近红外光谱分析技术在食品检测中的应用

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  作为一种新型分析检测技术,近红外光谱检测技术主要是有效结合了化学基础测试技术、化学计量学技术、光谱测量技术以及计算机技术。近红外光谱检测技术不同于传统的常规检测技术,其归属于间接分析技术范畴。通过建立校正模型,以定量、定性分析食品样品。通过调研发现,近红外光谱分析技术在食品行业、化妆品行业、冶金行业、医学临床、石油化工、烟草以及农业等行业中均有所应用。
  近红外光谱分析技术
  内涵。近红外光谱形成的检测光是处于可见光与中红外线光间的一种电磁波。其波长范围通常情况下处于七百五十毫米到两千六百毫米间。在有机物区域范围之内,近红外光谱通常吸收的都是含有氢的基团倍频和合频,举例来说,包括NH、OH、SH以及CH等。含氢的基团是全部有机物中不可获取的,所以,在近红外光谱之中均可以发现有关的信号,同时谱图显示十分的稳定,也较易获得光谱。
  近红外光谱可以定性、定量分析食品样品。通过对红外光谱与有机化合物的官能团或者是其结构之间的关系可以定性分析有机化合物。同时以郎伯-比尔定律作为分析前提,近红外光谱的特征波长有诸多,所以,可以利用近红外光谱对液体、气体、固体进行定量分析。
  特点。(1)样品制作工序简便。只需要将样品加以粉碎即可。不需要提前利用化学试剂处理样品。亦或是样品制备工序也可省略。由此就降低了对样品的伤害,在完成检测之后,样品还能够用于其他工作中。其一方面减少了检测费用的支出,另一方面也在一定程度上防止破坏环境。(2)传输性能优良。在光导纤维中,近红外光的传输性能较为优良,所以其可以满足在线检测生产工艺流程的关键质量控制点。(3)无损检测方法。由上述可知,近红外光谱分析技术不会损害样品,所以其也称之为无损检测技术,特别是在检测一些活体的时候,其具有显著的优越性。(4)分析速度较快。近红外光谱分析技术不需预习处理样品,通常在一分钟以内即可完成样品测量工作。所以近红外光谱分析技术分析速度较快,分析效率较高,特别是可以在同一时间内检测样品的多个组分性质。(5)分析成本比较低廉。近红外光谱分析技术在对样品分析的时候只需要数10W电能,能量耗费较小,维护保养成本低廉。(6)有助于保护环境。在使用该技术的过程中,不会污染、破坏环境,所以其可以说是一种绿色环保的检测手段。
  近红外光谱分析技术在食品中的应用
  在果蔬中的分析应用。在果蔬中通常都含有大量的Vc和可溶性较高的固形物。这些物质均可以利用近红外光谱加以检测分析。评价水果营养标准的重要指标之一就是Vc,水果种植方式及类型都会影响到Vc的含量。在运输和储存果蔬的时候,很容易导致其Vc含量被破坏,因此,在检测果蔬的过程中,利用近红外光谱技术对其进行检测,其选择的波长通常处于七百毫米到一千二百毫米间,经过对其的三次检测,分析其存在的误差,之后选择误差最小的检测结果。而在检测果蔬中的可溶性固形物时,其选择的波长通常处于八百五十毫米到一千一百毫米之间,分析其标准差、相关系数等指标。
  在肉制品中的分析应用。在肉制品中,近红外光谱分析技术通常是检测并评价鱼肉制品、羊肉、牛肉以及猪肉的质量与安全。王锡昌等人通过建立PLS校正模型,对鱼肉中的蛋白质与水分进行了预测,其R值分别是0.96及0.98。孙淑敏等人利用主成分分析结合线性判别对五大地区的羊肉进行了检测与区分,其综合正确率达到百分之九十以上。在分析禽蛋等食品中,吴建虎等人通过应用近红外光谱分析技术,对鸡蛋中的蛋白质含量进行了预测与分析,其R值为0.89。
  在牛奶、牛奶制品中的应用。在奶制品方面,近红外
  光谱技术的应用包含两大类:其一是在线检测,即在牛奶、
  奶制品生产线上利用光纤探头检测奶制品样品。其二是离
  线监测,通常是利用红外反射仪,全反射檢测样品杯中的
  样品和试管样品。
  通过有效结合光纤技术与近红外光谱分析技术,可以在线检测培育类型不同、饲养区域不同的奶牛牛奶中的乳糖、蛋白质、固形物以及脂肪的含量。王彩云等人通过借助PLS校正模型及近红外透射技术预测了牛奶中的氯霉素残留含,其R值高达0.9893。王右军等人,对掺入了植脂末、乳清粉及水解植物蛋白的牛奶进行了检测,其中预测掺入水解植物蛋白的牛奶的R值为0.969。袁石林等人,利用最小二乘法一支持向量方法及PLS创建了模型,对液体奶中的三聚氰胺的具体含量进行了预测,其R2值为0.9109。王运丽等人通过PLS创建了模型,对红茶中的四类邻苯二甲酸酯的具体含量进行了预测,其R2值是0.9879、0.9895、0.9842及0.9927。陈美丽等人有效结合了化学计量法及近红外光谱分析技术,检测了包括酸酯类、咖啡碱、茶多酚、儿茶素、氨基酸在内的13种品质成分,其R值均为0.7以上。
  在酿造食品的具体应用。一般来讲,酿造食品主要有酱油、醋、酒等。这些食品中的还原糖、氮和乙醇等物质均可以利用近红外光谱分析技术加以检测。在常规检测方法中,要在样品中添加少量的化学试剂才能检测。而利用近红外光谱分析技术可以不使用化学试剂进行检测,其可以直接检测酱油中的总氮、总酸;酒中的乙醇含量;醋中的总酸含量与还原糖含量等。
  在其它食品检测中的应用。(1)饮料检测。该技术通常是用来检测饮料中的有机酸、酸度、咖啡因、果糖等,同时还可以用来判别真伪。(2)咖啡。通常是检测其中的产地、水分、咖啡因等,同时还包括咖啡的品质。(3)茶叶。利用该技术检测茶叶中的茶多酚、总氮、水分、咖啡碱等含量。(4)面包和饼干。对饼干、面包中的水分、蛋白质、面筋值、脂肪进行检测。(5)食用油。对食用油中的酒精、碘值、葡萄糖、盐、黏度、乳酸、黄色素、酸值等进行检测。(6)转基因食品。对转基因食品中的DNA变化、蛋白质含量等进行检测。
  随着科技的发展,我国近红外光谱技术也得到了迅速的发展,由于其无损、便捷、低廉的优点其在食品检测中的应用范围也在不断扩大。通过有效结合近红外光谱分析技术与化学计量技术,其可以对食品的组分含量、真伪、产品类型进行检测。当然,该技术还是有一定局限性与缺陷的,相信随着科技的提高,该技术也将不断的完善,并广泛应用在食品品质检测中。本文重点分析了近红外光谱分析技术在食品检测中的实际应用,以供参考。
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