李 理 姜友軍 單曉雪 王 錦 顧雨熹 張宇沖 陳晉瑩
(中儲糧成都儲藏研究院有限公司 610091)
大約一萬年前，我國糧食儲藏就有記載。古代各朝代都致力于修建倉庫用于糧食的儲存，人們也累積了較多的儲藏經驗。隨著我國糧油儲藏技術的發展，與之對應的自主創新能力也得到了明顯提升[1]。探究儲藏過程中糧食品質變化及其密切相關的質量指標變化情況,對于指導糧食何時輪換意義重大[2]。
作為新興的技術革命，大數據對人們生活的各方面產生了重大影響[3]。大數據指的是通過對大量的、來源復雜的數據進行歸納、總結與分析，有效提升其使用價值[4-5]。而糧食企業正好需要將長期積累的大量數據進行重新歸納與整合[6]，從多角度發現其中隱藏的價值和規律，進而指導糧食科學的、安全的儲藏，并把糧食科學安全儲藏上升到細致化管理層面[7-8]。
本研究基于南方地區(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)相關糧食儲存庫點歷年質量品質數據，通過數據分析已有糧食質量檢查情況，掌握不同區域的糧食質量變化情況及儲存品質變化情況，探索不同地區、不同品種的糧食質量標準及合理輪換周期，為不同地區糧食保質的技術措施提供一定的實際參考價值。
1.1 數據來源與提取
1.1.1 數據來源 本文所用的數據來源于南方地區相關糧食儲藏省份儲存庫點歷年質量品質數據(如圖1)，采集數據的周期為半年1次，一年2次。
1.1.2 數據提取 以庫點為單位，按時間順序從歷史數據庫中把收集到的糧食質量品質相關的數據提取到Excel表格中，然后從表格中篩選出每一批糧食的質量品質指標數據；
剔除異常值和空值，最終選出總計54052條數據進行分析。
1.2 分析方法
本文主要針對南方地區的玉米、粳稻、秈稻和大豆進行數據分析。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。具體來說，分析中以2015年春季入庫的糧食質量數據為基準，連續提取1年、1.5年、2年、2.5年的數據；
分別運用皮爾遜相關系數分析方法以及灰色關聯度分析方法對不同品種糧食的連續數據進行研究。
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儲存2.5年、2年、1.5年、1年的脂肪酸值數據作為起始點分析(其中“201501”表示2015年春季入庫儲存的數據，依次類推)，從圖2可以看出，玉米脂肪酸值整體數據處于上升趨勢，且日趨平緩。以其平均水平來看，前兩年脂肪酸值趨勢上升較快，后續逐漸放緩。從圖3可以看出，粳稻脂肪酸值整體規律較為明顯，脂肪酸值呈現逐年上升趨勢，并且隨著儲存年份的增加，脂肪酸值上升逐漸平緩。同時，從圖4可以看出來，秈稻脂肪酸值隨著儲存年份的增加逐漸升高，并且各儲存時間不同階段的樣本數據變化規律基本一致，均為逐年增高，且增加逐漸變緩。
a.儲存2.5年
b.儲存2年
c.儲存1.5年
d.儲存1年
a.儲存2.5年
b.儲存2年
c.儲存1.5年
d.儲存1年
a.儲存2.5年
b.儲存2年
c.儲存1.5年
d.儲存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2015年春季入庫玉米、粳稻及秈稻儲存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，無論存儲年份長短，玉米脂肪酸均值整體均呈上升趨勢；
以儲存2年的數據為例，第1年從34.4(KOH/干基)/(mg/100g)增長到42(KOH/干基)/(mg/100g)，增長率為22.1%，第2年增長5.5%，增速有所放緩，儲存滿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，同樣以儲存2年的數據為例，可以計算脂肪酸值第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。依然以儲存2年的數據為例，可以計算脂肪酸值第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%，儲存2年后脂肪酸值增加到25(KOH/干基)/(mg/100g)。
a.儲存2.5年
b.儲存2年
c.儲存1.5年
d.儲存1年
a.儲存2.5年
b.儲存2年
c.儲存1.5年
d.儲存1年
a.儲存2.5年
b.儲存2年
c.儲存1.5年
d.儲存1年
2.2 大豆粗脂肪酸價
由于大豆總體連續數據較少，故無需做均值分析，通過圖8可以看出大豆粗脂肪酸價整體呈現上升趨勢。
a.儲存2年
b.儲存1.5年
c.儲存1年
2.3 相關性分析
2.3.1 皮爾遜相關系數分析 為全面了解糧食品質指標的變化規律，需要明確哪些指標與玉米、秈稻、粳稻和大豆品質指標密切相關，而哪些并無關系，因此，對這些糧食的品質指標進行了相關性分析。
在自然科學領域，皮爾遜相關系數廣泛用于度量兩個變量之間的相關程度，其值在-1與1之間[9]。通過利用皮爾遜相關系數分析兩個變量元素的相關性，從而衡量兩個變量元素的相關密切程度。
兩個變量之間的皮爾遜相關系數定義為兩個變量之間的協方差和標準差的商：
①
而樣本皮爾遜相關系數則可定義為：
②
本文計算了不同糧食品種脂肪酸值與其他質量指標的皮爾遜相關系數，其結果表1～表4所示。
表1 玉米脂肪酸值與其他指標的皮爾遜相關系數
表2 粳稻脂肪酸值與其他指標的皮爾遜相關系數
表3 秈稻脂肪酸值與其他指標的皮爾遜相關系數
表4 大豆粗脂肪酸價與其他指標的皮爾遜相關系數
從表1～表4可知，對于玉米來說，其脂肪酸值主要與雜質、不完善粒以及生霉粒具有一定的正相關性，而與容重具有一定的負相關性。而對于粳稻來說，除了品嘗評分值以外，黃粒米和水分對脂肪酸值的影響較大，其中水分與脂肪酸值具有一定的負相關性，黃粒米與脂肪酸值具有一定的正相關性。同理，可以得出秈稻的脂肪酸值主要與雜質和黃粒米具有一定的相關性，其皮爾遜相關系數分別為0.23和0.2。對于大豆的粗脂肪酸價來說，與損傷粒率相關性最高，呈現一定的正相關性，達到0.51；
而與蛋白溶解比率呈現一定的負相關性，相關系數為-0.35。
2.3.2 灰色關聯度分析 對于兩個系統之間的因素，其隨時間或不同對象而變化的關聯性大小的量度，稱為關聯度。在系統發展過程中，若兩個因素變化的趨勢具有一致性，即同步變化程度較高，則可以說二者關聯程度較高；
反之，則較低。因此，灰色關聯分析方法，是根據因素之間發展趨勢的相似或相異程度，也就是‘灰色關聯度’，作為衡量因素間關聯程度的一種方法[7]。
在影響玉米、粳稻、秈稻脂肪酸值以及大豆粗脂肪酸價的眾多因素中，各個因素影響程度不同，要確定各個因素影響程度的大小需要進行灰色關聯分析。我們希望通過灰色關聯分析方法確定各個因素與玉米、粳稻、秈稻脂肪酸值以及大豆粗脂肪酸價的關聯程度。
以玉米脂肪酸值為例，不同因素的選取參考本數據集中的各個指標之間線性相關系數決定，因而選取與玉米脂肪酸值有較大相關系數的指標為生霉粒、容重、雜質、不完善粒。
(1)為了能使序列盡量保存信息，選取可以連續采樣8次的完整數據取平均值作為樣本序列，其中玉米脂肪酸值時序數據作為Y，生霉粒序列為X1，容重序列為X2，雜質序列為X3，不完善粒序列為X4，數據構造方法都相同。
(2)對各序列做變換，變換過程為用各原始數據除以各序列平均值，所得新序列的表示記號不變。
(3)灰色關聯度分辨系數的確定一般沒有確定的公式，大多根據經驗選取，根據一般的經驗，當觀測序列出現奇異值時，分辨系數應取較小的值，以克服奇異值的支配作用；
當觀測序列比較平穩時，分辨系數應取較大的值，充分體現關聯度的整體性。本次使用的樣本序列由于含有奇異值，所以分辨系數取為0.4，以此來緩解奇異值帶來的影響。
(4)計算灰色關聯度。
ui(t)=
③
④
此處的ρ為分辨系數，取為0.4，i=1，2，3，t=1，…，8。
經過計算，灰色關聯度系數為：
r1=0.64，r2=0.62，r3=0.70，r4=0.63
所以各個因素與玉米脂肪酸值相關程度從大到小排序依次是生霉粒、容重、雜質、不完善粒。與皮爾遜相關系數不同，灰色關聯度系數絕對值并沒有意義，有意義的只是關聯度系數的排序。
按照上述計算方法進行整理歸納分析，我們得到了玉米、秈稻、粳稻脂肪酸值以及大豆粗脂肪酸價與其他指標灰色關聯度系數。從表5～表8可以看出，與玉米脂肪酸值的變化趨勢相似程度從大到小依次是生霉粒、容重、雜質、不完善粒。與粳稻的脂肪酸值的變化規律相似的程度大小依次是品嘗評分值、水分、黃粒米。由此可以得到一個簡單的結論，如果無法做科學的檢測，可以粗略使用品嘗評分值來近似估計粳稻脂肪酸值的變化情況。而與秈稻脂肪酸值的變化趨勢相似的程度從大到小依次是雜質、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有一定程度的相關趨勢。
表5 其他指標與玉米脂肪酸值的灰色關聯度系數
表6 其他指標與粳稻脂肪酸值的灰色關聯度系數
表7 其他指標與秈稻脂肪酸值的灰色關聯度系數
表8 其他指標與大豆粗脂肪酸價的灰色關聯度系數
本文基于南方地區相關糧食儲存庫點歷年質量品質數據(以2015年春季入庫作為起始數據)，對南方地區的玉米、粳稻、秈稻、大豆四個糧食品種進行分析，探究了品質指標的變化規律情況。通過大量數據分析得出下結論：
玉米脂肪酸值整體數據處于上升趨勢，且日趨平緩。以其平均水平來看，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律也較為明顯，脂肪酸值呈現逐年上升趨勢，并且隨著儲存年份的增加，脂肪酸值上升逐漸平緩。同樣，秈稻脂肪酸值隨著儲存年份的增加逐漸升高，并且各儲存時間不同階段的樣本數據變化規律基本一致，均為逐年增高，且增加逐漸減緩。而大豆粗脂肪酸價整體呈現上升趨勢。
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，因而在儲存年限內，脂肪酸值隨著儲存時間的延長而逐漸升高，上升速度較快；
稻谷則因為水分偏低，使稻谷相對易于儲存，在儲存年限內，脂肪酸值隨著儲存時間的延長而緩慢升高，上升速度較慢。
從相關性分析來看，玉米脂肪酸值和雜質、不完善粒以及生霉粒具有一定的正相關性，而與容重具有一定的負相關性，容重、雜質、不完善粒以及生霉粒也是與玉米脂肪酸值灰色關聯最高的幾個因素。而對于粳稻來說，除了品嘗評分值以外，黃粒米和水分對脂肪酸值的影響較大，其中水分與脂肪酸值具有一定的負相關性，黃粒米與脂肪酸值具有一定的正相關性，由于品嘗評分值與脂肪酸值的灰色關聯度最高，所以通過品嘗評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和黃粒米具有一定的相關性，這一結果也符合灰色分析結論。而大豆的粗脂肪酸價與損傷粒率相關性最高，呈現一定的正相關性；
而與蛋白溶解比率呈現一定的負相關性。
最終，通過數據分析已有糧食質量檢查情況，掌握了不同區域的糧食質量變化情況及儲存品質變化情況，為不同地區糧食保質技術措施提供一定的實際參考價值。
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