近红外光谱快速测定银胶菊生物量中树脂和橡胶的含量

刘禹　赵邵松　战廷文　贾丹　郝斌　卢中波

黑龙江省森林工程与环境研究所　黑龙江　哈尔滨　150081

摘要：银胶菊是原产于墨西哥北部和美国德州南部半干旱地区的一种植物，是一种未充分利用的低敏感性乳胶来源，是全球严重乳胶过敏IgE（免疫球蛋白E）难题的一种解决方案。本研究旨在开发近红外光谱（NIRS）校正以评估银胶菊植物中树脂和橡胶的含量。为了实现这一目标，在三种可选方案（包括索氏提取法、Polytron均质机和ASE）中选择并优化一种参考方法（ASE；加速溶剂萃取法）。首先用丙酮在40℃环境中从地上生物量中提取树脂（脂类、萜类），然后再用己烷在120℃环境中从剩余固体中提取橡胶。在位于法国和西班牙的两块试验田采集一组215个银胶菊生物量（茎和枝）样本，并使用上述两种溶剂和ASE法对其含水量、树脂和橡胶含量进行分析。记录所有样本的近红外光谱。随机选择三分之二的样本进行校正，剩下的样本用于验证。对每个组分采用改良的偏最小二乘回归法制订校正方程式。对偏移系数（RPDp）和R2p参数使用该表现以评估方程表现，通过验证设置NIR预测和相应的实验值获得方程表现。水分含量（RPDp = 6.91；R2p=0.98）校正实现了这些特征的准确测定。用于己烷提取物（橡胶含量）（RPDp = 4.59；R2p = 0.96）和丙酮提取物（油脂含量）（RPDp = 4.87；R2p = 0.96）的NIR模型十分高效并实现了对银胶菊生物量的准确鉴定。另一方面，这一分析表明与多元分析技术相组合的两组实验室设备都可以被用于鉴别样本并准确预测这组各异的农业生物量样本的化学成分。本研究论证了NIRS分析对银胶菊生物量中树脂和橡胶含量的高通量测定的能力。

关键词：银胶菊；橡胶；树脂；近红外光谱；多变量数据分析

Fast determination of the resin and rubber content in Parthenium argentatum biomass using near infrared spectroscopy*

Liu Yu，Zhao Shaosong，Zhan Tingwen，Jia Dan，Hao Bin，Lu ZhongboHeilongjiang Forest Engineering and Environment Institute, Harbin 150081, China

Abstract：Guayule（Parthenium argentatum），a plant native of semi-arid regions of northern Mexico and southern Texas，United States，is an under-used source of hypoallergenic latex，and a solution to the serious latex allergy IgE problem worldwide. This study aims to develop near infrared spectroscopy（NIRS）calibrations to analyze resin and rubber contents in guayule plants，so ASE（accelerated solvent extraction）is selected and optimized among three reference methods that also include Soxhlet and Polytron. Firstly resin（lipids，terpenes）is extracted with acetone from ground biomass at 40℃，and then rubber is drawn with hexane from left solid at 120℃. A set of 215 samples of guayule biomass（stems and branches）are collected from plants in two experimental fields located in France and Spain，and are analyzed for moisture，rubber and resin contents using the two solvent selected above and ASE. Near infrared spectra are recorded for all samples. Two thirds of the samples are randomly selected for calibration，the remaining being used for validation. For each constituent，calibration equations are developed using modified partial least squares regression，evaluated using the performance to deviation ratio（RPDp）and R2P parameters，and obtained by comparison of the validation set NIR predictions and related laboratory values. Moisture content（RPDp=6.91；R2P=0.98）calibration enables accurate determination of these traits. NIR models for hexane extract（rubber content）（RPDp=4.59；R2P=0.96）and acetone extract（resin content）（RPDp=4.87；R2P=0.96）are highly efficient and enable accurate characterization of guayule biomass. Besides，this analysis show that both laboratory tools with multivariate analytical technologies，can be used to differentiate the samples and accurately predict the chemical composition of these disparate agricultural biomass samples. This study demonstrates the ability of NIRS analysis for high throughput determination of resin and rubber contents in guayule biomass.

Keywords：Guayule；rubber；resin；near infrared spectroscopy；multivariate data analysis

1 简介

天然橡胶（NR）由于其独特的属性而成为一种高价值的生物高聚物，它是一种不能被合成橡胶完全替代的战略原料。目前，NR只在橡胶树种植园进行商业化生产，主要产自东南亚（IRSG（国际橡胶研究小组），2011）。众所周知，天然胶乳橡胶制成的手套对于患有威胁生命的I型Hev-b乳胶过敏（ALAA，2011）的人来说是个大问题。银胶菊（菊科），一种以guayule著称的灌木，近来作为NR乳胶的替代源进入商业领域，适用于防过敏医疗产品的生产（Cornish 等，2001；Cornish和Brichta，2002；Van Beilen和Poirier，2007；Ray，1993）。除了过敏问题，对NR的需求正迅速增加，因

此也许会在世界市场出现短缺。法国国际农业研究发展中心（CIRAD）和基于欧盟的替代橡胶和乳胶资源生产和开发（EU-PEARLS）项目下属的伙伴的目的是有助于将银胶菊开发为南欧的一种作物来解决这些问题。其目标是明确银胶菊的培育潜力并评估其作为NR在欧洲生产的一种替代作物和资源的经济可行性。这一作物的商业发展需要惊人数量的研究工作，包括育种以及对适应地中海气候的高橡胶含量品系的选择。反过来，银胶菊发展需要大系列生物量样本的分析。

已经有若干种分析程序可以测量植物的成分（Buranov和Elmuradov，2010；Cornish 等，2004；Kelley等，2004；Takeno等，2008），尤其是测量银胶菊：树脂和橡胶含量（Black

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2015年第5期等，1983；Cornish等，2013；Jasso de Rodríguez和Kuruvadi，1991；Garrot等，1981；Kleine和Foster，1992；Nurthen等，1986；Schloman 等，1988；Schloman和Wagner，1991）。大多数情况下，流程分两步，首先提取树脂和橡胶，然后通过重量分析法、色谱法或光谱技术对这些成分进行量化。银胶菊育种家和农学家发表和使用的大多数方法基于通过溶剂提取橡胶（Black等，1983；Jasso de Rodríguez和Kuruvadi，1991；Schloman等，1988；Wagner等，1988；Wagner和Schloman，1991），甚至通过非溶剂（水），在后一种情况中以乳胶形式提取出橡胶（Beattie和Cole，1986；Cornish和Brichta，2002；Cornish等，2000，2004；Kroeger等，1999）。尽管在某些情况下，先通过加入一种非溶剂（甲醇）沉淀橡胶然后把树脂和橡胶一起提取出来（Teetor和Ray，2004；Wagner等，1991），但一般情况下，树脂和橡胶依序分别由一种极性溶剂（丙酮、乙醇）和非极性溶剂（正己烷、环己烷、苯、甲苯、氯仿）提取而出（Black等，1983；Cornish等，2013；Salvucci等，2009；Wagner等，1988）。

在实践中，基于上述溶剂的方法在经过索氏提取法或高速均质机（Polytron）或加速溶剂萃取法（ASE）后都涉及生物量研磨。索氏提取法被视为一种标准选择（Black等，1983；Jasso de Rodríguez和Kuruvadi，1991），在大多数实验室中是一种现成的处理自然产物分析的方法。近年来，开发出了可供选用的ASE法通过高温高压自动操作以提高提取速度和效率，其所需的溶剂量比索式和Polytron法都低。（Cornish等，2013；Grinberg和Shaubi，1986；Jasso de Rodríguez和Kuruvadi，1991；Salvucci等，2009；Teetor和Ray，2004）。

相应地，当ASE被银胶菊采用时，已被若干作者优化且给出准确结果。Rath等（2005）采用了这一方法，使用了两种溶剂：丙酮和正己烷，使用含有低分子量聚异戊二烯（PI）的向日葵生物量而不是银胶菊，因此操作条件不能直接套用；但仍显示出ASE法的实用性。Pearson等（2010）也进行了类似的试验，对向日葵的叶子采用了相似的流程，但是加入了一个提取的中间步骤，用甲醇提取叶绿素和其他污物。Teetor和Ray（2004）研究ASE提取银胶菊树脂和PI，在使用甲醇沉淀橡胶后，通过丙酮同步提取：环己烷比率1：1。最近，在研究提取前对样本干燥的影响时，Cornish等（2013）使用了ASE，在银胶菊生物量中使用丙酮和正己烷对树脂和橡胶按顺序进提取。

之前大多数的方案采用粉末状干燥的银胶菊组织，因此成为破坏性类型，且测量值通常为干提取橡胶（或树脂）的重量，因此成为重量分析式类型。一些作者确实对包括若干提取和橡胶量化方案在内的少数方法的结果进行了比较。Banigan等（1981）研究了一种基于通过丙酮有序提取树脂的重量分析方法：水95：5，使用Tissumizer搅拌器通过环己烷提取橡胶，然后通过红外光谱法、比浊法和13

C NMR对这些提取物进行分析。尽管都采用了同一提取方案，但他们发现的橡胶含量在8.7% 至10.1%（NMR）之间，因此，基于平均24个生物量样本的这四种测定有约15%的变化。Grinberg和Shaubi（1986）检查了一种基于研磨的方法，采用瓦氏捣碎器通过丙酮对树脂进行有序提取：水95：5，通过己烷提取橡胶，然后通过重力测量或比浊法发现一系列14个样本中有较大差异（生物量

技术研究干重在-2.5和+2.8%之间）。他们仍然推荐较为简单和快速的比浊法。Salvucci等（2009）在用丙酮提取树脂然后用环己烷提取橡胶时使用了ASE，然后通过重量测定和蒸发光检测器（ELS）对橡胶量化。当在丙酮这一步低温（24℃）操作时，他们发现了非常接近的数据，但当100℃时情况并非如此，因为橡胶在溶于丙酮的低分子量（Mw）PI中降解。最后Black等（1983）及后来的Jasso de Rodríguez和Kuruvadi（1991）确实对两种提取方法（即索式和均质机有序提取）进行了比较，获得了相反的结果：索式法的橡胶产出较低（Black等，1983）或者与使用均质机的相反（Jasso de Rodríguez和Kuruvadi，1991）。最后，Teetor和Ray（2004）发现与均质机相比使用ASE的树脂和橡胶含量较高。因此，在大多数情况下，文献中所提的众多为了量化银胶菊生物量中橡胶的提取方法都没有彼此进行比较。

近红外光谱（NIRS）基于有机分子化学键的振动特性及它们与红外辐射的相互作用（Burns和Ciurczak，1992；Davrieux等，2010）。因此，NIR吸收光谱与样品化学成分相关（Pasquini，2003；Sinnaeve等，1994）。该技术迅速、准确、无破坏性，甚至可以用于对试验田植物的育种和农学参数进行快速监测。（Black等，1985；Cornish等，2004；Davrieux等，2010）。NIRS已被成功运用于各种化学成分的快速测定，诸如紫松果菊根提取物（Laasonen等，2002），农业纤维组成（Kelley等，2004）以及牛奶中的脂肪酸（Coppa等，2010）。的确，若干研究显示了NIRS在对银胶菊（Black等，1985；Kleine和Foster，1992）和含有反式PI的杜仲叶（Takeno等，2008）的橡胶和树脂含量表征方面的效率。Black等（1985）证明了NIRS对地面银胶菊生物量的树脂、橡胶和水量化潜力，校正了均质机-研磨机（丙酮然后环己烷）法。然而，这一初步工作没有考虑情况的复杂性，如PI和树脂中多种成分吸收谱带的相似性。例如：分别量化两个组分，树脂（倍半萜、脂质）和PI，都包含甲基原子团和C=C化学键，使它们的NIRS带在同一区域。Kleine和Foster（1992）通过NIRS对树脂和橡胶进行了高效校正。校正基于与多变量分析结合的均质机-研磨机（丙酮然后环己烷）提取法。Cornish等（2004）比较了干、湿银胶菊生物量的匀浆。这使得成功的橡胶量化不只局限于银胶菊，也适用于向日葵生物量。然而，使用浸有水提取物的纤维素纸（澄清匀浆或净化乳胶）创造橡胶/纤维素复合物，因此在通过近红外光谱快速测定前需要一些处理步骤。以上文献表明，有广泛的一组方法可以作为量化银胶菊树脂和橡胶的候选方法，而且在他们之中，ASE不用于NIRS校正。紧接着这项开创性工作，我们的目标是改进基于树脂和橡胶（包括水）量化、采用粉末状生物量的NIRS，探讨使用新近化学计量工具的校正解释：为快速测定银胶菊中橡胶和树脂设置基于NIRS的快速方法，校正一种有合理依据的文献方法。第一部分工作已用于在比较在最优情况下使用三种方法的结果的基础上选择一种提取方法（索式，Polytron和ASE），当然，都采用同一银胶菊生物量样本。然后为了表征银胶菊生物量开发NIRS校正。

2 材料与方法2.1 生物量样本

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技术研究一组215个银胶菊生物量样本在2010和2011年采集于西班牙（El Molinar，邻近穆尔西亚省的卡塔赫纳）和法国（蒙彼利埃市Agropolis校园的拉瓦莱特）的种植于2009年两块试验田。样品采集于以下品系：AZ2，AZ1，11595，N565，593，和CAL-6。

2.2 样本准备

随机选取3到5支银胶菊灌木，并在离地面3到5cm处收割植物。就地手工去除花和叶，使用手动切割机将枝切成约1cm长的球状物，然后在环境压力的开放托盘上进行两天局部干燥。样本用液氮冷冻，用磨豆机研磨（筛孔<0.50 mm），然后，在烘箱（Fisher Bioblock Scientific，Illkirch，France）中真空干燥48 h（<10 mmHg，40℃）。剩余湿度保持在10%以下（Black等，1983）。为了限制氧化的风险，干燥磨碎的样本储藏在4℃、螺旋盖子封闭的玻璃器皿的氮气氛中，每份干燥样本的水分含量（MC）采用重量分析法在烘箱（Gefran 800，Chopin，Boulogne，France）103℃条件下进行15h评估。

2.3 树脂和橡胶提取方法

三种提取方法：索氏、Polytron和 ASE。在不同的实验条件下采用上述三种方法，以确定最佳条件并允许比较。基于丙酮和己烷提取物重量收率对效率进行评估并以与生物量样本干重相关的百分比形式表达。所有溶剂都有分析等级，如丙酮（A.R.，Carlo Erba）和己烷（A.R.，Carlo Erba）对化验进行三次复制。2.3.1 索氏提取法

一份10±0.005g的银胶菊样本在抽提套管中称重，并放置于索式设备（200mL），用一个电容器和一个圆底500毫升瓶进行评估；250mL的溶剂分别放置在索式设备、烧瓶内，用浮石（Panreac Quimica，SA E-08211，Castellar del Vales，Barcelona，Spain）作为沸腾调节剂。允许样本逆流4 或8h，冷却后，给设备配备另一个盛有新鲜溶剂的烧瓶为后续步骤做准备。提取物中溶剂的蒸发在40℃下旋转式汽化器（R-114，Buchi，Flawil，Switzerland）中完成（将提取物放入预先称量好的烧瓶），然后在烘箱（Fisher Bioblock Scientific，Illkirch，France）中40℃下真空干燥15h，然后在称重前储藏在干燥器中。2.3.2 Polytron

对一份5±0.005g的银胶菊样本称重并放入Kinematica Polytron PT 3100均质机（A.G.，Littan/Luzern，Switzerland）的200mL的容器中，含有50mL溶剂（丙酮或己烷）并以15，000rpm的速度搅拌12min，在可控温度（保持在30℃）下进行水浴。使用新鲜溶剂重复两次提取步骤。使用10mL新鲜溶剂清洗壶体，然后连接提取物、用纸滤器过滤（Whatman Grade No. 1）。三个结合提取物中溶剂的蒸发直至干燥在40℃下旋转式汽化器中完成（将提取物放入预先称量好的烧瓶），然后在称重前储藏在干燥器中。2.3.3 ASE

对一份5±0.005g的银胶菊样本称重并放入ASE Dionex模型350（Sunny-vale，CA，USA）的22mL不锈钢杯中，该设备配有自动取样圆盘传送带、溶剂控制器和抗体回收盘，允许至多24个独立样本依序提取，并与氮罐相连。在放入样本

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2015年第5期前每个杯体底部放置了一个纤维素微过滤器（直径27mm，Dionex Corp.，Sunny-vale，CA，USA）。使用玻璃收集瓶（250mL）。在以下条件下进行提取：向空杯中注入溶剂直至压强达到10.3 MPa，加热6min，丙酮的静提取时间为20min，己烷为25min，吹扫时间为60s，冲洗体积85%，提取稳度和静循环次数根据溶剂（丙酮或己烷）不同而不同。然后，将提取物转移到预先称重的烧瓶中。提取物中溶剂的蒸发在40℃下旋转式汽化器中完成（将提取物放入预先称量好的烧瓶），然后在烘箱中40℃下真空干燥15h，然后在称重前储藏在干燥器中30min。

2.4 近红外光谱

使用XDS 单色仪（Foss NIR Systems，Silver Spring，USA）扫描400到2500nm之间间隔2nm的反射比，使用装有约3g研磨和过滤过（<0.5 mm）的银胶菊的皮圈（直径50mm）。数据保存为平均32个扫描，存储为log（1/R），R为每个波长的反射率，1为标准陶瓷参数的反射率。随机获取光谱，每一样本测量2次并存储平均光谱。为了光谱处理和校准的发展，使用Win-ISI Ⅱ软件（Infrasoft International，Port Matilda，USA）和XLSTAT 7.1软件（Addinsoft，Paris，France）进行数据分析。为了光散射通过使用标准正态变量和去趋势修正对光谱进行数学纠正。以5个数据点计算二阶导数，对五个数据点采用Savitzky和Golay多项式平滑以平滑二阶导数。

为了评估预报方程的表现，将215个样本分为校正子集（cal）和验证子集（val）。随机抽取215样本约33%的样本设置为验证组。由此，校正组由144个样本组成，验证组有71个样本。

使用WinISI软件改良的偏最小二乘回归（mPLS）算法生成参数的校正方程。校正数据包括以下参数：标准偏差（SD）、确定系数（R2）、校正标准误差（SEC）和检验标准误差（SECV）。为了选择最优数量的潜在变量、使方程的过度拟合最小，在生成校正时使用交叉验证。对于SECV评估，随机选取25%的样本预测，其他75%使用校正模型；SECV评估重复四次并计算平均值。

除了R2c，还使用校准偏差表现（RPDc=SDcal /SECV）的比率评估每个方程式获取的一般的质量。学生t-测试用于识别校正生产过程中t-异常值样本。异常值检测基于标准化残差值（=error/SECV），界限为2.5。标准误差（SEP）与残差的标准偏差相对应，通过使用校正子集生成的模型预测验证子集以评估SEP。预测的偏差比动态（RPDp）也以SDval/SEP形式计算（SDval为验证样本的标准偏差）。从线性回归斜率、R2p和偏性中评估基于提取和重力测量的文献分析数据中的值（水分、树脂和橡胶的百分比）之间拟合的质量和NIRS预测值。

2.5 数据分析

通过方差分析（ANOVA）研究提取方法对橡胶和树脂萃取率的作用。由XLSTAT7.1软件（Addinsoft，Paris，France）执行计算。Newman和Keuls测试显示方法之间的差异在5%。

3 结果和讨论

在文献中NIRS是作为测定银胶菊中树脂和橡胶含量的一种快速便宜的方法。文献中提及的诸多方法中，ASE从未作为银胶菊NIRS校正的参照被使用。本文对三种方法进行了研究基

2015年第5期于有序提取，首先用丙酮提取树脂部分，然后用己烷提取PI。索式是一种标准选择；Polytron高速均质机潜在的很好适应了橡胶位于银胶菊细胞内这一事实；ASE则利用高温高压实现快速提取，同时也存在其它优点（溶剂消耗低、自动化操作）。在选出一个能最大化己烷萃取率的方案作为NIRS校正的参照方案前对这三套方案进行优化参考方案。根据丙酮和己烷提取物的重量收率评估效率，根据树脂和橡胶含量的代表研究效率，并表达为与初始生物量样本干重相关的百分数。

技术研究提取方法（Kim，2009；Saito等，2004；Zhuang等，2004），包括银胶菊（Salvucci等，2009；Teetor 和Ray，2004）也总结了ASE法的高效。因此，ASE被选为合适的参考重量提取方法，由于其具有高重复性、高提取恢复自动操作、低溶剂消耗、且比Polytron方案更安全、更省时的优点。这里我们仍应注意高速均质器对己烷提取的效率，不管低得多的操作温度（40℃ vs 120℃（ASE）），因为机械作用，它可以作为研究橡胶结构的一种有效的软方法，PI对氧化和热降解都很敏感。

3.1 参考重量分析（丙酮和己烷提取物）

根据第2部分详述的程序准备215个样本；将茎和枝在液氮下研磨以避免过热和树脂和橡胶成分可能的降解。然后对这些干燥生物量采取以下提取流程，该部分也被用于记录NIR光谱。

3.1.1 提取方法的优化

对于索式和Polytron，使己烷提取物最大的参数分别如下所示：采取每种溶剂4h、比率为10/1mL/g、速度为15，000rpm、温度为30℃这四个步骤，每种溶剂12min的三个提取步骤（数据未显示）。由于具有在高于溶剂沸点温度下操作的能力、自动化的程序，使ASE可以校正大量参数（压力、加热时间、吹扫时间、提取溶剂量、冲洗体积）。当进行三步时，每一步使用丙酮共持续20min，或每一步使用己烷共持续25min，第四步占提取物的微量，并在总提取物所发现的标准偏差范围内下降，提取的表现令人满意。

表1显示丙酮提取物的产量在温度高于50℃时最大，而己烷提取物在120-130℃时最大且在丙酮步骤之前要达到40℃。丙酮提取产量与40℃相比在50℃时达到最高的事实可以归因于PI的降解，因此提高了丙酮提取量。由表1我们可以清楚地知道在实验误差范围内，两个提取物的量都没变化。因此，最优选择方案为丙酮40℃，己烷120℃。3.1.2 最佳条件下三种方案的比较

为以上三种方案所选的操作条件应用于同一批银胶菊生物量（表2）。最高的SD发现于Polytron方案中，丙酮和己烷提取时都是如此，而索式是最易再生的方案（SD最低）。至于提取的第一部分，使用丙酮时ASE和索式产生了相同的结果，而Polytron效率较低。但是三种方法在实验误差范围内产生相同的己烷提取物百分数（使用5%Newman和Keuls（SNK）测试进行多重比较）。其他作者确实比较了处理各种生物样本的若干

3.2 通过参考方法（ASE）对整组银胶菊样本的分析

以上涉及ASE的参考重量方法应用于整组215个样本上。有必要评估剩余水分含量，为了表示基于每份生物量样本干重的丙酮和己烷提取物的重量。关于MC、丙酮和己烷提取物的统计结果在表3中总结。MC的范围在2.65%到9.45%之间，平均值为5.94%，SD为1.72%。丙酮提取物代表树脂产量，平均值为8.57%。最高值为13.42%和最低值为3.27%，离差为1.92%，对应一个相对较低的数据。己烷提取物代表的橡胶含量在0.74%到13.81%之间浮动（平均值为 6.34%，数据离差为2.33%）。因此分析工作显示这组215个样本覆盖了农艺和育种研究工作中可提取生物量成分变量的常用范围。

3.3 近红外光谱校正

与以上基于溶剂的方案-索式、Polytron、ASE-每份样本近红外光谱的记录约1min就可以完成，一旦进行了校正工作（所有样本的必要准备时间相同（干燥和研磨）），三种生物量成分——水分、树脂和橡胶就能被NIRS评估。

表2 三种最优方法获得的丙酮和己烷提取物百分率比较

提取方法索式b

PolytroncASEa

abc

丙酮提取物（%）10.63±0.10d 8.71±0.70e10.56±0.41d己烷提取物（%）9.01±0.16d9.23±0.67d9.05±0.30d总提取物（%）19.64±0.23d17.94±0.58e19.61±0.53d

ASE：三步提取；丙酮提取40℃，20min，己烷提取120℃，25 min。 索式：四步提取，每步4h并更新溶剂。

Polytron：三步提取，每步12min，溶剂和样本重量比，10/1mL/g，速

度15，000rpm，30℃。

根据方差分析测试，对于给定的同一列中具有相同字母的数据d，e不考虑其统计差异。（p>0.05）

标准差：标准偏差值作为样本的平均值分析了三份。样本来自西班牙（2010年3月）。

表 1 不同温度下ASE 提取百分比收益率。

丙酮步骤温度（℃）40

总丙酮提取物（%）9.30±0.049.35±0.039.39±0.019.81±0.039.48±0.059.85±0.139.96±0.089.91±0.0610.32±0.21

己烷步骤温度（℃）120125130118125130120130125

总己烷提取物（%）9.05±0.06a8.94±0.17ab8.85±0.19ab8.55±0.17abcd8.51±0.13bcd8.65±0.20abc7.93±0.20e8.27±0.17cde8.62±0.05abc

总丙酮+己烷（%）18.34±0.1018.29±0.1418.24±0.1918.35±0.1617.98±0.1218.50±0.3117.89±0.2818.18±0.1118.94±0.25

50

6064

根据方差分析测试，对于给定的同一列中具有相同字母的数据a，b，c，d，e不考虑其统计差异。（p>0.05）标准差：标准偏差值作为样本的平均值分析了三份。样本来自西班牙（2010年3月）和ASE 3步提取。

71

技术研究表3 对含水量、丙酮和己烷提取物的描述性统计

统计参数最小值最大值平均值标准偏差样本数量

a

2015年第5期己烷提取物（橡胶）量化生成的校正显示R2c、R2p和RPDp值分别为0.98，0.96和4.58。实验室和NIR预测值之间的回归斜率为1.00（图. 1c）。SEP预估为0.44%，使测定准确度在±0.80%。这些表现优于文献中银胶菊的相应表现（Black等，1985；Cornish等，2004；Takeno等，2008）且与Kleine和Foster（1992）的银胶菊结果以及Takeno 等（2008）对一小组杜仲叶样本（42）使用FTNIR的结果一致。

含水量（%）a2.659.455.941.72215丙酮提取物（%）a3.2713.428.571.92193己烷提取物（%）a0.7413.816.342.33193

干生物量的重量百分比。

3.3.1 含水量

对MC的校正使 Rc（校正用）和Rp（预测用）的值分别为0.99和0.98。对于这一模型RPDp为6.97，SEP为0.25%（表4），实验室和NIR预测值之间的回归斜率为0.97（图. 1a）。这一校正可用于常规分析中含水量的准确测定。与文献中MC（Black等，1985）所获得的校正相比，这一模型显示出高度准确性（低偏差、低SEP）。3.3.2 丙酮提取物

丙酮提取物（树脂）的校正也十分高效，Rc和Rp 为0.96，RPDp 为4.80 且SEP为0.40%（表4），使测定准确度在±0.80%。实验室和NIR预测值之间的回归斜率为（图. 1b）0.96，没有偏差。对银胶菊样本中观察到的全部范围的树脂含量来说这一校正准确高效。使用ASE参照法获取的模型与文献中的结果一致（Black等，1985；Kleine和Foster，1992）。这一校正现适用于常规质量控制。

根据基于均匀样本的文献结果（Black et al.，1985；Kleine and Foster，1992）。现在这个校正可用于常规质量控制。3.3.3 己烷提取物

图2 干燥银胶菊NIR平均光谱log（1/R）的二阶导数

由于本实验所采用的一大组215个样本来自两个收获周期、两个地理性原产地以及六种银胶菊基因型，所获得的己烷提取物可以应用于银胶菊试验田生物量的常规分析。

3.4 近红外光谱的阐释

干燥银胶菊平均谱的二阶导数（图 2）突出了1450，1490，1716，1940，1708，2210，2308，和2380 nm的主要吸

表 4 NIRS方程统计参数

成分校正含水量丙酮提取己烷提取成分验证含水量丙酮提取己烷提取

N141127119N685655

Mean5.918.686.47Mean5.928.355.99

SDcal1.731.812.27SDval1.761.932.01

SEC0.230.380.40SEP0.250.400.44

R2c0.990.960.98R2P0.980.960.96

SECV0.260.430.43RPDp6.974.804.58

RPDc6.794.235.28Slope0.970.961.00

SEL0.130.390.47Bias0.00-0.09-0.07

Acetone ext.：丙酮提取；hexane ext.：己烷提取；N：保留在校正中的样本数量（t-异常值样本）；SDcal：校正子集标准偏差；SEC：校正标准误差；R2c：校正系数的多次测定；SECV：检验标准误差；RPDc（偏差比性能）= SDcal /SECV；SEL：实验室标准误差；SDval：验证子集标准偏差；SEP：标准预测误差；R2p：预测系数多次测定；RPDp（预测偏差比性能）=SDval /SEP。

亴⍻㌫ᮠཊ⅑⍻ᇊ˗ḷ߶ٿᐞ˗SEP˖ḷ߶亴⍻䈟ᐞ˗Rp˖

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图1 （a）实验室值和NIR预测值散布图：含水量 （b）实验室值和NIR预测值散布图：树脂含量 （c）实验室值和NIR预测值散布图：橡胶含量

72

2015年第5期收带。这些吸收带与Black 等（1985）和 Cornish等（2004）观察的结果一致。树脂和橡胶的吸收带主要与C-H段CH3（1716 nm）的第一泛音（OT）、脂类（2308 nm）的C-H段和-CH2的变形组合以及醛结构（2210 nm）的C-H/C-O段组合相关（Osborne等，1993）。此外，1450 nm 和1940 nm处的吸收带与H2 O O-H段的第一OT相对应。

为丙酮和己烷提取物提供的PLS载荷的检测（Williams，2001）表明前三组载荷（图. 3a-c）中2个提取物的量化相似（吸收带和重量）。第一次与干燥银胶菊的近红外光谱接近，第三次与用于含水量量化的吸收带类：1450 nm 和1908 nm 分别对应H2 O、纤维素和碳水化合物O-H段的第一OT和P-OHO-H段的第一OT。第四次（图. 3d）显示2308 nm和2268 nm处吸收带上丙酮和己烷提取物量化的最大重量（O-H段纤维素组合）。

橡胶和树脂湿法化学值之间的皮尔逊相关系数等于0.42（不为0，在显著水平0.05）且橡胶和树脂NIRS预测值间的相关系数等于0.52（不为0，在显著水平0.05）。

树脂和橡胶的Y预测值之间缺乏高相关性（与湿法化学值观察到的相关性接近）表明尽管有共同的载荷，橡胶不由树脂来预测，反之亦然。载荷内的相似性可能由于类似的功能组和树脂和橡胶结构中的CH2长链以及纤维素的干扰，可能与量化的化合物相关。

4 结论

选择加速溶剂萃取法（ASE）作为树脂和橡胶含量量化的参照方法。ASE以降低分析成本而著称（更少的时间和溶剂消耗），尽管与索式相比，我们没有观察到丙酮和己烷提取物结果的明显差异，但与Polytron均质机相比，丙酮提取物含量更高。此外，使用ASE法的实验误差比用Polytron观察到的要低。

为含水量、丙酮（树脂）和己烷（橡胶）生成的近红外预测模型高效而准确。所获得校正表现表明以上成分可以通过对粉末状银胶菊生物量直接使用NIRS被准确测定。因此这些模型可被运用于对银胶菊生物量的育种计划和乳胶或橡胶成产的迅速、便宜且高通量表征。下一步是将该技术转移到田地中，那时将会为研究者和生产者提供一种更加高效的工具。

5 致谢

本实验工作使用法国蒙彼利埃CIRAD的研究设备，从属于欧盟（212827）建立的EU-PEARLS项目下。作者衷心感谢泰国宋卡王子大学赞助Sunisa Suchat奖学金；美国亚利桑那大学的Dr. Dennis T. Ray and Valerie H. Teetor以及美国马里科帕美国农业部/农业研究局的Terry Coffelt，感谢他们对银胶菊样本分析法的建议；感谢美国坎顿史塔克州立学院化学系的William Schloman的有益讨论；西班牙“El Molinar” Agroganaderas Actividades的Peter Visser和D. Juan Ignacio Conesa，感谢他们管理银胶菊试验田并贡献了一部分样本；感谢UMR Qualisud CIRAD的Andre Kapitan-Gnimdu，为NIRS校正做的贡献；以及CIRAD PERSYST部的补充金融支持。

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（上接第40页）

（4）对螺纹表面处理的优化主要包括公扣螺纹增加喷砂工艺，母扣螺纹的磷化处理改为对粘扣处理更好的镀铜工艺。番禺油田单井CO2与H2S气体分压数据以及腐蚀严重性分区图得到：番禺油田主要为CO2主导的腐蚀环境，腐蚀程度中等偏严重。2.不同油管材质在CO2条件下腐蚀实验表明，3Cr较为适合番禺油田的腐蚀环境且更能够满足经济要求。3.根据油管尺寸敏感性分析结果和冲蚀计算结果，并且考虑到油井投产初期会产生细粉砂以及油田产液量的现状，番禺油田生产井全部选择5-1/2″的油管。4.扣型，选择优质扣型的油管能够避免或减少流体在油管连接处的涡流和冲蚀，尤其在CO2等腐蚀环境下能够避免腐蚀与冲蚀的叠加产生的油管提前失效的情况。但3Cr材质的油管生产和操作需要考虑易粘扣问题，通过本文描述的方法有效解决了该问题。5. 实际应用表明，综合考虑选择的经济型抗腐蚀3Cr-80油套管能够实现经济高效开发油田的目的。为类似油田的开发提供了良好经验。4.4 规范上扣操作的要点

（1）保证所有送达现场的设备都进行过扭矩校验并在有效期内；（2）作业现场提前排管，清洗并检查螺纹；（3）采用满足要求的螺纹脂；（4）严格按照扣型上扣要求上扣，包括对中、慢速引扣，控制上扣速度，台肩扭矩观察等；发现上扣扭矩曲线异常的立即退扣检查，查明原因再上扣；（5）通过厂家技术人员现场指导等来培训和指导现场操作人员，以满足优质扣油管的上扣要求。通过各方一起努力，使得经济型抗腐蚀3Cr-80油管在番禺油田现场的应用更加成熟。5 结论

1. CO2气体是造成番禺油田油套管腐蚀的主要原因。根据 74