近紅外光譜檢測技術在農業與食品分析中的應用

王 清

（貴州省黔西南州農業農村局，貴州 黔西南 562400）

相關部門和科研人員應該要集中現有的優勢資源，大力開展人力資源和設備資源管理工作。充分發揮現代網絡技術的作用，建立終端用戶和中心數據庫實現信息的共享。近紅外光譜檢測技術可以簡單地看作是一種電磁波，波長的范圍在700~2 500 nm。一些有機物的主體結構和組成都可以在近紅外光譜檢測技術中找到一定的信號，而且整體的信號幅度變化是比較穩定的。由于近紅外光譜檢測技術自身的特點，所以在當下的科研發展和各行業發展過程中，近紅外光譜檢測技術在分析研究方面的應用非常廣泛。

1 近紅外光譜檢測技術的發展過程

研究近紅外光譜檢測技術的過程中，首先相關人員應該分析近紅外光譜檢測技術的具體發展過程。現在近紅外光譜檢測技術的應用已經十分廣泛了，但是最開始的應用應該是在20 世紀的30 年代左右。從最開始應用到后續的20 年期間，雖然該技術得到了一定的應用，但是整體的應用效果不夠理想，因為本身缺乏一定的儀器作為基礎，所以在應用的過程中整體的范圍和模式受到了很大的限制。20 世紀60 年代，NIR 分析技術被提出。這一技術的提出讓物質的含量和近紅外區內的不同波點呈現了線性關系，進行適當的調整之后，同時還可對農產品中的水分蛋白質以及脂肪進行系統的測定，在測定的過程中，所應用的也正是NIR 的慢反射技術。1980年計算機技術得到了迅速的發展，計算機技術的發展一定程度上帶動了分析儀器數字化技術的發展和進步。同時對于分析儀器的數字化和化學計量學科進行了一定的融合，將兩者融合之后可以帶動相關檢測技術整體的發展。在對近紅外光譜測量技術進行研究的過程中，要保護原有樣品的特點，在不損壞原有樣品特點的基礎上，對各項應用進行迅速的開展。到了20 世紀90 年代之后，近紅外光在光纖中的傳輸效果是非常理想的，而且受到了很多行業和企業的青睞，在對線性分析的過程中，其也被廣泛地應用于各個領域中。

2 近紅外光譜檢測技術在農業和食品分析上的應用特點

在當下的社會發展中，現代化信息技術的發展規模越來越大。從當前的社會發展情況來看，近紅外光譜檢測技術已經得到了相當廣泛的應用，相對于其他技術而言，近紅外光譜檢測技術在使用的過程中，整體的使用步驟和操作原理是比較簡單的。工作人員只需仔細觀察化學反應的實際情況即可，無須進行徹底處理，所以整體操作是非常便利的。

而且近紅外光譜檢測技術在實際測試的過程中，相對于其他的技術而言，測試的速度非常快，能夠有效縮短測試周期。對于各行業企業發展中的物體檢測而言，檢測速度和檢測時間是非常重要的，縮短檢測周期就能夠提高整體的工作效率，從而為企業帶來一定的經濟效益。近紅外光譜檢測技術整體的專業性和現代化程度較強，但操作起來相對簡單，對相關測試人員并沒有太過嚴格的專業化要求，只要了解基本的使用原理和使用方法，就可以單人完成多個化學指標的大量測試。這種測試模式和測試方法能夠有效地提高整體的測試效率，也可以在這一行業中獲得更理想的效果，推動整個企業的發展與進步。

在進行模型檢測的過程中，可以利用現代化的信息技術將現代化信息技術和近紅外光譜檢測技術融合在一起，對現有的模型不斷進行優化，全面提高整體的測試精度和測試強度，同時還可以不斷拓寬整體的測試范圍。對于近紅外光譜檢測技術的使用而言，拓寬測試范圍是非常重要的，能夠在檢測的過程中了解到產品的更多信息。

3 近紅外光譜檢測技術的發展

近紅外光譜檢測技術經過多年的使用之后各種使用模式都發生了一定的轉變。很早之前的近紅外光譜檢測技術是不能直接進行連續掃描的，而且不能直接掃描在相關的系統設備上。在當時主要的作用是被看作測定儀器，后來隨著計算機技術的不斷發展和進步，在實際進行使用過程中，也逐漸實現了數字化的發展模式[1]。不僅檢測的準確度有所提升，計算的速度也得到了大大的提升，而且在檢測的過程中具備了糾錯和自檢的功能，出現問題之后能夠及時發現，也可以利用系統自帶的一些功能對問題進行解決。隨著社會的不斷發展，光柵式近紅外光譜檢測技術出現了，這種檢測技術有效地提高了檢測儀器的精準度，同時也能夠在研究的過程中獲得更多的信息，在實際發展的過程中能夠不斷對標準化的矯正模式進行系統的轉化，也能夠不斷了解儀器使用過程中的矯正模型，而且矯正模型的相關數據能夠互相進行傳輸[2]。但是從當前檢測儀器使用的實際情況和可移動部件的實際情況來看，在連續高強度運作的過程中可能會出現一些磨損的情況，如果這些問題不能及時得到解決，就會直接影響光譜采集的穩定性，同時也會影響直接對光譜進行在線分析。目前有很多學者都針對近紅外光譜檢測儀器的具體使用方法進行過系統的研究，認為近紅外光譜檢測儀器是當前發展的主導產品，能夠不斷提高檢測的準確性和準確的效率，在對各種物體進行掃描檢測的過程中，整體的速度是比較快的，而且光譜的分辨率非常高。自然雜散光不會直接影響測試結果，也能夠保留結果原先的準確度。伴隨各種現代化檢測儀器的出現，很多樣品的在線分析方式更加方便，而且分析的結果也更加準確。

4 國外關于近紅外光譜檢測技術在農業和食品分析中的研究現狀

隨著當前社會的不斷發展和進步，各個國家之間存在著一些隱形的競爭，除了經濟方面的競爭之外還涉及到科學技術方面的競爭[3]。目前很多國家和地區在發展的過程中都開展了NIR 的研究和應用工作，在此過程中整體的效果是比較理想的，尤其是一些發達國家，例如美國、日本、加拿大、英國和德國等在這方面的表現是比較突出的，并具有一定的經驗，加之資金和各種技術的支持，目前已經將NIRS 系儀器應用于各行各業的生產中。從目前的實際應用情況和發展情況來看，既包含研究型的應用，也包含專用型和巡回檢測型的應用。一些設備和技術會直接被安裝在生產線的某一個環節中，在進行生產的過程中能夠對質量進行系統地檢驗，也可以對產品進行分揀處理。

日本在發展的過程中，目前已經有超過幾千臺的相關近紅外光譜檢測儀器和設備。日本在這方面的發展頗有造詣，而且很多儀器和設備在生產之后都已經進行了實際的應用，應用之后也確實對產品的檢測和企業的發展起到了一定的推動作用。尤其是將近紅外光譜檢測技術應用于農牧產品和各種食品成分的檢測工作中，不僅能夠檢測出食品中所包含的蛋白質、水分，也能夠檢測出纖維素和淀粉等各種營養成分。近紅外光譜檢測技術在國外的發展已經相對成熟，可以將其廣泛應用于農業品種的育種和農產品的品質評價中[4]。現在社會中，人們在經濟水平提高的同時，對于生活質量和食品質量的要求越來越高，各國在發展的過程中應該充分發揮近紅外光譜檢測技術的作用，將近紅外光譜檢測技術應用于食品檢測和農牧產品檢測之中，能夠讓人們更加放心地采購一些食品。而且要將其應用于食品品質加工的過程中，對加工過程的各種質量問題進行嚴格把控。從當前的應用情況來看，很多食品加工質量管控方法已經成為美國分析化學家協會（AOAC）、國際商會（ICC）的標準檢測方法[5]。

5 國內關于近紅外光譜檢測技術在農業和食品分析中的研究狀況

我國從20 世紀80 年代開始，就對近紅外光譜檢測技術進行了系統的研究，首先是中國農業大學針對農產品的品質進行了分析和研究。后來社會和國家逐漸意識到近紅外定標軟件研制工作的重要性，遂將軟件的研制真正列入到了國家的攻關計劃中。隨著近紅外光譜檢測技術的不斷發展，相關研究所和研究學者聯合對飼料和農產品等300個項目進行研究，又研發了綠片式的NIR分析儀。相關科研工作者不懈的努力和研究，為我國NIR 的研究發展奠定了一定的基礎，也為后續的研究工作提供了一定的推動力。但是在后續研究的過程中，由于自身一些問題的限制，例如硬件系統和軟件系統不夠完善，所以導致所建成的模型并沒有真正得到廣泛的推廣和應用。在后續的一段時間中，NIR 的發展也一直處于停滯的狀態。雖然當時生產了很多的光譜儀器，但是這些儀器并沒有真正投入使用，大多數都被閑置。儀器遭到閑置之后，就會造成很大的資金浪費和材料浪費，直到20 世紀90 年代中期在對蔬菜和水果品質進行研究的過程中又建設了大量的數字模型，這些數字模型對這些蔬菜品質育種的檢測工作發揮了很大的作用。還有相關研究學者利用近紅外光譜檢測技術進行陣型模式的識別，在識別的過程中辨別出了蠶繭的性別。

在后續的發展過程中，不斷將近紅外光譜檢測技術應用于農業等各行業的檢測工作中[6]。在當下，相關科研工作者會不斷對現有的光譜儀器進行充分地調研，在調研的基礎上還采用固定的光路，利用電荷耦合（CCD）器件進行系統檢測，充分發揮出了檢測技術和檢測路線的作用，研發出真正屬于我國的專利技術。隨著后來社會的不斷發展，NIR 技術的研究越來越受重視，將其應用于農業等各方面的食品檢測工作中確實取得了理想的檢測效果。

6 近紅外光譜檢測技術在農業和食品分析上的應用分析

NIR 技術不僅可以作為一種常規的方法對食品的品質進行檢測，還可以真正將其應用于食品加工的過程中，組成相對完整的監控模式和動力學行為，對相關內容進行系統的研究。例如可以研究NIR 平價微型磨面機在磨面過程中一些化學成分所發生的變化；在對奶酪進行加工的過程中，還可以不斷對采樣的時間進行優化，不斷研究奶酪的來源以及奶酪中所包含的各種成分；對各種顏色進行系統的測定，分析農產品的新鮮度和成熟度，對食品中的水分含量進行系統地檢測，還可以對烤制食品的質量進行檢測和控制；可以檢測一些水果加工過程中可溶性和總固物的含量變化；研究在啤酒生產過程中利用NIR 檢測發酵酒精和糖分的含量變化情況。

我國近紅外光譜檢測技術大多數應用在飼料和煙草行業中，在近現代的發展中，近紅外光譜檢測技術在農產品良種選育和品質分析中也發揮了很大的作用。除了運用NIR 技術對肥料生產過程中所產生的氮磷鉀等各種化學元素的組合成分進行系統地定性分析，還對蔬菜中微量農藥殘留的定性和定量這些內容進行了深入的研究，之后建立了相對完善的蔬菜硝酸鹽快速測定法。

7 結束語

總之，在當前發展的進程中，近紅外光譜檢測技術發展速度非常快，在檢測的時候不會對樣品造成破壞而且操作非常簡單，穩定性較好，使用的過程中效率比較高，對環境不會造成污染，成本投入較低。由于以上優點，目前近紅外光譜檢測技術已經被廣泛地應用于各行業中，在使用的過程中不僅能夠對有機物進行分析，在無機物檢測方面也獲得了一定的成功。