近紅外光譜在農(nóng)產(chǎn)品地理標(biāo)志鑒別中的應(yīng)用

崔超

農(nóng)產(chǎn)品地理標(biāo)志，是指標(biāo)示農(nóng)產(chǎn)品來源于特定地域，產(chǎn)品品質(zhì)和相關(guān)特征主要取決于自然生態(tài)環(huán)境和歷史人文因素，并以地域名稱冠名的特有農(nóng)產(chǎn)品標(biāo)志（農(nóng)業(yè)部2007年11號(hào)令《農(nóng)產(chǎn)品地理標(biāo)志管理辦法》）。農(nóng)產(chǎn)品地理標(biāo)志既是一種知識(shí)產(chǎn)權(quán)，又是一種優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品區(qū)域公共品牌。但是，在利益的驅(qū)動(dòng)下，未經(jīng)授權(quán)企業(yè)的農(nóng)產(chǎn)品打著地理標(biāo)志的牌子在市場(chǎng)上銷售，嚴(yán)重侵害了真正農(nóng)產(chǎn)品地理標(biāo)志的聲譽(yù)。因此，對(duì)農(nóng)產(chǎn)品地理標(biāo)志的準(zhǔn)確鑒別意義重大，不僅可以保護(hù)授權(quán)登記企業(yè)和消費(fèi)者的權(quán)益，還可有效地維護(hù)農(nóng)產(chǎn)品地理標(biāo)志的品牌聲譽(yù)。而基于儀器分析的農(nóng)產(chǎn)品鑒別技術(shù)是農(nóng)產(chǎn)品地理標(biāo)志鑒別和保護(hù)的基礎(chǔ)技術(shù)。同位素質(zhì)譜技術(shù)、氣相色譜技術(shù)、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)、高效液相色譜技術(shù)、近紅外光譜、熒光光譜、核磁共振光譜技術(shù)已被應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地與品質(zhì)分析，其中近紅外光譜是一種便捷、高效、成本低廉、環(huán)境友好且適用于農(nóng)產(chǎn)品分析的新型分析技術(shù)。

按照美國(guó)實(shí)驗(yàn)與材料學(xué)會(huì)（ASTM）的定義，近紅外光譜是指波長(zhǎng)在780～2526 nm（波數(shù)12820～3359 cm-1）范圍內(nèi)的電磁波。有機(jī)物分子中的含氫基團(tuán)（0-H，N-H，C-H，S-H）在近紅外光的照射下受到激發(fā)發(fā)生躍遷，引起的倍頻和合頻吸收峰，得到近紅外光譜。這些吸收峰的特征頻率較強(qiáng)且較穩(wěn)定，不同基團(tuán)或同一基團(tuán)在不同環(huán)境中產(chǎn)生的光譜在吸收峰位置和強(qiáng)度上有所不同，有利于進(jìn)行不同物質(zhì)的分析判定。但是近紅外光譜頻譜復(fù)雜，不同倍頻和頻峰重疊嚴(yán)重，在光譜學(xué)界普遍被認(rèn)為沒有應(yīng)用價(jià)值。隨著儀器分析技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和化學(xué)計(jì)量學(xué)的發(fā)展，近紅外光譜技術(shù)已成為20世紀(jì)90年代以來發(fā)展最快速的新型分析技術(shù)之一。由于近紅外光譜技術(shù)是依據(jù)從復(fù)雜、重疊、變動(dòng)的光譜中提取的微弱信息進(jìn)行分析，因此需要采用化學(xué)計(jì)量學(xué)方法建立光譜特征與待測(cè)量之間穩(wěn)定、準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型。目前近紅外光譜技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品地理標(biāo)志鑒定方面常用的化學(xué)計(jì)量學(xué)定量方法有主成分分析、偏最小二乘法、線性判別分析、支持向量機(jī)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。要建立分析性能穩(wěn)定、準(zhǔn)確數(shù)學(xué)模型，還需要以下條件：一是具有代表性的農(nóng)產(chǎn)品地理標(biāo)志樣品（標(biāo)準(zhǔn)樣品庫(kù)）;二是標(biāo)準(zhǔn)樣品庫(kù)中各份農(nóng)產(chǎn)品地理標(biāo)志樣品的近紅外光譜圖;三是運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件中的化學(xué)計(jì)量學(xué)方法建立農(nóng)產(chǎn)品地理標(biāo)志樣品的近紅外光譜圖和待測(cè)量之間的對(duì)應(yīng)模型;四是對(duì)所建立模型進(jìn)行不斷地檢驗(yàn)和校準(zhǔn)。當(dāng)測(cè)定實(shí)際樣品時(shí)，只需掃描待測(cè)樣品的近紅外光譜，通過預(yù)測(cè)定成分的對(duì)應(yīng)模型就可以得到樣品該成分的含量，從而進(jìn)一步進(jìn)行農(nóng)產(chǎn)品地理標(biāo)志產(chǎn)品的鑒定。由于化學(xué)成分含量的差異能反映產(chǎn)品種類、生長(zhǎng)環(huán)境等產(chǎn)地信息，所以近紅外光譜技術(shù)與色譜、質(zhì)譜等其他分析技術(shù)相結(jié)合就可以提高農(nóng)產(chǎn)品地理標(biāo)志產(chǎn)品鑒定的準(zhǔn)確性。

近紅外光譜技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品地理標(biāo)志產(chǎn)品的鑒別應(yīng)用研究。目前，農(nóng)產(chǎn)品地理標(biāo)志產(chǎn)品中的五常大米、響水大米、西湖龍井茶葉、蒸青綠茶恩施玉露、黃驊冬棗和新疆核桃等可通過近紅外光譜技術(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確定性，準(zhǔn)確率在91%以上。河南省（截至2021年7月）農(nóng)產(chǎn)品地理標(biāo)志產(chǎn)品登記數(shù)量160個(gè)，而近紅外光譜技術(shù)應(yīng)用于省內(nèi)農(nóng)產(chǎn)品地理標(biāo)志產(chǎn)品的鑒別應(yīng)用鮮有報(bào)道，潛力巨大。為了推廣近紅外光譜技術(shù)在河南省農(nóng)產(chǎn)品地理標(biāo)志鑒別中的應(yīng)用，首先，應(yīng)盡快研究制定適合近紅外光譜技術(shù)在河南省農(nóng)產(chǎn)品地理標(biāo)志產(chǎn)品鑒別的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，在近紅外光譜庫(kù)方面不斷收集省內(nèi)農(nóng)產(chǎn)品地理標(biāo)志產(chǎn)品的范圍、種類和數(shù)量。其次，要加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，與近紅外生產(chǎn)廠家合作，加快適合河南省農(nóng)產(chǎn)品地理標(biāo)志專用近紅外光譜儀的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)，研究建立近紅外基礎(chǔ)硬件模塊和近紅外基礎(chǔ)軟件模塊，同時(shí)實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品地理標(biāo)志近紅外信息資源的共享，降低用戶使用近紅外光譜技術(shù)的難度和成本。針對(duì)市場(chǎng)上出現(xiàn)的虛假農(nóng)產(chǎn)品地理標(biāo)志產(chǎn)品，便攜式的近紅外光譜儀的研發(fā)和應(yīng)用很有必要，以實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品地理標(biāo)志產(chǎn)品的快速鑒別。此外，近紅外光譜分析理論基礎(chǔ)方面的研究尤其重要，包括新的定性、定量化學(xué)計(jì)量學(xué)算法、儀器和數(shù)學(xué)模型穩(wěn)定性等。最后，要加強(qiáng)人才隊(duì)伍建設(shè)，培養(yǎng)一批專業(yè)技術(shù)過硬的技術(shù)骨干，為農(nóng)產(chǎn)品地理標(biāo)志產(chǎn)品的鑒定和保護(hù)保駕護(hù)航。

近年來，隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，“十四五”規(guī)劃、《中國(guó)制造2025》等相關(guān)政策相繼出臺(tái)，積極鼓勵(lì)科技創(chuàng)新。近紅外光譜技術(shù)作為一項(xiàng)新型分析技術(shù)，憑借便捷高效、成本低廉、環(huán)境友好等特點(diǎn)，勢(shì)必將迎來更為廣闊的發(fā)展前景和應(yīng)用領(lǐng)域。

（作者單位：河南省農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全檢測(cè)中心）