẩn máy
NIRS mới thiết lập với kết quả của Evonik (n=30 mẫu) .............................. 36
Bảng 4.7 Thành phần acid amin của cám gạo ........................................................ 37
Bảng 4.8. Các tham số của đường chuẩn dự đoán nhanh thành phần acid amin của
cám gạo (từ 169 mẫu) ................................................................................. 38
Bảng 4.9 So sánh kết quả xác định acid amin của cám gạo từ đường chuẩn máy
NIRS mới thiết lập với kết quả của Evonik (n=30 mẫu) .............................. 39

x


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Trang
Hình 2.1 Vùng sáng cận hồng ngoại ........................................................................ 4
Hình 2.2 Cấu tạo của máy NIRS ............................................................................. 5
Hình 2.3 Một số vị trí hấp thụ quang phổ cận hồng ngoại........................................ 6
Hình 2.4 Máy NIR 5000 .......................................................................................... 7
Hình 2.5 Sự hấp phụ ánh sáng của liên kết phân tử ................................................. 8
Hình 2.6 Bột cá thường ......................................................................................... 12
Hình 2.7 Bột cá tra ................................................................................................ 17
Hình 2.8 Cám gạo ................................................................................................. 18
Hình 2.9 Sơ đồ vị trí phân bố phần cám trong hạt gạo ........................................... 19
Hình 4.1 Phổ hấp phụ cận hồng ngoại của các chỉ tiêu đạm và acid amin của bột cá
thường trên máy NIRS 5000 ....................................................................... 30
Hình 4.2 Phổ hấp phụ cận hồng ngoại của các chỉ tiêu acid amin của bột cá tra trên
máy NIRS 5000 .......................................................................................... 34
Hình 4.3 Phổ hấp phụ cận hồng ngoại của các chỉ tiêu acid amin của cám gạo trên

máy NIRS 5000 .......................................................................................... 37

xi


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề
Trong điều kiện cạnh tranh của ngành sản xuất thức ăn chăn nuôi hiện nay,
nhà sản xuất vừa phải đáp ứng nhu cầu đa dạng của thị trường vừa phải đảm bảo
chất lượng và giá thành hợp lý để tạo uy tín cho thương hiệu và đem lại lợi nhuận
cao. Về phía người chăn nuôi, để cho việc sản xuất có hiệu quả và tạo ra lợi nhuận
thì chế độ dinh dưỡng hợp lý là một trong những vấn đề quan trọng hàng đầu, cần
cân nhắc nên sử dụng loại thức ăn nào vừa đảm bảo cung cấp đầy đủ và cân đối các
chất dinh dưỡng cho vật nuôi vừa giảm tối đa chi phí sản xuất.
Xuất phát từ những nhu cầu trên, vấn đề dinh dưỡng trong ngành thức ăn
chăn nuôi đã và đang được tập trung nghiên cứu mạnh mẽ. Muốn có một chế độ
dinh dưỡng hợp lý, phải hiểu biết về thành phần và giá trị dinh dưỡng của các loại
thức ăn khi tổ hợp khẩu phần. Khẩu phần thức ăn ảnh hưởng trực tiếp lên sự tăng
trưởng, sức khỏe của vật nuôi, do đó một khẩu phần thức ăn tốt cần đáp ứng đầy đủ
nhu cầu dinh dưỡng của vật nuôi và phải cân đối tất cả các thành phần: protein,
năng lượng, khoáng, vitamin,...v.v. Một trong các thành phần cần phải đặc biệt quan
tâm đến sự cân đối là thành phần acid amin.
Hiện nay có nhiều phương pháp được ứng dụng để xác định thành phần acid
amin trong nguyên liệu thức ăn, phổ biến nhất là phương pháp phân tích hóa học
nhưng phương pháp này khá phức tạp, tốn nhiều hóa chất, mất nhiều thời gian, công
sức. Do đó, một phương pháp phân tích thay thế đã được nghiên cứu và ngày càng
được ứng dụng rộng rãi là phương pháp sử dụng quang phổ hấp phụ cận hồng ngoại
(NIRS – Near Infrared Spectroscopy). Phương pháp này đã được công nhận là
phương pháp phòng thí nghiệm có độ chính xác cao, có nhiều ưu điểm nổi bật so

với các phương pháp truyền thống khác.
1


Nhằm có một cái nhìn khái quát về thành phần acid amin có trong nguyên
liệu thức ăn để xây dựng cơ sở dữ liệu cho phương pháp NIRS, với sự đồng ý của
bộ môn Dinh Dưỡng, khoa Chăn Nuôi – Thú Y, trường đại học Nông Lâm
TP.HCM, dưới sự hướng dẫn của thạc sĩ Nguyễn Thụy Đoan Trang, tiến sĩ Ngô
Hồng Phượng cùng các thầy cô trong bộ môn Dinh Dưỡng, chúng tôi đã tiến thành
đề tài: “Khảo sát thành phần acid amin trên nguyên liệu bột cá và cám gạo
bằng phương pháp phân tích quang phổ cận hồng ngoại (NIRS)”.
1.2 Mục tiêu và yêu cầu
1.1.1 Mục tiêu
- Khảo sát thành phần acid amin của 03 nguyên liệu bột cá thường, bột cá tra
(nguyên liệu cung đạm) và cám gạo (nguyên liệu cung năng lượng).
- Xây dựng cơ sở dữ liệu cho phương pháp phân tích nhanh (NIRS) đối với
03 nguyên liệu trên.
- Xây dựng đường chuẩn (calibration) phù hợp cho 03 nguyên liệu trên để
phục vụ cho việc phân tích nhanh thành phần acid amin của các loại thực liệu này
bằng máy NIRS 5000.
1.2.2 Yêu cầu
- Xác định thành phần protein, 12 loại acid amin (lysine, methionine, cystine,
met.+cys., threonine, tryptophan, arginine, isoleucine, leucine, valine, histidine, và
phenylalanine) của bột cá thường, bột cá tra và cám gạo bằng phương pháp phân
tích nhanh từ đường chuẩn gốc của công ty Evonik.
- Xác định quang phổ của các mẫu nêu trên bằng cách quét mẫu trên máy
NIRS 5000.
- Sử dụng kết quả phân tích từ đường chuẩn gốc với kết quả phân tích quang
phổ của mẫu nguyên liệu để xây dựng đường chuẩn cho máy NIRS 5000.
- Đánh giá phương trình đường chuẩn đã xây dựng được bằng cách so sánh

kết quả dự đoán thành phần acid amin bằng đường chuẩn trên máy NIRS 5000 và
kết quả phân tích hóa học.

2


Chương 2
TỔNG QUAN
2.1 Tổng quan về phương pháp phân tích quang phổ hấp phụ cận hồng ngoại
(NIRS)
2.1.1 Giới thiệu sơ lược về phương pháp phân tích quang phổ cận hồng ngoại
(NIRS)
Phổ điện từ là dải tất cả các tần số có thể có của bức xạ điện từ. Phổ điện từ
của một đối tượng là phân bố đặc trưng của bức xạ điện từ phát ra hoặc hấp thụ bởi
một đối tượng cụ thể. Phổ điện từ được nghiên cứu rất nhiều dùng cho kính quang
phổ để phân tích vật chất.
Bảng 2.1 Tương tác của các vùng ánh sáng với vật chất
Vùng phổ

Tương tác chính với vật chất
Tập hợp các sóng mang khối lượng vật
chất lớn (dao động plasma). Một ví dụ là
dao động của các điện tử trong một
anten
Dao động plasma, quay phân tử
Chuyển động phân tử, dao động plasma
(chỉ trong kim loại)
Kích thích phân tử electron (gồm cả các
phân tử sắc tố tìm thấy trong võng mạc
của người, dao động plasma (chỉ trong

kim loại)
Kích thích các eletron hóa trị của nguyên
tử và phân tử (hiệu ứng quang điện)
Kích thích và đẩy các electron lõi
nguyên tử ra ngoài, hiệu ứng Compton
(đối với hạ nguyên tử)
Phóng năng lượng của các electron lõi

Vô tuyến

Vi sóng tới hồng ngoại xa
Cận hồng ngoại
Ánh sáng nhìn thấy

Tử ngoại
Tia X

Tia gamma
3


nguyên tử nặng, hiệu ứng Compton (đối
với tất cả các nguyên tử), kích thích hạt
nhân nguyên tử, phân ly hạt nhân
Tạo ra cặp hạt – phản hạt. Ở mức năng
lượng rất cao có thể tạo ra một cơn mưa
hạt và phản hạt năng lượng cao khi
tương tác với vật chất

Tia gamma năng lượng cao

Phần hồng ngoại của phổ điện từ nằm trong khoảng 750nm đến 1mm, có thể
được chia thành ba phần nhỏ:
- Vùng hồng ngoại xa (FIR – Far Infrared Reflectance) có phổ điện từ nằm
trong khoảng 10 µm đến 1mm. Bức xạ này thường bị hấp thụ bởi chế độ quay
của các phân tử khí, chuyển động của các phân tử trong chất lỏng và bởi
phonon trong chất rắn.
- Vùng hồng ngoại (IR – Infrared Reflectance) có phổ điện từ nằm trong
khoảng 10µm đến 2,5µm. Bức xạ này bị hấp thụ bởi các dao động phân tử.

- Vùng cận hổng ngoại( NIR – Near Infrared Reflectance) có phổ điện từ
nằm trong khoảng 800nm đến 2500nm. NIRS (Near Infrared Reflectance
Spectroscopy) là phương pháp quang phổ sử dụng khu vực gần hồng ngoại
của quang phổ điện từ ( khoảng từ 800nm đến 2500nm).

Hình 2.1 Vùng sáng cận hồng

4


2.1.2 Cấu tạo của máy NIRS
- Nguồn sáng (Light source): thường dùng đèn tungsten – halogen.
- Bộ phận lọc tách ánh sáng (Monochromator): thường dùng lăng kính hoặc
cách tử nhiễu xạ, có nhiệm vụ phân tích ánh sáng đa sắc thành ánh sáng đơn
sắc.
- Bộ phận chứa mẫu (Sample holder): dùng để chứa mẫu khi quét.
- Bộ phận dò (Detector): thường được làm bằng chì hoặc silicon, dùng để
chuyển năng lượng ánh sáng thành tín hiệu điện.
- Bộ phận đọc (của máy NIRS) và xử lý dữ liệu (của máy vi tính).

Hình 2.2 Cấu tạo của máy NIRS
2.1.3 Giới thiệu về máy NIRS 5000
Bảng 2.2 Một số thông số kỹ thuật của máy NIRS 5000
Dải bước sóng:

800 – 2500nm

Thời gian phân tích:

45 giây/ mẫu

Phần mềm xử lý số liệu:

ISIscan
5


Nhiệt độ hoạt động:

0 – 400C, tối ưu 20 – 250C

Ẩm độ thích hợp:

≤ 50%

Hệ thống làm mát:

Quạt làm mát ở phía sau
máy, ngăn cách bằng tấm
lưới

Cốc đựng mẫu:

Khay hình chữ nhật, diện
tích 6×5 cm

Tính chất của mẫu phân tích:

Mẫu đã nghiền nhỏ

Thời gian chuẫn bị mẫu:

Khoảng 45 giây/ mẫu

Nhóm liên kết hóa học nhạy hấp phụ:

C-H, N-H, O-H

Trục đưa mẫu:

Theo chiều lên xuống

Mặt kính cốc đựng mẫu:

Làm từ halogenua kim loại
kiềm (NaCl hoặc AgCl...)
dễ bị hơi ẩm tác dụng, dễ bị
bám bụi, dầu.

Hình 2.3 Một số vị trí hấp thụ quang phổ cận hồng ngoại

6


Hình 2.4 Máy NIR 5000
2.1.4 Nguyên lý hoạt động của máy NIRS
Khi ánh sáng quang phổ đập vào một ma trận các phân tử của mẫu phân tích,
một phần ánh sáng đi vào mẫu được bộ phận dò thu nhận lại. Nếu các phân tử
không tương tác với ánh sáng, ánh sáng sẽ vượt qua ma trận (không tính đến sự mất
mát do phát tán, khúc xạ, phản xạ và hấp thu). Nếu năng lượng ánh sáng trùng với
năng lượng dao động của phân tử sẽ bị hấp thụ không phản xạ trở lại. Nếu năng
lượng ánh sáng không trùng với tần số dao động của phân tử sẽ bị phản xạ trở lại.
Theo Vũ Chí Cương và cộng sự (2007), nguyên lý hoạt động của máy NIRS
được mô tả như sau:
- Bước 1: chiếu ánh sáng cận hồng ngoại có bước sóng từ 800 – 2500nm tới
mẫu nguyên liệu, ánh sáng này được các cầu nối C-H, N-H, O-H là các thành
tố cơ bản cấu tạo nên chất hữu cơ hấp thụ.
- Bước 2: đo phổ ánh sáng phản xạ có được từ các mẫu và có được kết quả
phổ hấp phụ của mẫu đó.

7


- Bước 3: dùng phần mềm xử lý mối quan hệ giữa kết quả phổ hấp phụ và
kết quả phân tích hóa học của mẫu.

Sự hấp phụ năng lượng ánh sáng phụ thuộc vào cấu
Absorption linkedtạotophân
molecular
composition

tử
Các nguyên
tử trong
một with
phânatử dao
• Atoms
in molecules
vibrate
frequency
to the
molecular
động vớispecific
tần số đặc
trưng
cho liên kết
bond
phân tử
Khi ánh sáng chiếu vào liên kết phân
• When
lightdao
hitsđộng,
this vibrating
molecular
tử đang
nếu không
có cùng
bond, it is reflected when it does not
tần số
động với
kết phân tử,

match
thedao
frequency
of liên
the vibration
ánh sáng sẽ được phản chiếu
Nếu ánh sáng chiếu vào có cùng tần số
với liên
kếthits
phân
đang daomolecular
động, ánh
• When
light
thistửvibrating
sáng
sẽ được
hấp phụ
và phân tử
dao
bond
with
a matching
frequency,
then
this light is absorbed
andhơn
the vibration
động mạnh
intensifies

-

Liên kết hữu cơ hấp phụ ánh sáng cận
hồng ngoại (NIR)

– Organic bonds absorb NIR light!

Hình 2.5 Sự hấp phụ ánh sáng của liên kết phân tử
2.1.5 Ứng dụng của phương pháp phân tích cận hồng ngoại NIRS
Herschel phát hiện ra năng lượng cận hồng ngoại vào thế kỷ 19, nhưng nó
được ứng dụng trong công nghiệp lần đầu tiên vào những năm 1950. Trong các
ứng dụng đầu tiên, NIR chỉ sử dụng như là một phần của các thiết bị quang học
khác sử dụng các bước sóng như tia cực tím (UV), ánh sáng có thể nhìn thấy
(Vis), hoặc giữa hồng ngoại (MIR).
Với việc ra đời sợi quang ánh sáng vào giữa năm 1980 và ứng dụng ánh
sáng đơn sắc, vào đầu những năm 1990 phương pháp NIR đã trở thành một công
cụ mạnh mẽ cho nghiên cứu khoa học.
Vùng bước sóng cận hồng ngoại được chia thành hai khu vực: 780-1100 nm
và 1.100-2.500 nm. Mặc dù được phát hiện khoảng 200 năm trước đây, nhưng
tiềm năng của nó chỉ được khai thác khoảng 30 năm gần đây, để phân tích chất
8


lượng của các mẫu rắn, quang phổ NIR được đo bằng cách phản xạ. Phổ thường
phức tạp với nhiều đỉnh chồng chéo. Việc phát hiện ra vùng cậ n hồng ngoại được
cho là do Norris – một nhà khoa học Mỹ, là người đầu tiên ứng dụng NIRS vào
công nghệ thực phẩm, nông nghiệp bắt đầu vào khoảng năm 1960. Trong những
năm 1980 việc ứng dụng, nghiên cứu về NIRS còn ít, NIRS chỉ sử dụng hạn chế
trong phân tích thức ăn, thực phẩm. Đến những năm 1990 kỹ thuật NIRS mới thật
sự phát triển, việc áp dụng NIRS đã được tập trung hơn vào phân tích hóa học

(Hoeil Chung, 2007).
Phương pháp NIRS được AOAC chính thức công nhận để ước tính:
- Protein thô, ADF (AOAC 989.03).
- Ẩm độ (AOAC 991.01; Barton và Windham, 1988).
- Tinh bột, đường polysaccharides không phải tinh bột, mỡ, dầu, năng
lượng trao đổi, tồn dư thuốc bảo vệ thực vật, độc tố trong ngũ cốc
(Wrigley,1999).
- Chất khô ở các loại cỏ làm thức ăn gia súc (Murray, 1993).
- Kiểm tra các loại thực phẩm (De Boever và cộng sự, 1987).
- Kiểm tra protein bị nhiệt làm biến tính, tồn dư nấm mốc và các chất phụ
gia trộn trong nguyên liệu (Givens và Deaville, 1999).
- Ứng dụng điển hình bao gồm dược phẩm, chẩn đoán y tế (bao gồm xác
định lượng đường và đo oxy trong máu), thực phẩm và kiểm soát chất lượng
nông hoá, nghiên cứu quá trình đốt cháy, cũng như khoa học nghiên cứu
thần kinh nhận thức.

9


Bảng 2.3 Phạm vi phân tích của phương pháp NIRS
Loại thức ăn

Chỉ tiêu phân tích
Vật chât khô; tổng protein thô
(CP), ADF, NDF; protein bị phá
huỷ bởi nhiệt, xơ; tỷ lệ tiêu hoá;
lignin; năng lượng (thuần và năng

Thức ăn thô xanh và phụ phẩm, kể cả
những loại được xử lý hoá học hoặc vật lý

lượng khác); lượng ăn vào;
Alkaloids; nhiễm mốc (chitin và
glucosamine); chất đánh dấu
dysprosium; khoáng; các chất xác
định thành phần thực vật
Năng lượng; protein thô có khả

Khẩu phần hỗn hợp và các chất nguyên

năng tiêu hoá; lysine và thức ăn

liệu thức ăn gồm thức ăn gia cầm và lợn

lợn nái; dầu thực vật; tinh bột;
đường; sulphur
Thức ăn thô xanh; khả năng tiêu
hoá men cellulase; NH3; N; pH;

Thức ăn ủ chua

vật chất khô thật; axit béo bay
hơi; ảnh hưởng của nhiễm đất đến
phân tích NIR; đặc trưng lên men

Các nguyên liệu khác

Phân tích như trên

Tuy nhiên, đối với hầu hết các mẫu thực phẩm, thông tin hóa chất bị che

khuất bởi những thay đổi trong quang phổ do tính chất vật lý như kích thước hạt.
Quang phổ cận hồng ngoại được dựa trên sự kết hợp và rung động phân tử. Khác
với phổ hồng ngoại, phổ cận hồng ngoại xuyên tương đối dễ dàng qua nước và các
mô.
Phương pháp NIRS còn được sử dụng để lập đường chuẩn.
2.1.6 Đường chuẩn máy NIRS

10


Theo Vũ Chí Cương và cộng sự, đường chuẩn được xây dựng bằng cách sử
dụng máy NIRS là một phương trình hồi quy đa tuyến tính biểu thị mối liên hệ giữa
kết quả phân tích hóa học và kết quả của phổ hấp phụ đo được bằng máy NIRS:
Y= a + b1x1 +b2x2 +...+bnxn
Trong đó:
Y là kết quả phân tích hóa học của một mẫu bất kỳ.
a là hệ số tự do.
b là hệ số hồi quy.
x là kết quả phân tích trên máy NIRS.
- Xây dựng đường chuẩn: dùng giá trị x và Y để tìm giá trị b.
- Đánh giá đường chuẩn: dùng giá trị x và b để dự đoán giá trị Y.

- Đường chuẩn được xây dựng bằng nguyên liệu nào thì chỉ sử dụng để phân
tích loại nguyên liệu đó.
- Số lượng mẫu được phân tích hóa học và quét phổ trên máy NIRS càng lớn
thì độ chính xác của đường chuẩn càng đáng tin cậy.
2.1.7 Ưu nhược điểm của phương pháp NIRS:
2.1.7.1 Ưu điểm
- Phân tích nhanh, tiết kiệm thời gian (45 giây/1 mẫu).
- Có thể phân tích được nhiều mẫu trong thời gian ngắn.

- Phân tích được nhiều chỉ tiêu trong một lần phân tích.
- Không làm thay đổi tính chất vật lý và hóa học của nguyên liệu.
- Quá trình chuẩn bị mẫu đơn giản (sấy khô và nghiền nhỏ, hoặc để mẫu
tươi).
- Tránh được ô nhiễm môi trường do hoá chất.
- Tránh được độc hại.
- Không cần nhiều lao động.
- Giá thành phân tích trực tiếp mẫu thấp do không có nhiều quy trình phức
tạp, không tốn hóa chất.
2.1.7.2 Nhược điểm
11


- Chi phí đầu tư ban đầu cao do phải đầu tư máy móc và đầu tư cho quá trính
lập đường chuẩn.
- Độ chính xác của đường chuẩn chỉ dựa trên số lượng mẫu phân tích hóa
học ban đầu, nghĩa là dựa trên số mẫu có trong cơ sở dữ liệu của đường chuẩn.
- Không thực hiện được đối với các mẫu lạ chưa biết rõ.
- Hoạt động của máy NIRS dễ bị ảnh hưởng bởi điều kiện môi trường (nhiệt
độ, ẩm độ).
- Kết quả phân tích có thể không chính xác do một số nguyên nhân như lau
chùi mặt kính của cốc đựng mẫu không kỹ, trộn mẫu không đều trước khi đưa vào
máy quét.
2.2 Tổng quan về nguyên liệu thí nghiệm
2.2.1 Bột cá thường
Bột cá là một loại sản phẩm được chế biến từ thịt cá, cá tạp, cá nguyên
con, các loại cá thứ phẩm của nhà máy chế biến thủy sản cho người (đầu cá,
xương cá) hay các phụ phẩm khác từ quá trình chế biến cá. Những loại cá
thường được dùng để sản xuất bột cá là cá trích, cá mòi, cá cơm.

Hình 2.6 Bột cá thường
Tùy theo nguồn nguyên liệu chế biến, chẳng hạn với các phế liệu từ cá,
cá kém chất lượng chúng ta thu được bột cá chăn nuôi; với cá có giá trị ta được
bột cá thực phẩm. Từ bột cá có thể chế biến thành các sản phẩm cao cấp khác
12


hoặc dùng bột cá để làm giàu thêm lượng đạm, acid amin cần thiết cho các sản
phẩm thực phẩm dùng trực tiếp cho người tiêu dùng.
Ở đây chúng tôi phân biệt bột cá thường và bột cá tra do hàm lượng
protein trong bột cá thường cao hơn bột cá tra, đồng thời do bột cá thường có
nguồn gốc từ cá biển nên hàm lượng muối cũng cao hơn bột cá tra.
2.2.1.1 Ưu điểm
- Tận dụng được nguồn phế liệu và thuỷ sản kém giá trị tạo nên sản
phẩm có giá trị dinh dưỡng cao.
- Cung cấp lượng đạm dễ tiêu hoá cho động vật nhằm phát triển chăn
nuôi.
- Cung cấp chất khoáng (Ca, P, khoáng vi lượng) và vitamin.
- Protein của bột cá là protein hoàn hảo vì chúng chưa đủ các acid amin
không thay thế và có tỉ lệ cân đối với các acid amin so với các loại thực liệu
khác (sử dụng trong khẩu phần của heo, gà cần nhiều protein chất lượng cao).
- Phân biệt bột cá theo mức đạm thô: bột cá 40% đạm, 50% đạm, 60%
đạm.
- Phân biệt bột cá theo hàm lượng muối: bột cá mặn (lượng muối trên
5%) và bột cá lạt (lượng muối dưới 5%).
(Dương Thanh Liêm và cộng sự, 2002)
2.2.1.2 Nhược điểm
- Sử dụng nhiều trong thức ăn làm cho thức ăn có mùi (các mô cơ của cá
có nhiều acid amin tự do nên có mùi đặc trưng, khi sử dụng nhiều trong trong
thức ăn heo, gà trong giai đoạn sắp xuất thịt sẽ tạo mùi cá).

- Dễ bị nhiễm vi sinh vật gây bệnh: Samolnella, E. Coli,…
- Nồng độ muối cao trong bột cá mặn có thể ảnh hưởng xấu đến sức khỏe
của thú nhất là thú non.
- Giá cao.
(Dương Thanh Liêm và cộng sự, 2002)

13