近紅外光譜技術在醋品質分析中的應用

蔡偉源 羅培余

食用醋是一種專門的酸味調(diào)味品，它的釀造歷史十分悠久。隨著科學技術的發(fā)展，很多的食品都出現(xiàn)了一定程度上的摻假和偽造現(xiàn)象，這不但影響了食醋的品質，還有可能威脅消費者的生命健康，損害群眾的消費者權益。食用醋的PH值和可溶性固形物含量決定了醋的最終品質，是判斷食醋質量優(yōu)劣的關鍵指標。傳統(tǒng)食醋品質檢測方法步驟太多、成本過高，已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代化醋品質的檢驗要求。而近紅外光譜技術在醋檢測過程中不會造成樣品污染，具有分析速度快、成本低、檢測精度高、操作方便等優(yōu)勢，在多個檢驗領域中得到認同，并廣泛應用于食品檢測中。采用近紅外光譜技術定理分析醋的理化指標時，要先對醋的原始近紅外光譜進行預處理，利用最小二乘法（PLS）創(chuàng)建可溶性固形物含量和食醋總酸的光譜模型，最后進行效果對比。

中國食醋行業(yè)現(xiàn)狀分析

在我國人民日常生活中，醋是必不可少的一種調(diào)味品，市場需求穩(wěn)定。中國調(diào)味品協(xié)會在2006年統(tǒng)計的醋情況，年產(chǎn)量達到200萬噸以上，生產(chǎn)廠家大約6000家，品牌企業(yè)占比40%，以小作坊形式存在的有60%，我國擁有很大的生產(chǎn)和銷售市場。盡管食醋在調(diào)味品總產(chǎn)量約占25%，卻在整體調(diào)味品市場內(nèi)發(fā)展緩慢且生產(chǎn)技術落后，分析原因，主要是因為食醋品種不多、包裝不新穎、伏附加值低，導致食醋的整體市場形象受到影響，價格無法提高，陷入一個很尷尬的境地。圖1為我國食醋行業(yè)2003年至2012年的發(fā)展圖示。

醋品質的傳統(tǒng)檢測方法

醋品質的傳統(tǒng)檢測方法有衛(wèi)生指標檢驗法、理化指標分析法以及感官評判法三種。其中理化指標檢驗是采用化學和物理分析手段對食醋中的可溶性固形物、總酸和不揮發(fā)酸等指標進行科學合理的分析和檢測，根據(jù)指標來判斷食醋的品質。理化指標檢驗法可信度較高，但是此種方法會耗費很長時間來檢測，檢測費用高，要找專業(yè)的檢測人員來進行此項操作，會受到時間和空間的影響，不適合在線實時檢測。隨著食醋種類的不斷增多，很多商人對感官評定法的要求越來越高，這是一種主觀形式的感覺判斷，評定人員可以根據(jù)食醋的香味、形態(tài)等綜合特征來對醋品質進行判斷，但是每個人對味道的要求不同，感官評定指標沒有明顯的界限，評定者要有很高的品評水平才能夠勝任，還有個人經(jīng)驗、性別、體質等的影響，給感官評定帶來了很大的麻煩，結果難以確定。

近紅外光譜技術在醋品質分析中的應用探討

近紅外光譜技術概述。近紅外光是一種電磁波，介于可見光和中紅外光之間，近紅外光波長為780～2500nm。近年來，近紅外光譜技術在農(nóng)產(chǎn)品品質分析中占據(jù)重要地位，是一種關鍵的分析手段。它的工作原理為：利用物質分子基團中的彎曲、振動及伸縮時的固有振動頻率，每種成分的光有不同的光吸收特性，為近紅外光譜分析奠定了數(shù)據(jù)基礎。紅外活性分子與近紅外光子之間會發(fā)生作用，出現(xiàn)近紅外光譜吸收現(xiàn)象。和以往的技術相比，近紅外光譜技術的品質測試速度更快，分析結果在一分鐘之內(nèi)就能得到，不需要進行復雜的預處理操作，能夠在一次樣品光譜采集過程中得到多項待測指標，污染小，對檢測樣品不造成破壞，能夠有效的節(jié)約成本。

近紅外光譜技術分析材料與具體方法。（1）儀器設備和樣品材料。實驗采用的是QC- leader傅里葉變換近紅外光譜儀與相應的透射元件，光譜范圍在600～2600nm，光譜分辨率為10nm，每一種食醋樣品掃描4次，取樣品的平均值為近紅外透射光譜值。利用MATLAB軟件對光譜信息進行處理和具體分析。本次實驗用到的食醋樣品都來源于市面上售賣的普通陳醋，醋年份為1～3年，每個年份的不同的兩種陳醋分別抽取20瓶，共60瓶樣品，每個年份中隨機抽取4瓶為驗證集，剩余的48瓶為校正集。

（2）模型評價參數(shù)。采取相關參數(shù)（R）、驗證集均方根誤差（RMSEP）、校正集均方根誤差（RMSEC）來評判光譜模型的預測和穩(wěn)定性。相同范圍內(nèi)的食醋濃度，R值愈趨近于1，準確度愈高；校正集均方根誤差（RMSEC）值愈小，模型擬合程度愈高；驗證集均方根誤差（RMSEP）愈小，模型的預測性愈強，RMSEP和RMSEC值接近程度越高，那模型的穩(wěn)定性愈好。

醋品質測量結果比較和分析。PLS模型是在全光譜內(nèi)創(chuàng)建的模型，其中含有很多與可溶性固形物和食醋總酸沒有聯(lián)系的變量因素，這些無關信息影響著模型的預測能力。一般情況下，PLS模型在建立時一定要對光譜進行選擇，如果沒有相應的要求，可以隨機選擇光譜范圍。根據(jù)醋的理化指標、校正集和驗證集的關系建立了最佳模型結果進行比較和分析，如表1所示。

綜上所述，利用近紅外光譜技術對醋品質定量分析理化指標具有一定的可行性，研究結果表明采用適合的光譜預處理和選擇合理的光譜范圍對于建立光譜預測模型性能有重要的意義，實驗過程中選擇了不同類型、不同品牌、不同年份、總酸含量不同的20種醋進行分析研究，在定量分析醋的理化指標含量過程中，由于條件的限制，只檢測分析了食醋總酸、可溶性固形物量兩項重要指標，但檢測對象的相關數(shù)據(jù)仍然具有很好的利用價值。目前，利用近紅外光譜技術來檢測農(nóng)產(chǎn)品品質已經(jīng)成為研究的熱點內(nèi)容，因為近紅外光譜檢測技術的測量速度更加快速、操作方便簡單、消耗成本低，進一步提高了我國的醋品質測量分析水平。