李 理 姜友軍 單曉雪 王 錦 顧雨熹 張宇沖 陳晉瑩

(中儲(chǔ)糧成都儲(chǔ)藏研究院有限公司 610091)

大約一萬(wàn)年前，我國(guó)糧食儲(chǔ)藏就有記載。古代各朝代都致力于修建倉(cāng)庫(kù)用于糧食的儲(chǔ)存，人們也累積了較多的儲(chǔ)藏經(jīng)驗(yàn)。隨著我國(guó)糧油儲(chǔ)藏技術(shù)的發(fā)展，與之對(duì)應(yīng)的自主創(chuàng)新能力也得到了明顯提升[1]。探究?jī)?chǔ)藏過(guò)程中糧食品質(zhì)變化及其密切相關(guān)的質(zhì)量指標(biāo)變化情況,對(duì)于指導(dǎo)糧食何時(shí)輪換意義重大[2]。

作為新興的技術(shù)革命，大數(shù)據(jù)對(duì)人們生活的各方面產(chǎn)生了重大影響[3]。大數(shù)據(jù)指的是通過(guò)對(duì)大量的、來(lái)源復(fù)雜的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納、總結(jié)與分析，有效提升其使用價(jià)值[4-5]。而糧食企業(yè)正好需要將長(zhǎng)期積累的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行重新歸納與整合[6]，從多角度發(fā)現(xiàn)其中隱藏的價(jià)值和規(guī)律，進(jìn)而指導(dǎo)糧食科學(xué)的、安全的儲(chǔ)藏，并把糧食科學(xué)安全儲(chǔ)藏上升到細(xì)致化管理層面[7-8]。

本研究基于南方地區(qū)(包括江蘇、浙江、安徽、福建、江西、湖北、湖南、廣州、廣西、四川、貴州、云南等省份)相關(guān)糧食儲(chǔ)存庫(kù)點(diǎn)歷年質(zhì)量品質(zhì)數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)分析已有糧食質(zhì)量檢查情況，掌握不同區(qū)域的糧食質(zhì)量變化情況及儲(chǔ)存品質(zhì)變化情況，探索不同地區(qū)、不同品種的糧食質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及合理輪換周期，為不同地區(qū)糧食保質(zhì)的技術(shù)措施提供一定的實(shí)際參考價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源與提取

1.1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源 本文所用的數(shù)據(jù)來(lái)源于南方地區(qū)相關(guān)糧食儲(chǔ)藏省份儲(chǔ)存庫(kù)點(diǎn)歷年質(zhì)量品質(zhì)數(shù)據(jù)(如圖1)，采集數(shù)據(jù)的周期為半年1次，一年2次。

1.1.2 數(shù)據(jù)提取 以庫(kù)點(diǎn)為單位，按時(shí)間順序從歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中把收集到的糧食質(zhì)量品質(zhì)相關(guān)的數(shù)據(jù)提取到Excel表格中，然后從表格中篩選出每一批糧食的質(zhì)量品質(zhì)指標(biāo)數(shù)據(jù)；剔除異常值和空值，最終選出總計(jì)54052條數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

1.2 分析方法

本文主要針對(duì)南方地區(qū)的玉米、粳稻、秈稻和大豆進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。其中玉米、粳稻及秈稻主要分析脂肪酸值，大豆則主要分析粗脂肪酸價(jià)。具體來(lái)說(shuō)，分析中以2015年春季入庫(kù)的糧食質(zhì)量數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，連續(xù)提取1年、1.5年、2年、2.5年的數(shù)據(jù)；分別運(yùn)用皮爾遜相關(guān)系數(shù)分析方法以及灰色關(guān)聯(lián)度分析方法對(duì)不同品種糧食的連續(xù)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究。

2 結(jié)果與討論

2.1 玉米、粳稻及秈稻脂肪酸值

2.1.1 玉米、粳稻及秈稻脂肪酸值變化情況 以2015年玉米、粳稻及秈稻春季入庫(kù)儲(chǔ)存2.5年、2年、1.5年、1年的脂肪酸值數(shù)據(jù)作為起始點(diǎn)分析(其中“201501”表示2015年春季入庫(kù)儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)，依次類推)，從圖2可以看出，玉米脂肪酸值整體數(shù)據(jù)處于上升趨勢(shì)，且日趨平緩。以其平均水平來(lái)看，前兩年脂肪酸值趨勢(shì)上升較快，后續(xù)逐漸放緩。從圖3可以看出，粳稻脂肪酸值整體規(guī)律較為明顯，脂肪酸值呈現(xiàn)逐年上升趨勢(shì)，并且隨著儲(chǔ)存年份的增加，脂肪酸值上升逐漸平緩。同時(shí)，從圖4可以看出來(lái)，秈稻脂肪酸值隨著儲(chǔ)存年份的增加逐漸升高，并且各儲(chǔ)存時(shí)間不同階段的樣本數(shù)據(jù)變化規(guī)律基本一致，均為逐年增高，且增加逐漸變緩。

a.儲(chǔ)存2.5年

b.儲(chǔ)存2年

c.儲(chǔ)存1.5年

d.儲(chǔ)存1年

a.儲(chǔ)存2.5年

b.儲(chǔ)存2年

c.儲(chǔ)存1.5年

d.儲(chǔ)存1年

a.儲(chǔ)存2.5年

b.儲(chǔ)存2年

c.儲(chǔ)存1.5年

d.儲(chǔ)存1年

2.1.2 玉米、粳稻及秈稻脂肪酸均值變化情況 圖5～圖7主要展示了南方地區(qū)2015年春季入庫(kù)玉米、粳稻及秈稻儲(chǔ)存1年、1.5年、2年、2.5年脂肪酸均值的變化情況。從圖5可以看出，無(wú)論存儲(chǔ)年份長(zhǎng)短，玉米脂肪酸均值整體均呈上升趨勢(shì)；以儲(chǔ)存2年的數(shù)據(jù)為例，第1年從34.4(KOH/干基)/(mg/100g)增長(zhǎng)到42(KOH/干基)/(mg/100g)，增長(zhǎng)率為22.1%，第2年增長(zhǎng)5.5%，增速有所放緩，儲(chǔ)存滿2年的玉米脂肪酸均值為44.3(KOH/干基)/(mg/100g)。而從圖6可以看出，粳稻脂肪酸值均值整體處于上升趨勢(shì)，同樣以儲(chǔ)存2年的數(shù)據(jù)為例，可以計(jì)算脂肪酸值第1年平均值升高31.2%，第2年脂肪酸值逐漸放緩，平均升高2.2%，儲(chǔ)存滿2年的粳稻脂肪酸值為23(KOH/干基)/(mg/100g)。圖7可以清晰看出，秈稻脂肪酸均值整體處于上升趨勢(shì)。依然以儲(chǔ)存2年的數(shù)據(jù)為例，可以計(jì)算脂肪酸值第1年平均值升高14%，第2年脂肪酸值逐漸放緩，平均升高12.8%，儲(chǔ)存2年后脂肪酸值增加到25(KOH/干基)/(mg/100g)。

a.儲(chǔ)存2.5年

b.儲(chǔ)存2年

c.儲(chǔ)存1.5年

d.儲(chǔ)存1年

a.儲(chǔ)存2.5年

b.儲(chǔ)存2年

c.儲(chǔ)存1.5年

d.儲(chǔ)存1年

a.儲(chǔ)存2.5年

b.儲(chǔ)存2年

c.儲(chǔ)存1.5年

d.儲(chǔ)存1年

2.2 大豆粗脂肪酸價(jià)

由于大豆總體連續(xù)數(shù)據(jù)較少，故無(wú)需做均值分析，通過(guò)圖8可以看出大豆粗脂肪酸價(jià)整體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。

a.儲(chǔ)存2年

b.儲(chǔ)存1.5年

c.儲(chǔ)存1年

2.3 相關(guān)性分析

2.3.1 皮爾遜相關(guān)系數(shù)分析 為全面了解糧食品質(zhì)指標(biāo)的變化規(guī)律，需要明確哪些指標(biāo)與玉米、秈稻、粳稻和大豆品質(zhì)指標(biāo)密切相關(guān)，而哪些并無(wú)關(guān)系，因此，對(duì)這些糧食的品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行了相關(guān)性分析。

在自然科學(xué)領(lǐng)域，皮爾遜相關(guān)系數(shù)廣泛用于度量?jī)蓚€(gè)變量之間的相關(guān)程度，其值在-1與1之間[9]。通過(guò)利用皮爾遜相關(guān)系數(shù)分析兩個(gè)變量元素的相關(guān)性，從而衡量?jī)蓚€(gè)變量元素的相關(guān)密切程度。

兩個(gè)變量之間的皮爾遜相關(guān)系數(shù)定義為兩個(gè)變量之間的協(xié)方差和標(biāo)準(zhǔn)差的商：

①

而樣本皮爾遜相關(guān)系數(shù)則可定義為：

②

本文計(jì)算了不同糧食品種脂肪酸值與其他質(zhì)量指標(biāo)的皮爾遜相關(guān)系數(shù)，其結(jié)果表1～表4所示。

表1 玉米脂肪酸值與其他指標(biāo)的皮爾遜相關(guān)系數(shù)

表2 粳稻脂肪酸值與其他指標(biāo)的皮爾遜相關(guān)系數(shù)

表3 秈稻脂肪酸值與其他指標(biāo)的皮爾遜相關(guān)系數(shù)

表4 大豆粗脂肪酸價(jià)與其他指標(biāo)的皮爾遜相關(guān)系數(shù)

從表1～表4可知，對(duì)于玉米來(lái)說(shuō)，其脂肪酸值主要與雜質(zhì)、不完善粒以及生霉粒具有一定的正相關(guān)性，而與容重具有一定的負(fù)相關(guān)性。而對(duì)于粳稻來(lái)說(shuō)，除了品嘗評(píng)分值以外，黃粒米和水分對(duì)脂肪酸值的影響較大，其中水分與脂肪酸值具有一定的負(fù)相關(guān)性，黃粒米與脂肪酸值具有一定的正相關(guān)性。同理，可以得出秈稻的脂肪酸值主要與雜質(zhì)和黃粒米具有一定的相關(guān)性，其皮爾遜相關(guān)系數(shù)分別為0.23和0.2。對(duì)于大豆的粗脂肪酸價(jià)來(lái)說(shuō)，與損傷粒率相關(guān)性最高，呈現(xiàn)一定的正相關(guān)性，達(dá)到0.51；而與蛋白溶解比率呈現(xiàn)一定的負(fù)相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為-0.35。

2.3.2 灰色關(guān)聯(lián)度分析 對(duì)于兩個(gè)系統(tǒng)之間的因素，其隨時(shí)間或不同對(duì)象而變化的關(guān)聯(lián)性大小的量度，稱為關(guān)聯(lián)度。在系統(tǒng)發(fā)展過(guò)程中，若兩個(gè)因素變化的趨勢(shì)具有一致性，即同步變化程度較高，則可以說(shuō)二者關(guān)聯(lián)程度較高；反之，則較低。因此，灰色關(guān)聯(lián)分析方法，是根據(jù)因素之間發(fā)展趨勢(shì)的相似或相異程度，也就是‘灰色關(guān)聯(lián)度’，作為衡量因素間關(guān)聯(lián)程度的一種方法[7]。

在影響玉米、粳稻、秈稻脂肪酸值以及大豆粗脂肪酸價(jià)的眾多因素中，各個(gè)因素影響程度不同，要確定各個(gè)因素影響程度的大小需要進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析。我們希望通過(guò)灰色關(guān)聯(lián)分析方法確定各個(gè)因素與玉米、粳稻、秈稻脂肪酸值以及大豆粗脂肪酸價(jià)的關(guān)聯(lián)程度。

以玉米脂肪酸值為例，不同因素的選取參考本數(shù)據(jù)集中的各個(gè)指標(biāo)之間線性相關(guān)系數(shù)決定，因而選取與玉米脂肪酸值有較大相關(guān)系數(shù)的指標(biāo)為生霉粒、容重、雜質(zhì)、不完善粒。

(1)為了能使序列盡量保存信息，選取可以連續(xù)采樣8次的完整數(shù)據(jù)取平均值作為樣本序列，其中玉米脂肪酸值時(shí)序數(shù)據(jù)作為Y，生霉粒序列為X1，容重序列為X2，雜質(zhì)序列為X3，不完善粒序列為X4，數(shù)據(jù)構(gòu)造方法都相同。

(2)對(duì)各序列做變換，變換過(guò)程為用各原始數(shù)據(jù)除以各序列平均值，所得新序列的表示記號(hào)不變。

(3)灰色關(guān)聯(lián)度分辨系數(shù)的確定一般沒(méi)有確定的公式，大多根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取，根據(jù)一般的經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)觀測(cè)序列出現(xiàn)奇異值時(shí)，分辨系數(shù)應(yīng)取較小的值，以克服奇異值的支配作用；當(dāng)觀測(cè)序列比較平穩(wěn)時(shí)，分辨系數(shù)應(yīng)取較大的值，充分體現(xiàn)關(guān)聯(lián)度的整體性。本次使用的樣本序列由于含有奇異值，所以分辨系數(shù)取為0.4，以此來(lái)緩解奇異值帶來(lái)的影響。

(4)計(jì)算灰色關(guān)聯(lián)度。

ui(t)=

③

④

此處的ρ為分辨系數(shù)，取為0.4，i=1，2，3，t=1，…，8。

經(jīng)過(guò)計(jì)算，灰色關(guān)聯(lián)度系數(shù)為：

r1=0.64，r2=0.62，r3=0.70，r4=0.63

所以各個(gè)因素與玉米脂肪酸值相關(guān)程度從大到小排序依次是生霉粒、容重、雜質(zhì)、不完善粒。與皮爾遜相關(guān)系數(shù)不同，灰色關(guān)聯(lián)度系數(shù)絕對(duì)值并沒(méi)有意義，有意義的只是關(guān)聯(lián)度系數(shù)的排序。

按照上述計(jì)算方法進(jìn)行整理歸納分析，我們得到了玉米、秈稻、粳稻脂肪酸值以及大豆粗脂肪酸價(jià)與其他指標(biāo)灰色關(guān)聯(lián)度系數(shù)。從表5～表8可以看出，與玉米脂肪酸值的變化趨勢(shì)相似程度從大到小依次是生霉粒、容重、雜質(zhì)、不完善粒。與粳稻的脂肪酸值的變化規(guī)律相似的程度大小依次是品嘗評(píng)分值、水分、黃粒米。由此可以得到一個(gè)簡(jiǎn)單的結(jié)論，如果無(wú)法做科學(xué)的檢測(cè)，可以粗略使用品嘗評(píng)分值來(lái)近似估計(jì)粳稻脂肪酸值的變化情況。而與秈稻脂肪酸值的變化趨勢(shì)相似的程度從大到小依次是雜質(zhì)、黃粒米、整精米率、水分。大豆的完整粒率、損傷粒率、熱損傷粒率、蛋白溶解比率則都與其粗脂肪酸價(jià)有一定程度的相關(guān)趨勢(shì)。

表5 其他指標(biāo)與玉米脂肪酸值的灰色關(guān)聯(lián)度系數(shù)

表6 其他指標(biāo)與粳稻脂肪酸值的灰色關(guān)聯(lián)度系數(shù)

表7 其他指標(biāo)與秈稻脂肪酸值的灰色關(guān)聯(lián)度系數(shù)

表8 其他指標(biāo)與大豆粗脂肪酸價(jià)的灰色關(guān)聯(lián)度系數(shù)

3 結(jié)論

本文基于南方地區(qū)相關(guān)糧食儲(chǔ)存庫(kù)點(diǎn)歷年質(zhì)量品質(zhì)數(shù)據(jù)(以2015年春季入庫(kù)作為起始數(shù)據(jù))，對(duì)南方地區(qū)的玉米、粳稻、秈稻、大豆四個(gè)糧食品種進(jìn)行分析，探究了品質(zhì)指標(biāo)的變化規(guī)律情況。通過(guò)大量數(shù)據(jù)分析得出下結(jié)論：

玉米脂肪酸值整體數(shù)據(jù)處于上升趨勢(shì)，且日趨平緩。以其平均水平來(lái)看，前兩年脂肪酸值上升較快，后逐漸放緩。粳稻脂肪酸值整體規(guī)律也較為明顯，脂肪酸值呈現(xiàn)逐年上升趨勢(shì)，并且隨著儲(chǔ)存年份的增加，脂肪酸值上升逐漸平緩。同樣，秈稻脂肪酸值隨著儲(chǔ)存年份的增加逐漸升高，并且各儲(chǔ)存時(shí)間不同階段的樣本數(shù)據(jù)變化規(guī)律基本一致，均為逐年增高，且增加逐漸減緩。而大豆粗脂肪酸價(jià)整體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。

值得注意的是，由于玉米胚部大且呼吸旺盛，脂肪含量高，易氧化酸敗使玉米變苦，因而在儲(chǔ)存年限內(nèi)，脂肪酸值隨著儲(chǔ)存時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸升高，上升速度較快；稻谷則因?yàn)樗制?，使稻谷相?duì)易于儲(chǔ)存，在儲(chǔ)存年限內(nèi)，脂肪酸值隨著儲(chǔ)存時(shí)間的延長(zhǎng)而緩慢升高，上升速度較慢。

從相關(guān)性分析來(lái)看，玉米脂肪酸值和雜質(zhì)、不完善粒以及生霉粒具有一定的正相關(guān)性，而與容重具有一定的負(fù)相關(guān)性，容重、雜質(zhì)、不完善粒以及生霉粒也是與玉米脂肪酸值灰色關(guān)聯(lián)最高的幾個(gè)因素。而對(duì)于粳稻來(lái)說(shuō)，除了品嘗評(píng)分值以外，黃粒米和水分對(duì)脂肪酸值的影響較大，其中水分與脂肪酸值具有一定的負(fù)相關(guān)性，黃粒米與脂肪酸值具有一定的正相關(guān)性，由于品嘗評(píng)分值與脂肪酸值的灰色關(guān)聯(lián)度最高，所以通過(guò)品嘗評(píng)分可以初步判斷脂肪酸值的變化。秈稻的脂肪酸值則主要與雜質(zhì)和黃粒米具有一定的相關(guān)性，這一結(jié)果也符合灰色分析結(jié)論。而大豆的粗脂肪酸價(jià)與損傷粒率相關(guān)性最高，呈現(xiàn)一定的正相關(guān)性；而與蛋白溶解比率呈現(xiàn)一定的負(fù)相關(guān)性。

最終，通過(guò)數(shù)據(jù)分析已有糧食質(zhì)量檢查情況，掌握了不同區(qū)域的糧食質(zhì)量變化情況及儲(chǔ)存品質(zhì)變化情況，為不同地區(qū)糧食保質(zhì)技術(shù)措施提供一定的實(shí)際參考價(jià)值。