探討紅外光譜技術在食品檢測中的應用

文 付志明 黃小芳 劉賢標 李枝明 贛州市綜合檢驗檢測院

人們生活水平的提高，加強了對于食品安全的重視程度，使食品檢測技術得到了進一步的發展。紅外光譜技術在檢測食品類型、成分等方面有著較好的作用，能夠實現對于食品品質、類型、成分等多個方面的高效檢測，對于提升食品安全、品質等方面有著積極作用。因此，加強對紅外光譜技術在食品檢測中的應用研究是十分有必要的。

1.紅外光譜技術檢測原理

紅外光譜技術主要是基于不同物質對于光的吸收、散射、反射以及透射特性不同，以此實現對待測物的檢測。紅外光譜是分子對于某些波長的紅外線進行選擇性吸收而產生的，通過檢測紅外線被吸收的情況，進而得到具有特殊特征的吸收光譜，可以實現對于食品的檢測。在實際進行檢測的過程中，通過對紅外光譜譜帶數量、位置、特點以及強度等數據的采集，可實現對于食品的定性以及定量分析。根據紅外光譜波長，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。大多數化學鍵的振動基頻位于中紅外區域，譜帶雖然相對較窄，但是吸收強度較大。在實際應用過程中，通過分析待測物的中紅外光譜與分子結構情況，并將其與普通中紅外圖譜進行對比分析，能夠實現對于化合物結構的鑒定。近紅外光譜是由分子中能量較高的含氫基團吸收光能之后產生的。在實際應用的過程中，為避免譜帶重疊問題給檢測分析工作造成不良影響，需要借助相應的化學計量以及計算機分析手段，對近紅外光譜進行提取。

2.食品檢測中紅外光譜技術的應用特點

紅外光譜技術在食品檢測當中的主要應用特點表現在以下幾個方面：第一，檢測效率和準確率較高。該技術的合理應用能夠滿足不同物質的檢測需求，而且檢測方法相對簡單，可以實現快速檢測，對于相關操作人員的要求不高，檢測結果相對準確。第二，該檢測方法不會造成污染。與其他檢測技術相比，紅外光譜技術不會產生較大的污染，在環境保護方面有著較好的應用效果。第三，有效保障食品的完整性。紅外光譜技術在食品檢測當中的應用，不會對食品表面以及內部結構造成破壞，能夠有效提升食品檢測質量和水平。第四，靈敏度要求較高。在實際進行食品檢測的過程中，為保障該技術應用效果，相關工作人員需要加強對于靈敏度的分析，并保障檢測過程中不會受到外界環境的影響和干擾，以此保障檢測結果準確、可靠。

3.紅外光譜技術在食品檢測中的用途

3.1食品產地鑒定

由于不同地區的環境情況、氣候條件等存在較大差異，食品原材料的特點、成分以及相應物質含量情況等各不相同，因此相應紅外光譜之間也存在一定區別，在食品檢測的過程中，就可以借此針對食品原材料的產地進行檢測。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，對食品樣品當中化合物的屬性、特點、濃度以及相應微生物環境進行檢測，并在此基礎上，對食品原材料的產地進行大致分析，以此實現食品產地的鑒別。第二，借助近紅外光，通過投射光譜技術，或者利用中紅外衰減全反射光譜技術，將樣品當中的紅外光譜進行有機融合。與單一模型相比，模型集的準確率相對更高，能夠快速識別出食品的原產地，這種檢測方法不僅檢測效率較高，而且是當前食品原產地鑒定當中成本較低的檢測技術。第三，中紅外光譜技術。該技術能夠實現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，達到產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。在木耳鑒別當中，可通過對紅外光譜譜峰數據的分析對不同木耳品種進行判斷。其中，黑木耳與銀耳的譜峰相似度較高，在實際進行鑒別的過程中，可進一步通過吸收強度的分析，對二者進行區分。在對山藥進行檢測的過程中，可以借助紅外線指紋圖譜技術以及成分分析法，實現對于山藥品種的鑒定。除此之外，還可以借助聚類分析法，形成相應投影圖，使得鑒別過程更加直觀、便利。在對小麥品種進行分析的過程中，可使用FTIR技術，對其根部展開紅外光譜分析，以此實現對于小麥類食物的檢測和鑒定。在對肉制品進行檢測的過程中，應用的是中紅外光譜分析法區分凍肉和鮮肉。此外，在聚類分析算法的融合應用之下，中紅外光譜還能夠用于對飲品品類的檢測，以及轉基因和非轉基因食品的區分。

3.3食品摻假鑒定

近年來，食品摻假、造假問題愈發嚴重，對于食品安全產生了極大的威脅，也侵犯了消費者的權益，損害了消費者的健康。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重要。

以食用油為例。食用油作為日常生活當中的必備食品，對于人體健康有著直接的影響，很多不法商家為獲取暴利，導致食用油經常存在以次充好的情況，而傳統理化檢驗技術難以實現對于食用油真假的有效檢驗。對此，國內外相關學者針對食用油的摻假鑒定展開了大量研究，而紅外光譜技術在其中發揮了重要的作用。當前，紅外光譜在食用油真假鑒定當中已經得到了十分廣泛的應用，相應檢測技術方法較多。對于橄欖油的檢測，可選用指定波數段，對橄欖油的紅外光譜進行采集，然后通過回歸分析的方式，建立相應校正模型，并以此為基準，實現對于優質橄欖油的鑒定，判斷其中是否摻雜葵花籽油、芝麻油等其他油品。經過國外學者的研究分析，發現該鑒定方法對于橄欖油中葵花籽油的摻雜判斷誤差較小，能夠達到98%的準確率。對于芝麻油的摻假鑒定，可通過全波段光譜掃描，構建相應摻假模型，以此實現對于芝麻油的鑒定，快速分析當中大豆油、香精等其他成分的摻雜情況，還能夠實現無損鑒別，鑒定水平相對較高。

紅外光譜技術還能夠實現對于羊肉摻假情況的鑒定。羊肉摻假是當前食品市場當中較為常見的情況，能夠為商家在短時間內獲得極大利潤，但同時也損害了消費者的合法權益，因此，加強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計量相結合的方式進行鑒定。在獲取羊肉樣品的近紅外光譜之后，需要借助平滑求導、中心化等一系列校正處理方法，構建相應回歸模型，以此實現對于羊肉樣品的檢驗和分析。經研究發現，該方法檢測結果的準確性相對較高，而且適用性較強。除此之外，紅外光譜技術還能夠用于香辛料、葛粉、蜂蜜以及水果飲料等食品摻假情況的鑒定。為進一步發揮該技術在食品摻假鑒定當中的應用效果，還需要針對更多的食品樣本進行分析和研究，不斷提升模型的代表性，以此強化模型的預測能力，提升食品摻假鑒定水平。

3.4食品品質檢測

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的重視，而食品品質能夠有效反映食品的綜合價值。為強化食品質量控制，進一步滿足市場需求，食品品質檢測方面的研究也在不斷加強。紅外光譜技術在食品品質檢測方面的應用，能夠快速準確地判斷食品品質，在保障消費者的合法權益方面起到重要作用。紅外光譜技術在食品品質檢測當中主要應用在以下幾個方面。

第一，油脂品質檢測。在實際進行油脂品質檢測的過程中，影響其品質的主要因素包括油品的黏度、酸值以及折光率。因此，檢測時應著重從以上三個方面入手。對此，可在紅外光譜技術的基礎上，融合化學計量學，針對不同產地油脂建立相應預測模型，并以此為標準，對待測油脂的品質進行檢驗和鑒定。

第二，酒水品質鑒定。借助紅外光譜技術能夠實現對于酒水品質的高效鑒定，以葡萄酒為例。葡萄酒的品質與其自身的產地之間有著密切的聯系，對此，可通過近紅外以及中紅外衰減光譜技術，實現對于不同產地葡萄酒樣品情況的采集，并構建相應圖譜模型，以此實現對于葡萄酒產地的高效、準確鑒別。除此之外，還可以借助紅外光譜技術，判斷葡萄酒的成分或者不同物質的化學結構特點，以此分析酒的品質。

第三，大米品質檢測。大米當中含有大量的蛋白質、脂肪、碳水化合物以及水分，這些指標也是判斷大米品質的重要參考依據。在實際進行檢測的過程中，可借助紅外光譜技術采集大米的紅外光譜信息，并通過求導等方式對光譜進行預處理，然后建立大米蛋白質、脂肪等的含量模型，以此判斷大米品質。該檢測方法的準確度高達91%，而且相應檢驗過程較為簡單、便捷、快速，不會對環境造成不良影響，有著較好的綠色環保、快捷便利的優勢。

第四，水果品質鑒定。例如：在對櫻桃品質進行鑒定的過程中，櫻桃果實的質地是影響其品質的主要因素，對此，可借助紅外光譜技術對櫻桃果實的硬度、咀嚼性等進行檢測。在實際檢測的過程中，可使用408-2492nm的單波長，對櫻桃樣品進行掃描，并獲得相應紅外光譜數據信息，然后構建預測模型，進而得到櫻桃硬度等與果實品質相關的預測模型，以此作為對櫻桃果實品質判斷的依據。

在新時期背景下，人們的消費觀念發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，對于食品質量方面的要求也逐漸提高，而紅外光譜技術基于其本身簡單、快速、無損而且能夠實現智能化檢測的優勢，得到了廣泛應用，未來該技術也將會在食品品質檢測當中發揮重要作用。

3.5食品成分檢測

食品成分具有極強的復雜性，在對其進行檢測的過程中需要采取定量分析的方式，以此確定食品質量，尤其應加強對于含量較低的成分進行檢測，實現對于食品質量的全面了解。在實際進行食品成分分析的過程中，可將中紅外光譜技術與最小二乘回歸法進行有機結合，構建相應預測模型，以此實現對于食品成分的快速檢測，如營養參數、腐敗參數等。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

食品有害物質檢測是食品檢測當中的重要內容。在傳統檢測方法當中，往往需要使用大量的化學試劑，不僅檢測成本較高，效率較低，而且還可能對環境造成污染。相比之下，紅外光譜技術則能夠有效解決上述檢測問題，實現對于食品的無損檢驗，而且不會給環境帶來不良影響。

在白酒檢測過程中，若白酒當中乙酸等物質的含量過高，不僅會使得白酒過于渾濁、酸味過大，降低白酒品質，而且還會影響到消費者的身體健康。因此，在白酒檢測時，加強對于乙酸濃度的檢驗是十分重要的。為此，可借助近紅外光譜技術，合理選擇近紅外光譜波段，進行數據采集，然后通過最小二乘法、內外交叉驗證法，構建相應預測模型，此方法對于白酒中乙酸含量的檢測準確率高達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實現對于大米當中重金屬含量的檢驗。該方法不僅檢測精準度較高，而且耗時較少，操作便捷。除此之外，紅外光譜技術還能夠觀察到微生物細胞特征。因此，也常被應用在食品中的細菌檢測上。值得注意的是，在實際應用紅外光譜技術進行有害物質檢測的過程中，由于部分檢測內容的檢測限較低。因此，為保障檢測結果的準確性，還需要根據實際情況，合理融合其他檢測方法。

結束語

綜上所述，紅外光譜技術基于其本身檢測效率較高、結果可靠、操作簡單等方面的優勢特點，在食品檢測領域得到了十分廣泛的應用，不僅能夠用于鑒定食品產地、區分食品類別、分析食品摻假，還能夠檢測食品的成分、品質以及有害物質。在實際應用的過程中，應根據待檢測物的特點和實際檢測內容，合理選擇紅外光波段，并通過最小二乘法、化學計量法等合理進行數據信息的處理，構建相應預測模型，然后展開食品檢測。隨著對紅外光譜技術的深入研究和實踐應用，食品檢測技術水平將會得到進一步提升。