近紅外光譜在農產品地理標志鑒別中的應用

崔 超

（作者單位：河南省農產品質量安全檢測中心）

農產品地理標志，是指標示農產品來源于特定地域，產品品質和相關特征主要取決于自然生態環境和歷史人文因素，并以地域名稱冠名的特有農產品標志（農業部2007年11號令《農產品地理標志管理辦法》）。農產品地理標志既是一種知識產權，又是一種優質農產品區域公共品牌。但是，在利益的驅動下，未經授權企業的農產品打著地理標志的牌子在市場上銷售，嚴重侵害了真正農產品地理標志的聲譽。因此，對農產品地理標志的準確鑒別意義重大，不僅可以保護授權登記企業和消費者的權益，還可有效地維護農產品地理標志的品牌聲譽。而基于儀器分析的農產品鑒別技術是農產品地理標志鑒別和保護的基礎技術。同位素質譜技術、氣相色譜技術、氣相色譜-質譜聯用技術、高效液相色譜技術、近紅外光譜、熒光光譜、核磁共振光譜技術已被應用于農產品產地與品質分析，其中近紅外光譜是一種便捷、高效、成本低廉、環境友好且適用于農產品分析的新型分析技術。

按照美國實驗與材料學會（ASTM）的定義，近紅外光譜是指波長在780～2526 nm（波數12820～3359 cm-1）范圍內的電磁波。有機物分子中的含氫基團（0-H，N-H，C-H，S-H)在近紅外光的照射下受到激發發生躍遷，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且較穩定，不同基團或同一基團在不同環境中產生的光譜在吸收峰位置和強度上有所不同，有利于進行不同物質的分析判定。但是近紅外光譜頻譜復雜，不同倍頻和頻峰重疊嚴重，在光譜學界普遍被認為沒有應用價值。隨著儀器分析技術、計算機技術和化學計量學的發展，近紅外光譜技術已成為20世紀90年代以來發展最快速的新型分析技術之一。由于近紅外光譜技術是依據從復雜、重疊、變動的光譜中提取的微弱信息進行分析，因此需要采用化學計量學方法建立光譜特征與待測量之間穩定、準確的數學模型。目前近紅外光譜技術在農產品地理標志鑒定方面常用的化學計量學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、人工神經網絡等。要建立分析性能穩定、準確數學模型，還需要以下條件：一是具有代表性的農產品地理標志樣品(標準樣品庫)；二是標準樣品庫中各份農產品地理標志樣品的近紅外光譜圖；三是運用計算機軟件中的化學計量學方法建立農產品地理標志樣品的近紅外光譜圖和待測量之間的對應模型；四是對所建立模型進行不斷地檢驗和校準。當測定實際樣品時，只需掃描待測樣品的近紅外光譜,通過預測定成分的對應模型就可以得到樣品該成分的含量,從而進一步進行農產品地理標志產品的鑒定。由于化學成分含量的差異能反映產品種類、生長環境等產地信息，所以近紅外光譜技術與色譜、質譜等其他分析技術相結合就可以提高農產品地理標志產品鑒定的準確性。

近紅外光譜技術已經被應用于農產品地理標志產品的鑒別應用研究。目前，農產品地理標志產品中的五常大米、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進行準確定性，準確率在91%以上。河南省（截至2021年7月）農產品地理標志產品登記數量160個，而近紅外光譜技術應用于省內農產品地理標志產品的鑒別應用鮮有報道，潛力巨大。為了推廣近紅外光譜技術在河南省農產品地理標志鑒別中的應用，首先，應盡快研究制定適合近紅外光譜技術在河南省農產品地理標志產品鑒別的技術標準，在近紅外光譜庫方面不斷收集省內農產品地理標志產品的范圍、種類和數量。其次，要加強產學研結合，與近紅外生產廠家合作，加快適合河南省農產品地理標志專用近紅外光譜儀的產業化開發，研究建立近紅外基礎硬件模塊和近紅外基礎軟件模塊，同時實現農產品地理標志近紅外信息資源的共享，降低用戶使用近紅外光譜技術的難度和成本。針對市場上出現的虛假農產品地理標志產品，便攜式的近紅外光譜儀的研發和應用很有必要，以實現農產品地理標志產品的快速鑒別。此外，近紅外光譜分析理論基礎方面的研究尤其重要，包括新的定性、定量化學計量學算法、儀器和數學模型穩定性等。最后，要加強人才隊伍建設，培養一批專業技術過硬的技術骨干，為農產品地理標志產品的鑒定和保護保駕護航。

近年來，隨著我國科學技術的迅速發展，“十四五”規劃、《中國制造2025》等相關政策相繼出臺，積極鼓勵科技創新。近紅外光譜技術作為一項新型分析技術，憑借便捷高效、成本低廉、環境友好等特點，勢必將迎來更為廣闊的發展前景和應用領域。