基于現(xiàn)代近紅外光譜技術(shù)的食品檢測(cè)工作分析

◎ 熊文霞

（云縣市場(chǎng)監(jiān)督管理局，云南 臨滄 675800）

食品安全和質(zhì)量一直是社會(huì)各界關(guān)注的重要問(wèn)題，全球各地的食品生產(chǎn)商都在努力確保其產(chǎn)品既具有高質(zhì)量，又不會(huì)對(duì)消費(fèi)者的健康造成威脅。然而，隨著食品供應(yīng)鏈的復(fù)雜性增加和全球市場(chǎng)的擴(kuò)張，確保食品的安全性和質(zhì)量，變得愈加具有挑戰(zhàn)性[1]。在這個(gè)背景下，基于近紅外光譜技術(shù)的食品檢測(cè)工作已經(jīng)嶄露頭角，為食品安全和質(zhì)量控制帶來(lái)了新的希望。

近紅外光譜技術(shù)是一種強(qiáng)大的分析工具，具有快速、非破壞性和多功能的特點(diǎn)。它利用光的吸收、散射和反射來(lái)分析樣品的化學(xué)成分和性質(zhì)，不會(huì)對(duì)樣品造成任何損害[2]。這一技術(shù)的關(guān)鍵在于近紅外光與分子振動(dòng)和伸縮模式之間的相互作用，通過(guò)記錄樣品吸收或反射的光譜信息，了解樣品中的成分、含量和特性[3]。因此，本文深入研究這一技術(shù)在食品行業(yè)中的應(yīng)用領(lǐng)域、工作原理，以及對(duì)食品安全和質(zhì)量控制的重要性。通過(guò)對(duì)近紅外光譜技術(shù)的樣品準(zhǔn)備、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析等工作流程，把握其在檢測(cè)食品中的污染物、有害物質(zhì)和微生物方面的應(yīng)用。通過(guò)深入了解近紅外光譜技術(shù)在食品檢測(cè)中的作用，可以更好地理解其在確保食品質(zhì)量、提高食品安全性中的價(jià)值，促進(jìn)食品行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

1 近紅外光譜技術(shù)

1.1 技術(shù)概述

近紅外光譜技術(shù)（Near-Infrared Spectroscopy，NIRS）是一種基于光學(xué)原理的分析方法，能夠在不破壞樣品的情況下獲取關(guān)于樣品成分和性質(zhì)的信息。該技術(shù)的核心原理在于近紅外光與分子的振動(dòng)和伸縮模式之間的相互作用。

近紅外光譜技術(shù)利用了近紅外光（波長(zhǎng)范圍通常為700～2 500 nm）通過(guò)樣品時(shí)與樣品中的分子發(fā)生相互作用的原理，當(dāng)近紅外光穿過(guò)或反射于樣品時(shí)，會(huì)與樣品中的化學(xué)成分相互作用，導(dǎo)致光譜中的吸收、散射和反射發(fā)生變化。這些變化包含關(guān)于樣品中化學(xué)鍵振動(dòng)、分子伸縮和其他分子性質(zhì)的信息。其對(duì)光的吸收可以用博朗-比爾定律來(lái)表示：

其中，A為食品的吸光度，l為光走的程長(zhǎng)，為光的吸收系數(shù)，c為吸光組分在樣品中的濃度，T為透射率。

在近紅外光譜檢測(cè)中，光譜數(shù)據(jù)通常通過(guò)光譜儀器采集，這些儀器會(huì)發(fā)送一束近紅外光源到樣品上，然后測(cè)量經(jīng)過(guò)樣品后的光譜。數(shù)據(jù)采集可以是吸收光譜或反射光譜，對(duì)于固態(tài)樣本，對(duì)光的吸收和反射主要以漫射的形式，漫反射和漫反射吸光度以Kubelka-Munk理論來(lái)描述，具體表示為：

其中，A為固態(tài)樣本食品的吸光度，R為漫反射率，I為測(cè)得的漫反射光強(qiáng)，I0為背景環(huán)境測(cè)得的漫反射光強(qiáng)。

1.2 應(yīng)用場(chǎng)景

近紅外光譜技術(shù)在食品行業(yè)中的應(yīng)用場(chǎng)景包括食品成分分析、質(zhì)量控制、食品安全檢測(cè)、酒質(zhì)檢測(cè)、農(nóng)業(yè)應(yīng)用等。具體來(lái)說(shuō)，近紅外光譜技術(shù)被廣泛應(yīng)用于分析食品中的成分，如水分、脂肪、蛋白質(zhì)、糖分等，對(duì)于確定食品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和質(zhì)地非常重要。在食品生產(chǎn)中，近紅外光譜可用于檢測(cè)產(chǎn)品的質(zhì)量并及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)過(guò)程，確保產(chǎn)品在規(guī)定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)[4-5]。

近紅外光譜技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

（1）非破壞性。 近紅外光譜技術(shù)是一種非破壞性的分析方法，不需要樣品的物理或化學(xué)處理。這意味著樣品可以在檢測(cè)過(guò)程中保持完整性，不會(huì)受到損害。

（2）快速性。光譜數(shù)據(jù)的采集和分析通常非常快速，允許實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和快速?zèng)Q策。在食品生產(chǎn)過(guò)程中，近紅外光譜技術(shù)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制生產(chǎn)參數(shù)，有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并采取糾正措施，對(duì)于生產(chǎn)線上的質(zhì)量控制至關(guān)重要。

（3）多功能性。近紅外光譜技術(shù)適用于多種應(yīng)用領(lǐng)域，可以分析不同類型的樣品。例如，食品、藥物等，涉及食品業(yè)、農(nóng)業(yè)、制造業(yè)等。同時(shí)，與傳統(tǒng)分析方法相比，近紅外光譜技術(shù)通常更經(jīng)濟(jì)，因?yàn)槠洳恍枰嘿F的試劑或復(fù)雜的樣品處理。

2 食品檢測(cè)工作流程

2.1 樣品準(zhǔn)備

①?gòu)纳a(chǎn)批次中隨機(jī)采樣醬油樣品，采樣應(yīng)該盡可能代表整個(gè)批次的特性，采樣包需要使用特制的工具從不同部分和容器中抽取樣品。②每個(gè)采集到的樣品都應(yīng)該加以標(biāo)識(shí)，包括樣品來(lái)源、采樣日期、生產(chǎn)批次號(hào)等信息，有助于追溯和記錄。

醬油樣品需要在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行制備，制備步驟包括將樣品進(jìn)行攪拌和混合，確保樣品的均勻性，并通過(guò)過(guò)濾去除懸浮物和固體顆粒。如果醬油太濃或太稠，可能需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)南♂專员愫罄m(xù)分析。

2.2 近紅外光譜分析

食品檢測(cè)工作流程中的數(shù)據(jù)分析，是為了從采集到的數(shù)據(jù)中提取有用的信息、作出決策和評(píng)估食品的質(zhì)量、安全性和合規(guī)性。在釀造類食品生產(chǎn)中，相關(guān)產(chǎn)品中的參數(shù)需要符合國(guó)家規(guī)定，以醬油為例，醬油的國(guó)家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 醬油中可溶性無(wú)鹽固形物、全氮、氨基酸態(tài)氮參數(shù)參考表

表1列出了醬油中可溶性無(wú)鹽固形物、全氮和氨基酸態(tài)氮的參數(shù)參考值，這些值適用于不同等級(jí)和類型的醬油，這些參數(shù)可以用于評(píng)估醬油的質(zhì)量和符合性。

準(zhǔn)備特級(jí)、一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)的高鹽稀態(tài)發(fā)酵醬油各一份，以及特級(jí)、一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)的低鹽固態(tài)發(fā)酵醬油各一份，共計(jì)8份樣品，分別編號(hào)1～8。在分析前，需要將每個(gè)樣品制備成適合光譜分析的形式。通常，可以將醬油樣品放置在透明的玻璃或石英容器中，以便光可以透過(guò)樣品。使用已知含量的特級(jí)醬油樣品建立校準(zhǔn)模型。這可以通過(guò)將光譜數(shù)據(jù)與樣品的實(shí)際可溶性無(wú)鹽固形物、全氮和氨基酸態(tài)氮含量之間的關(guān)系進(jìn)行分析完成。預(yù)測(cè)這些樣品中可溶性無(wú)鹽固形物、全氮和氨基酸態(tài)氮的含量如表2所示。

表2 醬油中近紅外光譜檢測(cè)結(jié)果表

對(duì)于高鹽稀態(tài)發(fā)酵醬油，樣品1中的可溶性無(wú)鹽固形物較高，全氮和氨基酸態(tài)氮含量也相對(duì)較高，表示這個(gè)樣品在口感和氨基酸含量方面表現(xiàn)出色；樣品2中的可溶性無(wú)鹽固形物稍低于特級(jí)，但全氮和氨基酸態(tài)氮含量仍然相對(duì)較高；樣品3中的可溶性無(wú)鹽固形物略低，但全氮和氨基酸態(tài)氮含量仍然適中，是一種平衡口感和氨基酸含量的產(chǎn)品；樣品4中的可溶性無(wú)鹽固形物和氨基酸態(tài)氮含量較低，全氮含量也相對(duì)較低。因此，這個(gè)樣品可能在口感和氨基酸含量方面表現(xiàn)較差。

對(duì)于低鹽固態(tài)發(fā)酵醬油，樣品5中的可溶性無(wú)鹽固形物較高，全氮和氨基酸態(tài)氮含量也相對(duì)較高；樣品6中的可溶性無(wú)鹽固形物略低于特級(jí)；樣品7中的可溶性無(wú)鹽固形物稍低，但全氮和氨基酸態(tài)氮含量仍然適中；樣品8中的可溶性無(wú)鹽固形物和氨基酸態(tài)氮含量較低，全氮含量也相對(duì)較低。

3 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前，現(xiàn)代近紅外光譜技術(shù)已成為食品檢測(cè)領(lǐng)域的重要工具，是食品工業(yè)常用的高效性和精確性的分析手段。未來(lái)，相信近紅外光譜技術(shù)將繼續(xù)為食品領(lǐng)域的科研和實(shí)踐帶來(lái)更多突破，進(jìn)一步推動(dòng)食品行業(yè)的進(jìn)步，確保食品供應(yīng)鏈的可持續(xù)性和安全性，為人們提供更加可信賴的食品。