探討紅外光譜技術(shù)在食品檢測中的應(yīng)用

文 付志明 黃小芳 劉賢標(biāo) 李枝明 贛州市綜合檢驗(yàn)檢測院

人們生活水平的提高，加強(qiáng)了對于食品安全的重視程度，使食品檢測技術(shù)得到了進(jìn)一步的發(fā)展。紅外光譜技術(shù)在檢測食品類型、成分等方面有著較好的作用，能夠?qū)崿F(xiàn)對于食品品質(zhì)、類型、成分等多個方面的高效檢測，對于提升食品安全、品質(zhì)等方面有著積極作用。因此，加強(qiáng)對紅外光譜技術(shù)在食品檢測中的應(yīng)用研究是十分有必要的。

1.紅外光譜技術(shù)檢測原理

紅外光譜技術(shù)主要是基于不同物質(zhì)對于光的吸收、散射、反射以及透射特性不同，以此實(shí)現(xiàn)對待測物的檢測。紅外光譜是分子對于某些波長的紅外線進(jìn)行選擇性吸收而產(chǎn)生的，通過檢測紅外線被吸收的情況，進(jìn)而得到具有特殊特征的吸收光譜，可以實(shí)現(xiàn)對于食品的檢測。在實(shí)際進(jìn)行檢測的過程中，通過對紅外光譜譜帶數(shù)量、位置、特點(diǎn)以及強(qiáng)度等數(shù)據(jù)的采集，可實(shí)現(xiàn)對于食品的定性以及定量分析。根據(jù)紅外光譜波長，可將其劃分為近紅外光譜、中紅外光譜以及遠(yuǎn)紅外光譜三種，這三種光譜的波長范圍分別為780-2500nm、2500-25000nm以及25000-500000nm。大多數(shù)化學(xué)鍵的振動基頻位于中紅外區(qū)域，譜帶雖然相對較窄，但是吸收強(qiáng)度較大。在實(shí)際應(yīng)用過程中，通過分析待測物的中紅外光譜與分子結(jié)構(gòu)情況，并將其與普通中紅外圖譜進(jìn)行對比分析，能夠?qū)崿F(xiàn)對于化合物結(jié)構(gòu)的鑒定。近紅外光譜是由分子中能量較高的含氫基團(tuán)吸收光能之后產(chǎn)生的。在實(shí)際應(yīng)用的過程中，為避免譜帶重疊問題給檢測分析工作造成不良影響，需要借助相應(yīng)的化學(xué)計量以及計算機(jī)分析手段，對近紅外光譜進(jìn)行提取。

2.食品檢測中紅外光譜技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)

紅外光譜技術(shù)在食品檢測當(dāng)中的主要應(yīng)用特點(diǎn)表現(xiàn)在以下幾個方面：第一，檢測效率和準(zhǔn)確率較高。該技術(shù)的合理應(yīng)用能夠滿足不同物質(zhì)的檢測需求，而且檢測方法相對簡單，可以實(shí)現(xiàn)快速檢測，對于相關(guān)操作人員的要求不高，檢測結(jié)果相對準(zhǔn)確。第二，該檢測方法不會造成污染。與其他檢測技術(shù)相比，紅外光譜技術(shù)不會產(chǎn)生較大的污染，在環(huán)境保護(hù)方面有著較好的應(yīng)用效果。第三，有效保障食品的完整性。紅外光譜技術(shù)在食品檢測當(dāng)中的應(yīng)用，不會對食品表面以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成破壞，能夠有效提升食品檢測質(zhì)量和水平。第四，靈敏度要求較高。在實(shí)際進(jìn)行食品檢測的過程中，為保障該技術(shù)應(yīng)用效果，相關(guān)工作人員需要加強(qiáng)對于靈敏度的分析，并保障檢測過程中不會受到外界環(huán)境的影響和干擾，以此保障檢測結(jié)果準(zhǔn)確、可靠。

3.紅外光譜技術(shù)在食品檢測中的用途

3.1食品產(chǎn)地鑒定

由于不同地區(qū)的環(huán)境情況、氣候條件等存在較大差異，食品原材料的特點(diǎn)、成分以及相應(yīng)物質(zhì)含量情況等各不相同，因此相應(yīng)紅外光譜之間也存在一定區(qū)別，在食品檢測的過程中，就可以借此針對食品原材料的產(chǎn)地進(jìn)行檢測。主要檢測方法包括以下三種途徑：第一，可通過基線漂移方式，對食品樣品當(dāng)中化合物的屬性、特點(diǎn)、濃度以及相應(yīng)微生物環(huán)境進(jìn)行檢測，并在此基礎(chǔ)上，對食品原材料的產(chǎn)地進(jìn)行大致分析，以此實(shí)現(xiàn)食品產(chǎn)地的鑒別。第二，借助近紅外光，通過投射光譜技術(shù)，或者利用中紅外衰減全反射光譜技術(shù)，將樣品當(dāng)中的紅外光譜進(jìn)行有機(jī)融合。與單一模型相比，模型集的準(zhǔn)確率相對更高，能夠快速識別出食品的原產(chǎn)地，這種檢測方法不僅檢測效率較高，而且是當(dāng)前食品原產(chǎn)地鑒定當(dāng)中成本較低的檢測技術(shù)。第三，中紅外光譜技術(shù)。該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對于食品來源的有效分析，主要是通過建立不同波段的辨別模型，然后借助向量計算法，達(dá)到產(chǎn)地識別和鑒定的目的。

3.2食品類型檢測

食品類型鑒別主要指的是判斷食品的種類。紅外光譜技術(shù)常被用于鑒定不同木耳品種、山藥種類、小麥品種、肉制品以及飲品。在木耳鑒別當(dāng)中，可通過對紅外光譜譜峰數(shù)據(jù)的分析對不同木耳品種進(jìn)行判斷。其中，黑木耳與銀耳的譜峰相似度較高，在實(shí)際進(jìn)行鑒別的過程中，可進(jìn)一步通過吸收強(qiáng)度的分析，對二者進(jìn)行區(qū)分。在對山藥進(jìn)行檢測的過程中，可以借助紅外線指紋圖譜技術(shù)以及成分分析法，實(shí)現(xiàn)對于山藥品種的鑒定。除此之外，還可以借助聚類分析法，形成相應(yīng)投影圖，使得鑒別過程更加直觀、便利。在對小麥品種進(jìn)行分析的過程中，可使用FTIR技術(shù)，對其根部展開紅外光譜分析，以此實(shí)現(xiàn)對于小麥類食物的檢測和鑒定。在對肉制品進(jìn)行檢測的過程中，應(yīng)用的是中紅外光譜分析法區(qū)分凍肉和鮮肉。此外，在聚類分析算法的融合應(yīng)用之下，中紅外光譜還能夠用于對飲品品類的檢測，以及轉(zhuǎn)基因和非轉(zhuǎn)基因食品的區(qū)分。

3.3食品摻假鑒定

近年來，食品摻假、造假問題愈發(fā)嚴(yán)重，對于食品安全產(chǎn)生了極大的威脅，也侵犯了消費(fèi)者的權(quán)益，損害了消費(fèi)者的健康。因此，食品檢測研究工作過程中，對于食品摻假方面的鑒定分析也越發(fā)重要。

以食用油為例。食用油作為日常生活當(dāng)中的必備食品，對于人體健康有著直接的影響，很多不法商家為獲取暴利，導(dǎo)致食用油經(jīng)常存在以次充好的情況，而傳統(tǒng)理化檢驗(yàn)技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)對于食用油真假的有效檢驗(yàn)。對此，國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者針對食用油的摻假鑒定展開了大量研究，而紅外光譜技術(shù)在其中發(fā)揮了重要的作用。當(dāng)前，紅外光譜在食用油真假鑒定當(dāng)中已經(jīng)得到了十分廣泛的應(yīng)用，相應(yīng)檢測技術(shù)方法較多。對于橄欖油的檢測，可選用指定波數(shù)段，對橄欖油的紅外光譜進(jìn)行采集，然后通過回歸分析的方式，建立相應(yīng)校正模型，并以此為基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)對于優(yōu)質(zhì)橄欖油的鑒定，判斷其中是否摻雜葵花籽油、芝麻油等其他油品。經(jīng)過國外學(xué)者的研究分析，發(fā)現(xiàn)該鑒定方法對于橄欖油中葵花籽油的摻雜判斷誤差較小，能夠達(dá)到98%的準(zhǔn)確率。對于芝麻油的摻假鑒定，可通過全波段光譜掃描，構(gòu)建相應(yīng)摻假模型，以此實(shí)現(xiàn)對于芝麻油的鑒定，快速分析當(dāng)中大豆油、香精等其他成分的摻雜情況，還能夠?qū)崿F(xiàn)無損鑒別，鑒定水平相對較高。

紅外光譜技術(shù)還能夠?qū)崿F(xiàn)對于羊肉摻假情況的鑒定。羊肉摻假是當(dāng)前食品市場當(dāng)中較為常見的情況，能夠?yàn)樯碳以诙虝r間內(nèi)獲得極大利潤，但同時也損害了消費(fèi)者的合法權(quán)益，因此，加強(qiáng)對于羊肉摻假鑒定是十分有必要的。對于羊肉摻假，可使用近紅外光譜與化學(xué)計量相結(jié)合的方式進(jìn)行鑒定。在獲取羊肉樣品的近紅外光譜之后，需要借助平滑求導(dǎo)、中心化等一系列校正處理方法，構(gòu)建相應(yīng)回歸模型，以此實(shí)現(xiàn)對于羊肉樣品的檢驗(yàn)和分析。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，該方法檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性相對較高，而且適用性較強(qiáng)。除此之外，紅外光譜技術(shù)還能夠用于香辛料、葛粉、蜂蜜以及水果飲料等食品摻假情況的鑒定。為進(jìn)一步發(fā)揮該技術(shù)在食品摻假鑒定當(dāng)中的應(yīng)用效果，還需要針對更多的食品樣本進(jìn)行分析和研究，不斷提升模型的代表性，以此強(qiáng)化模型的預(yù)測能力，提升食品摻假鑒定水平。

3.4食品品質(zhì)檢測

隨著人們生活水平的不斷提升，人們逐漸提高了對于食品品質(zhì)的重視，而食品品質(zhì)能夠有效反映食品的綜合價值。為強(qiáng)化食品質(zhì)量控制，進(jìn)一步滿足市場需求，食品品質(zhì)檢測方面的研究也在不斷加強(qiáng)。紅外光譜技術(shù)在食品品質(zhì)檢測方面的應(yīng)用，能夠快速準(zhǔn)確地判斷食品品質(zhì)，在保障消費(fèi)者的合法權(quán)益方面起到重要作用。紅外光譜技術(shù)在食品品質(zhì)檢測當(dāng)中主要應(yīng)用在以下幾個方面。

第一，油脂品質(zhì)檢測。在實(shí)際進(jìn)行油脂品質(zhì)檢測的過程中，影響其品質(zhì)的主要因素包括油品的黏度、酸值以及折光率。因此，檢測時應(yīng)著重從以上三個方面入手。對此，可在紅外光譜技術(shù)的基礎(chǔ)上，融合化學(xué)計量學(xué)，針對不同產(chǎn)地油脂建立相應(yīng)預(yù)測模型，并以此為標(biāo)準(zhǔn)，對待測油脂的品質(zhì)進(jìn)行檢驗(yàn)和鑒定。

第二，酒水品質(zhì)鑒定。借助紅外光譜技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對于酒水品質(zhì)的高效鑒定，以葡萄酒為例。葡萄酒的品質(zhì)與其自身的產(chǎn)地之間有著密切的聯(lián)系，對此，可通過近紅外以及中紅外衰減光譜技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對于不同產(chǎn)地葡萄酒樣品情況的采集，并構(gòu)建相應(yīng)圖譜模型，以此實(shí)現(xiàn)對于葡萄酒產(chǎn)地的高效、準(zhǔn)確鑒別。除此之外，還可以借助紅外光譜技術(shù)，判斷葡萄酒的成分或者不同物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以此分析酒的品質(zhì)。

第三，大米品質(zhì)檢測。大米當(dāng)中含有大量的蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物以及水分，這些指標(biāo)也是判斷大米品質(zhì)的重要參考依據(jù)。在實(shí)際進(jìn)行檢測的過程中，可借助紅外光譜技術(shù)采集大米的紅外光譜信息，并通過求導(dǎo)等方式對光譜進(jìn)行預(yù)處理，然后建立大米蛋白質(zhì)、脂肪等的含量模型，以此判斷大米品質(zhì)。該檢測方法的準(zhǔn)確度高達(dá)91%，而且相應(yīng)檢驗(yàn)過程較為簡單、便捷、快速，不會對環(huán)境造成不良影響，有著較好的綠色環(huán)保、快捷便利的優(yōu)勢。

第四，水果品質(zhì)鑒定。例如：在對櫻桃品質(zhì)進(jìn)行鑒定的過程中，櫻桃果實(shí)的質(zhì)地是影響其品質(zhì)的主要因素，對此，可借助紅外光譜技術(shù)對櫻桃果實(shí)的硬度、咀嚼性等進(jìn)行檢測。在實(shí)際檢測的過程中，可使用408-2492nm的單波長，對櫻桃樣品進(jìn)行掃描，并獲得相應(yīng)紅外光譜數(shù)據(jù)信息，然后構(gòu)建預(yù)測模型，進(jìn)而得到櫻桃硬度等與果實(shí)品質(zhì)相關(guān)的預(yù)測模型，以此作為對櫻桃果實(shí)品質(zhì)判斷的依據(jù)。

在新時期背景下，人們的消費(fèi)觀念發(fā)生了一定程度的改變，綠色無公害食品逐漸受到更多的歡迎，對于食品質(zhì)量方面的要求也逐漸提高，而紅外光譜技術(shù)基于其本身簡單、快速、無損而且能夠?qū)崿F(xiàn)智能化檢測的優(yōu)勢，得到了廣泛應(yīng)用，未來該技術(shù)也將會在食品品質(zhì)檢測當(dāng)中發(fā)揮重要作用。

3.5食品成分檢測

食品成分具有極強(qiáng)的復(fù)雜性，在對其進(jìn)行檢測的過程中需要采取定量分析的方式，以此確定食品質(zhì)量，尤其應(yīng)加強(qiáng)對于含量較低的成分進(jìn)行檢測，實(shí)現(xiàn)對于食品質(zhì)量的全面了解。在實(shí)際進(jìn)行食品成分分析的過程中，可將中紅外光譜技術(shù)與最小二乘回歸法進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，構(gòu)建相應(yīng)預(yù)測模型，以此實(shí)現(xiàn)對于食品成分的快速檢測，如營養(yǎng)參數(shù)、腐敗參數(shù)等。此方法可用于檢測牛奶的抗氧化活性、精米中直鏈淀粉含量、食品中可溶性蛋白含量，以及海魚在冷凍之后的總脂肪含量、脂肪酸含量的變化情況等，不僅能夠用于判斷食品質(zhì)量，而且還能夠用于推測食品的有效期。

3.6有害物檢測

食品有害物質(zhì)檢測是食品檢測當(dāng)中的重要內(nèi)容。在傳統(tǒng)檢測方法當(dāng)中，往往需要使用大量的化學(xué)試劑，不僅檢測成本較高，效率較低，而且還可能對環(huán)境造成污染。相比之下，紅外光譜技術(shù)則能夠有效解決上述檢測問題，實(shí)現(xiàn)對于食品的無損檢驗(yàn)，而且不會給環(huán)境帶來不良影響。

在白酒檢測過程中，若白酒當(dāng)中乙酸等物質(zhì)的含量過高，不僅會使得白酒過于渾濁、酸味過大，降低白酒品質(zhì)，而且還會影響到消費(fèi)者的身體健康。因此，在白酒檢測時，加強(qiáng)對于乙酸濃度的檢驗(yàn)是十分重要的。為此，可借助近紅外光譜技術(shù)，合理選擇近紅外光譜波段，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后通過最小二乘法、內(nèi)外交叉驗(yàn)證法，構(gòu)建相應(yīng)預(yù)測模型，此方法對于白酒中乙酸含量的檢測準(zhǔn)確率高達(dá)95%以上，而且檢測效率較高，操作簡單便利。

在大米檢測過程中，可借助紅外光譜技術(shù)實(shí)現(xiàn)對于大米當(dāng)中重金屬含量的檢驗(yàn)。該方法不僅檢測精準(zhǔn)度較高，而且耗時較少，操作便捷。除此之外，紅外光譜技術(shù)還能夠觀察到微生物細(xì)胞特征。因此，也常被應(yīng)用在食品中的細(xì)菌檢測上。值得注意的是，在實(shí)際應(yīng)用紅外光譜技術(shù)進(jìn)行有害物質(zhì)檢測的過程中，由于部分檢測內(nèi)容的檢測限較低。因此，為保障檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，還需要根據(jù)實(shí)際情況，合理融合其他檢測方法。

結(jié)束語

綜上所述，紅外光譜技術(shù)基于其本身檢測效率較高、結(jié)果可靠、操作簡單等方面的優(yōu)勢特點(diǎn)，在食品檢測領(lǐng)域得到了十分廣泛的應(yīng)用，不僅能夠用于鑒定食品產(chǎn)地、區(qū)分食品類別、分析食品摻假，還能夠檢測食品的成分、品質(zhì)以及有害物質(zhì)。在實(shí)際應(yīng)用的過程中，應(yīng)根據(jù)待檢測物的特點(diǎn)和實(shí)際檢測內(nèi)容，合理選擇紅外光波段，并通過最小二乘法、化學(xué)計量法等合理進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的處理，構(gòu)建相應(yīng)預(yù)測模型，然后展開食品檢測。隨著對紅外光譜技術(shù)的深入研究和實(shí)踐應(yīng)用，食品檢測技術(shù)水平將會得到進(jìn)一步提升。