中红外光谱在食品品质分析中的深度应用与前景

王秀菊

摘 要：由于食品的主要质量指标、微量元素指标、食品安全指标的基频吸收多处于中红外波段范围内，加之中红外光谱分析技术具备快速、无其他化学药品消耗、分析样品无损耗等优点，因此中红外光谱技术在食品品质分析中得到深度应用，有望成为食品品质保证的主要检测手段。

关键词：中红外光谱;食品品质分析;食品安全检测

Abstract：Because of the main quality index， Micronutrient Index and Food Safety Index of food， the absorption of its fundamental frequency is mostly in the mid-infrared band， in addition， mid-infrared spectroscopy has the advantages of rapidity， no consumption of other chemicals and no loss of analytical samples， so the mid-infrared spectrometry technology has been widely used in food quality analysis and is expected to become the main testing method for food quality assurance.

Key words：Mid-infrared spectroscopy; Food quality analysis; Food safety testing

中圖分类号：TS207.3

如今，人们对食品品质的要求已经从要求吃饱逐步转向健康，因此，如何持续提高食品品质，快速把控食品质量成为食品企业占领市场的关键要素。由于常规检测方法较中红外光谱扫描技术具有耗时长、对人员素质要求较高、检验操作复杂等特点，特别是常规检验耗时长，严重滞后于生产工艺对结果的时间要求，无法有效的指导生产，所以，生产企业纷纷采用中红外光谱扫描技术进行样品检测，以便快速作出采购的原料是否接受、是否进入下一个生产环节、以及食品是否投入市场进行销售的决定。

1 中红外光谱技术的定量分析

1.1 中红外光谱技术的定量分析的原理

中红外图谱干扰因素较少，可以较好的应用于食品组分的定量分析中。中红外光谱定量分析的原理主要是朗伯-比尔定律，即物质对某一波长下的光的吸收强弱与吸光物质的浓度、物质的层厚度成正比。据此，将待测样品装入中红外光谱仪的样品杯中，通过扫描获取相应的吸光度，引入中红外在此波段处的透射率，求得样品中待测组分的含量。

1.2 中红外光谱的化学计量学

中红外光谱技术主要通过对噪音和其他影响因素的滤除进行光谱预处理，并通过数据模型，获得良好的定性或定量效果。目前，常见的建模方法有主成分分析法（PCA）、因子判别分析（FDA）、偏最小二乘法（PLS）、多元线性回归法（MLR）与人工神经网络法（ANN）等[1]。

2 中红外光谱技术定性分析

通过与气相色谱、离子色谱、质谱连用仪、紫外-可见分光光度计、滴定法等检测技术手段的结合，可提高中红外光谱分析技术的准确性，强化中红外光谱技术的定性分析效果。近几年，国内外利用计算机技术对红外光谱技术进行了深度研究，中红外光谱的解谱速度及解谱成功率均得到不同程度的提高，且具备分析时间短、所需样品量少、样品完整程度高以及测定便利等优势，中红外光谱定性技术在当前食品检测中逐步崭露头角。

3 中红外光谱在食品品质分析中的深度应用

3.1 食品主要组分定量定性分析

食品中的组分含量不仅是判断食品品质的重要指标，也是改善与鉴别食品真伪及纯度的关键切入点。由于，食品行业市场竞争进入白热化，低劣、仿造产品相继出现，食品各行业协会为了营造良好的食品生产氛围，积极采取措施防范假冒伪劣产品扰乱市场，比如建立白酒指纹图谱，防止仿冒白酒损坏各生产厂家的企业声誉。但由于常规定性方法多采用气相色谱、气质色谱等仪器，定性周期长、检验成本高，而且仪器设备较昂贵，不利于在食品生产企业推广使用。食品主要组分较多，通常需要对各组分进行单独检测，耗时较长，阻碍了食品企业快速实现假冒产品维权。中红外光谱技术已经能够成功检测乳制品、白酒、啤酒、葡萄酒、粮食、蔬菜与肉制品等产品中主要组分的含量。食品生产商能在短时间内掌握产品质量，同时防止伪劣产品侵犯自己的权益。另外可通过判断组分变化情况，达到有效推测产品保质期的目的。如今，中红外光谱定量检测技术日益成熟，逐步成为生产企业控制生产工艺控制的主要手段。同时由于中红外光谱的快捷便利等特点，其定性、定量技术在食品品质鉴别与食品保质期研究确定中日益发挥越来越重要的作用。

3.2 食品中微量组分的分析

由于各种微量元素的含量会对不同体质的人群产生不同影响，所以人们在购买食品的过程中，会格外关注食品中微量成分的含量。Soyeurt等[2]利用中红外光谱技术对牛奶中Ca、K、Mg、Na和P含量进行分析。Basalekou等[3]则通过红外光谱与最小二乘法判别相结合，对5个不同地区生产的葡萄酒进行准确鉴别;树莓果实营养丰富，含有人体必要的氨基酸、矿物质元素、黄酮类化合物及超氧化物歧化酶等多种营养物质，而树莓酒具有益肾固精、养肝明目的功效[4]。庄洋等[5]建立了测定番茄酱中番茄红素的数学模型，结果显示其预测值与真实值的线性拟合决定系数为0.959 8，

能较准确地的测定番茄酱中番茄红素的含量。由于中红外光谱技术的开发不同程度的借鉴了化学计量学技术、基础测试技术、计算机技术以及光谱测量技术，中红外光谱对分子结构定性技术逐步成熟，迎合了食品中微量元素快速分析的需求。

3.3 食品安全组分分析

随着人民生活水平的不断提高，食品安全逐步得到人们的普遍关注，农残、食品添加剂、污染物含量作为影响食品安全的主要因素，借助食品安全快速检测手段对其进行检测尤为重要。Sivakesava等[6]研究了用傅里叶变换红外技术检测牛奶中四环素含量的可行性。中红外光谱扫描技术在农药、食品添加剂、污染物在食品中的残留量检测中广泛应用，对提高食品生产环节食品安全率、保证符合食品安全要求的食品正常入驻市场，市场监督管理局实现对食品安全风险的监督，起到良好的助推作用。

4 展望

中红外光谱检测技术需要借助常规检验手段实现数据建模，才可达到定性定量的目的，但由于对中红外光谱研究的深入，数据库及其模型已经相对完善，模型升级技术也已經成熟，中红外光谱扫描技术已经满足食品生产行业、食品检验行业以及食品监管行业的检测设备用需求。

利用中红外光谱技术对样品组分进行检测，对于没有干扰基质的液体样品，可以直接进行进样扫描，以获取组分含量及组分定性结果，不需要消耗化学试剂，不需要加热设备及其他辅助设备。具备分析时间短、耗电低、绿色无污染的优点，迎合了政府提效率、降耗能、绿色环保的方向性政策。

中红外光谱检测技术在食品品质、食品特性、食品安全等方面已初步展露其独特优势，其在食品检测方面的应用深度与广度还在进一步研究开发中，随着中红外光谱技术的日渐成熟，或将成为食品品质保证的主要检测手段。

参考文献：

[1]徐慧荣，王辉君，黄 康，等.PLS和SMLR建模方法在水蜜桃度无损检验中的比较研究[J].光谱学与光谱分析，2008，28（11）：523-526.

[2]Soyeurt H，Bruwier D，Romnee J M，et al.Potential estimation of major mineral contents in cow milk using mid-infrared spectrometry[J].Journal of Dairy Science，2009，92（6）：2444-2454.

[3] Basalekou M， Pappas C，Tarantilis P， et al. Wine authentication withfourier transform infrared spectroscopy： A feasibility study on variety，typeof barrel wood and ageing time classification[J].Int J Food Sci Technol，2017，52（6）：1307-1313.

[4]谢玉荣，李 强，王 娇.红外光谱技术在食品检测中的应用[J].食品安全质量检测学报，2009，10（22）7773-7778.

[5]庄 洋，田盼盼，夏冬梅，等.衰减全反射红外光谱测定番茄酱中番茄红素[J].食品科学，2017，38（18）：163-167.

[6]Sivakesava I S，Irudayaraj J.Rapid Determination of Tetracycline in Milk by FT-NIR and FT-MIR Spectroscopy[J].Journal of Dairy Science，2002，85（3）：487-493.