液態(tài)食品摻假檢測(cè)中近紅外光譜技術(shù)應(yīng)用分析

□ 阮治綱　舟山市食品藥品驗(yàn)檢測(cè)研究院

液態(tài)食品摻假檢測(cè)中近紅外光譜技術(shù)應(yīng)用分析

□ 阮治綱舟山市食品藥品驗(yàn)檢測(cè)研究院

保障食品安全對(duì)我國食品檢驗(yàn)檢測(cè)工作提出更高要求，無論是制度建設(shè)還是技術(shù)領(lǐng)域均需施行嶄新的手段。近紅外光譜技術(shù)在發(fā)達(dá)國家已發(fā)揮出很好的作用，為農(nóng)產(chǎn)品等食品檢測(cè)提供技術(shù)支持和保障。作為一種快速、無損的新型檢測(cè)技術(shù)，近紅外光譜技術(shù)在液態(tài)、半固態(tài)和固態(tài)食品檢測(cè)中都起著重要的作用。本文主要研究可見近紅外光譜技術(shù)在食用油、果汁等液態(tài)食品品質(zhì)檢測(cè)中的應(yīng)用，期望可推進(jìn)食品安全工作的發(fā)展。

食品安全涉及人們生命財(cái)產(chǎn)權(quán)，已被列為我國基本國策的重要內(nèi)容。食品安全中出現(xiàn)的問題已嚴(yán)重?fù)p害消費(fèi)者的權(quán)益，影響人們的健康。因此，檢測(cè)食品質(zhì)量成為食品安全工作亟待解決和發(fā)展的重點(diǎn)任務(wù)。

目前我國的食品安全檢測(cè)手段普遍存在不足之處，如高校液相色譜法、質(zhì)譜法等檢驗(yàn)周期較長，流程較為繁瑣，且設(shè)備投資費(fèi)用高。因此，需一種檢驗(yàn)方法簡單且投入成本較低的檢驗(yàn)方法替代，近紅外光譜技術(shù)符合這些要求，不僅設(shè)備簡單，且可實(shí)現(xiàn)在線操作，快速、方便，因此在食品安全檢驗(yàn)中廣泛應(yīng)用，對(duì)于食品尤其是液態(tài)食品的真?zhèn)螜z測(cè)具有應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)簡介

近紅外光譜技術(shù)屬于電磁波技術(shù)，其工作原理為利用不同波長吸收分子基頻振動(dòng)的倍頻。不同的物質(zhì)因具有特殊的組成成分，因此對(duì)于紅外吸收峰值的位置、吸收強(qiáng)度等存在特定的基團(tuán)信息，利用這些特征可實(shí)現(xiàn)對(duì)物質(zhì)的定性分析和定量分析。

近紅外技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于無需使用試劑，因此不會(huì)污染環(huán)境。但其曲線可能會(huì)出現(xiàn)譜峰嚴(yán)重重疊的問題。如果重疊過于嚴(yán)重則會(huì)影響近紅外譜帶的精確度，因此為保證檢驗(yàn)的結(jié)果的準(zhǔn)確性，一般會(huì)在檢驗(yàn)過程中利用化學(xué)劑量手段分析檢驗(yàn)結(jié)果，即建立近紅外檢測(cè)精度數(shù)學(xué)模型。通過這種方法可辨別液態(tài)食品真假，追溯產(chǎn)品的來源。

在液態(tài)奶中的應(yīng)用

為獲得利潤，向牛奶中添加非法添加劑已成為奶業(yè)的部分不法商戶的“行規(guī)”，向牛奶中加入尿素、淀粉等的摻假手段已成為普遍的事情。而在三聚氰胺奶粉事件曝光后，牛奶的摻假行為被列為重點(diǎn)監(jiān)測(cè)對(duì)象。

近紅外技術(shù)檢測(cè)樣本摻假時(shí)，因液態(tài)奶為復(fù)雜分散體系，一般需進(jìn)行均質(zhì)處理，經(jīng)過學(xué)者的實(shí)踐和驗(yàn)證，檢測(cè)液態(tài)奶分散體系時(shí)，需現(xiàn)將液態(tài)奶均質(zhì)處理，否則無論是投射還是反投射，均需要采用PLS建模才能準(zhǔn)確定量檢測(cè)牛奶中尿素的含量。很多學(xué)者的研究結(jié)果表明，對(duì)摻假牛奶的檢測(cè)分為定量和定性兩種。多種實(shí)驗(yàn)結(jié)果為：在牛奶中摻入羊奶、豆?jié){等，利用漫反射光譜，結(jié)合主要成分分析和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的定性判別模型的分析，識(shí)別率達(dá)到83.56%。摻入植物奶油、淀粉或植物蛋白的牛奶樣本，利用漫反射光譜線性判別建立定性模型后，識(shí)別率達(dá)到95.3%。在牛奶中摻入尿素、三聚氰胺，利用定性判別模型，準(zhǔn)確率達(dá)到95%、96.3%。該檢測(cè)的流程為：采集近紅外透反射光譜數(shù)據(jù)的記錄，將近紅外二維相關(guān)參數(shù)和方法與誤差反向傳播法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，形成摻雜有多種物質(zhì)的牛奶樣本定性判別模型。

在液體酒中的應(yīng)用

國際上酒檢測(cè)中心利用可見近紅外光譜分析技術(shù)檢測(cè)酒的品質(zhì)的實(shí)驗(yàn)中，分別鑒別和分析霞多麗和雷司令葡萄酒，建立了綜合可見和近紅外波長區(qū)域的光譜信息建模數(shù)據(jù)。在判別回歸模式下兩種葡萄酒的判別準(zhǔn)確率分別為100%和94%。

使用近紅外光譜檢測(cè)葡萄酒的成分，主要檢測(cè)內(nèi)容包括有色聚合體、三甲聚合體、單寧酸等。通過近紅外結(jié)合偏最小二乘法的預(yù)測(cè)值，可用于快速檢驗(yàn)葡萄酒中的酚類物質(zhì)，在該檢驗(yàn)中，對(duì)澳大利亞白葡萄酒進(jìn)行感官評(píng)價(jià)和可見近紅外光譜分析，利用模型數(shù)據(jù)分析感官評(píng)價(jià)和光譜分析后，發(fā)現(xiàn)近紅外光譜信息與酒中的感官存在著一定的聯(lián)系。但由于受樣品酒品種和數(shù)量的局限，偏最小二乘矯正模型的預(yù)測(cè)穩(wěn)定性需進(jìn)一步驗(yàn)證，收集更多的葡萄品種才能最大范圍地利用感官評(píng)價(jià)分析方法。分別運(yùn)用電子鼻和溫度變化檢測(cè)儀器，分析近紅外光譜的影響和化學(xué)組成成分計(jì)量模型表現(xiàn)影響的研究，顯示波長分別為900 nm和1 300 nm處的光譜圖像存在差異。

近紅外反射光譜法用偏最小二乘法、交互驗(yàn)證法等變量矯正方法的建立光譜模型，包括酒精度、質(zhì)量、pH值等系數(shù)，但對(duì)有機(jī)酸、還原糖等的判別系數(shù)較低。此外，將近紅外反射光譜法作為主要參數(shù)的檢測(cè)，利用這一技術(shù)檢測(cè)葡萄酒的幾個(gè)因素后得到的結(jié)果是近紅外光譜分析的信噪較低，比傅里葉變化檢測(cè)的結(jié)果準(zhǔn)確，接近酒精度和容積下的質(zhì)保測(cè)定值的交叉驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)誤差。該實(shí)驗(yàn)室還利用傅里葉變換近紅外光譜檢測(cè)黃酒中的鉀、鈣、鎂3種微量金屬得到準(zhǔn)確性極高的模型。對(duì)于黃酒產(chǎn)地的鑒別和實(shí)驗(yàn)結(jié)果均基本達(dá)到100%。

在果汁品質(zhì)檢測(cè)中的應(yīng)用

使用近紅外光譜技術(shù)檢測(cè)蘋果和橘子汁中的糖分，結(jié)果表明，透射模式下的光譜檢測(cè)結(jié)果較反射模式風(fēng)味準(zhǔn)確，標(biāo)準(zhǔn)預(yù)測(cè)差小于0.2%，環(huán)境的變化對(duì)糖分的近紅外檢測(cè)有一定的影響，在使用近紅外光譜技術(shù)檢測(cè)糖分后，可通過對(duì)飲料的質(zhì)量控制區(qū)分果汁摻假和污染的情況。再例如傅里葉變化近紅外光譜分析技術(shù)的鑒別錯(cuò)誤率分別為30%和45%，通過遺傳算法預(yù)處理光譜后，紫外光譜的鑒別錯(cuò)誤率得到大幅度降低。

利用近紅外光譜技術(shù)判別蘋果汁時(shí)，微波熱處理樣品和原始光譜的偏最小二乘法處理，可有效地檢測(cè)出不同品種的蘋果汁，應(yīng)用于別的果汁鑒定上同樣有效。

采用近紅外光譜技術(shù)檢測(cè)日本梅子中檸檬酸和蘋果酸的含量，通過對(duì)樣品采集光譜的方法，采集到毛細(xì)管電泳法達(dá)到的檢測(cè)結(jié)果。使用近紅外光譜透射新鮮果，得出不同光譜范圍內(nèi)蘋果汁作為融性固形物含量，具有不同模型的預(yù)測(cè)性能，通過計(jì)算新鮮果汁的預(yù)測(cè)模型，得出結(jié)論，近紅外光譜透射方式是檢測(cè)新鮮果汁的可溶性固形物的含量的最佳方式。

在食用油品質(zhì)中的應(yīng)用

使用近紅外光譜檢測(cè)柑桔油品質(zhì)時(shí)，可檢測(cè)出其中的醛等主要成分。近紅外光譜技術(shù)判別南瓜油，可很快地鑒別護(hù)南瓜油的品質(zhì)，無需其他光譜預(yù)處理所需的理性成分分析，減少實(shí)驗(yàn)用時(shí)，也減少實(shí)驗(yàn)室的工作量。近紅外光譜技術(shù)檢測(cè)魚油，可得到更為準(zhǔn)確的魚油中的碘值和皂化值。同時(shí)近紅外光譜技術(shù)還能鑒別可食用魚油和非食用魚油，檢驗(yàn)時(shí)間短，準(zhǔn)確率高。監(jiān)檢測(cè)奶油等的脂化程度，替代傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法。檢測(cè)奶油中的自由脂肪酸等，通過光譜分析預(yù)測(cè)反映時(shí)間，以確定監(jiān)測(cè)過程中的酶的反映活性。檢測(cè)輕質(zhì)橄欖油，主要目標(biāo)為脂肪酸和甘油脂，直接可區(qū)分橄欖油的質(zhì)量、流程、產(chǎn)地等各方面的檢測(cè)工作。對(duì)煎炸油中的降解成分分為總極性物質(zhì)和自由脂肪酸含量。通過矯正模型的改進(jìn)，可利用近紅外光譜確定總極物質(zhì)和自由脂肪酸的含量。

結(jié)語

近紅外光譜檢測(cè)液態(tài)食品品質(zhì)，可很好地判斷食品的品質(zhì)，但單一的分析技術(shù)無法檢測(cè)液態(tài)食品的色香味，如果綜合利用電子鼻、電子舌等光譜分析技術(shù)，則品質(zhì)檢測(cè)將不再存在漏洞。為更加穩(wěn)定和實(shí)用地檢測(cè)液態(tài)食品，需在模型算法優(yōu)化的光譜預(yù)處理方法上不斷深入探討，這將是近紅外光譜研究的重要課題。