紅外光譜技術及其在食品檢測中的應用

◎ 曾鳳仙，周道志

（湛江國聯水產開發股份有限公司，廣東 湛江 524022）

食品安全問題不斷突顯，這引起了社會各界的關注，同時對于食品檢測也提出了更高的要求。相關部門就需要與檢測的實際情況結合起來，引進先進的檢測技術，如紅外光譜技術就可以在很大程度上解決食品安全問題。

1 紅外光譜技術的原理及分類

1.1 原理

當連續波長的紅外光通過物質，其物質分子中的某一個基團振動頻率或者是轉動頻率與紅外光頻率能夠保持一致，其分子就吸收能量，從原本的基態振動能級躍遷到能量較高的振動能級，分子吸收紅外輻射后發生振動和轉動能級的躍遷，該處波長的光就被物質吸收。因此，紅外光譜法實際上就是按照分子內部原子之間的相對振動以及分子轉動等對應的信息，從而對分子結構加以確定，對化合物進行鑒別分析的一種方法[1]。

1.2 分類

紅外光譜技術包含遠紅外光譜技術、近紅外光譜技術、傅里葉變換紅外光譜技術等。其中，遠紅外光譜技術是利用遠紅外區物體吸收光譜，該區域光源能量偏弱，吸收譜帶以純轉動躍遷、液體里重原子伸縮振動為主，通常不會對遠紅外廣譜區開展定量分析工作；近紅外光譜技術具備四種形式的能量，分別是平動能與振動能、轉運能、電子能。近紅外倍頻與合頻吸收比中紅外更弱一些，由于背景較為復雜，很容易發生譜峰重疊的問題，要利用化學計量獲取有效信息。傅里葉變換紅外光譜技術，其光譜技術是快速的，無損食品分析的檢測技術，主要是利用化學計量學的方法來相互結合，從而做出定量與定性分析。

2 紅外光譜技術的優缺點

2.1 優點

在食品檢測中，紅外光譜技術能滿足檢測不同物質的需求，這樣的檢測方式能保證極高的效率與準確率。通過紅外光譜技術，不需要操作人員掌握多么高的操作技術就可以熟練使用。與其他的食品檢測方法相比，紅外光譜技術檢測食品基本沒有污染，能更好地滿足保護環境的現實需要。另外，通過紅外光譜技術來檢測食品，可以確保食品的完整性，并且還不會破壞食品本身的結構，從而可以提升食品安全檢測工作的質量。

2.2 缺點

利用紅外光譜技術檢測食品時，要基于光譜圖將檢測結果呈現出來，這就對工作人員提出了比較嚴格的專業技術要求。與此同時，利用紅外光譜技術進行檢測時，還需要重點分析其靈敏度問題。此外，針對紅外光譜技術來檢測食品安全，不會受到外界的影響與干擾，確保了檢驗結果的準確性[2]。

3 紅外光譜技術在食品檢測中的應用

3.1 近紅外光譜技術

近紅外光譜技術可用于不同食品的檢測，如是否在純牛奶里面摻加還原奶，通過建立模型就能形成鑒別還原奶的模型，正確率為90%～100%。針對原料奶酸度以及pH值構建最小二乘法定量模型來校正，兩種預測值之間的平均誤差低于0.5%。通過多元散射校正作為主要的處理方式，再與偏最小二乘法建立牛奶之中氯霉素殘留定量分析的校正模型，利用縮減模型，可預測樣品之中的氯霉素含量。PLS是對紅外漫反射光譜重疊進行分析的重要信息，能科學合理地規避各種各樣的干擾因素。基于以上實驗，能構建檢測系統。并且，在這一個系統之中，基于600～1050 nm獲取非均脂牛奶的近紅外光譜，就可以對牛奶中乳糖、脂肪及蛋白質等成分加以檢測。

3.2 定量檢測

定量檢測用于解析油脂類食品，通過使用碘的量判斷油脂脂肪酸的不飽和程度，酸值則利用油脂的酸敗度進行判斷，過氧化值利用氧化度來分析，不飽和脂肪酸與飽和脂肪酸可以直接利用食用油的品質來進行檢測，據此可以對食用油的優劣進行判定。如果利用常規的試驗方法來對數值進行測定，不但會增加化學試劑的使用量，同時還會浪費樣品，無法確定測定的具體時間，要投入大量的人力和物力。然而，利用紅外光譜技術、化學計量學，就能形成校正模型，檢測油脂脂肪酸與過氧化值等，達到檢測和鑒別食品的目的。

3.3 定性鑒別

FITR檢測技術能用于檢測黑木耳、黑牛肝菌、銀耳等菌類食品，只是光譜反映效果有區別。對于紅外光譜技術，分析譜峰數據，黑木耳和銀耳譜峰較為接近，它們和黑牛肝菌比起來還存在一定的差異。通過對吸收強度數據的分析，就可以直接區分出銀耳與黑木耳。通過紅外線指紋圖譜技術結合成分分析法對山藥進行檢測，就可以區分山藥的種類。通過聚類分析的方法，可以形成二線線性投影圖，這樣就可以使其鑒別更加直觀。通過FTIR方法來對小麥品種根部進行紅外光譜分析，也能清楚了解不同小麥品種紅外光譜圖存在較大的差異，這一種方法在小麥類的食品檢測之中應用較為廣泛[3]。

4 近紅外光譜技術在嬰幼兒食品檢測中的應用

在對食品檢測之中紅外光譜技術的原理、種類與應用進行分析之后，針對嬰幼兒食品檢測，利用近紅外光譜技術進行具體的應用分析。

4.1 在奶粉檢測中的應用

奶粉理化指標包含了水分、蛋白質、脂肪、乳糖等，并且還有少量的鈣、鐵、鋅等礦物質，這些指標決定了奶粉的品質與級別，直接關系嬰幼兒的生長發育。所以，對于奶粉之中的指標成分進行檢測，并且鑒別奶粉摻假具有重要的意義。通過近紅外光譜檢測技術，可以直接建立鑒別市場銷售奶粉是否摻假行為的模型。如果摻加物含量超過1%，建立的模型的預測及判別率達到100%。利用傅里葉近紅外光譜技術，先建立嬰幼兒奶粉脂肪酸含量的近紅外模型，接著通過外部檢驗、交互驗證，就可以分析模型本身的可靠性，經過實踐驗證，近紅外模型擁有良好的預測能力，因此逐漸成為嬰幼兒配方奶粉之中脂肪酸快速篩查的一種有效方法。通過近紅外光譜技術結合混合變量選擇方法，從而對奶粉之中的鐵鋅含量加以預測，通過連續投影算法、無信息變量消除法等方式來選擇波長變量，再結合偏最小二乘支持向量機法，就可以建立出鐵與鋅的近紅外光譜定量模型。結果顯示，運用UVE-SPA選擇變量之后，再使用LS-SVM就可以對奶粉鋅含量加以預測；通過運用UVE選擇變量，也可以通過LS-SVM建模來預測奶粉之中的鐵含量。

4.2 在米粉檢測中的應用

米粉，作為嬰幼兒食品的一類，其食用量較大。商家為了延長米粉的保質期，一般會進行輻照滅菌處理，雖然隨著輻射劑量的增多，滅菌的效果會進一步提升，但過量的輻射劑量會影響食品的品質，從而影響米粉的安全性。因此，國家也直接規定嬰幼兒的食品不能使用輻射來進行處理。所以，對于嬰幼兒米粉之中輻射劑量進行檢測，對于確保嬰幼兒米粉安全有重要的意義。近紅外光譜技術憑借其高效準確、快速及無損樣品等優點，被應用到米粉輻射劑量分析中。另外，基于可見-近紅外光譜技術的無損檢測、快速檢測，利用主成分分析法來進行聚類分析，就可以建立不同米粉樣品的定性分析模型，滿足不同劑量輻照處理的米粉快速鑒定，進而對米粉類產品是否經過輻照滅菌或者是實際的處理劑量進行檢測[4]。

5 結語

通過紅外光譜技術來對食品的安全性進行檢測，能夠提升食品安全檢測質量其準確率。但是，在食品安全檢測領域，紅外光譜技術的應用還沒有達到極致，只有通過更進一步的研究，才能夠提供強大的支持，更好地輔助食品安全質量檢測工作的持續開展。