傅立叶变换中红外光谱在食品快速分析与检测中的应用

O 王会 白静（河南应用技术职业学院 河南 450000）

傅立叶变换中红外光谱在食品快速分析与检测中的应用

O 王会 白静
（河南应用技术职业学院 河南 450000）

近年来，随着人们生活水平的提高与科学技术的发展，人们对食品的要求也越来越高，食品安全与质量成为人们重点关注的问题，不仅影响人类健康也在一定程度上影响社会发展。傅立叶变换中的红外光谱因其属于无损且快速检测技术而得到广泛应用，在食品工业中红外光谱的应用范围与频率越来越大。因此，本文主要阐述了傅立叶变换中的红外光谱原理、数据处理方法以及实际应用，并对傅立叶变换中的红外光谱在实际应用中的不足与缺陷进行分析。

食品快速分析与检测；傅立叶变换中红外光谱；红外光谱

在食品中其主要的成分包括碳水化合物、水、脂肪以及蛋白质等，在红外线区域范围内这些成分均有吸收光谱，但由于在高含水量的样品中难以检测出低于0．1g/100g的成分，因而检测出的均为主要成分。食品中所具有的不均匀特性在一定程度上影响了传统光谱的使用范围，而红外光谱在实际应用的过程中能够反映出样品的结构与组成部分。若为相同样品则在检测的过程中具有相同光谱，若样品存在差异，则红外光谱也不同。因此，在食品检测中采用红外光谱分析技术能够确保食品质量的一致性，从而更好地确保食品在生产过程中的质量与安全。

1.傅立叶变换中红外光谱原理与特征

红外光谱主要包括近红外、中红外与远红外三个区域，其中近红外区域范围在4000-14000cm-1之间，中红外区域范围在4000-14000cm-1之间，远红外区域范围在4000-14000cm-1之间。在食品检测的过程中，大部分有机化合物基团振动频率处于中红外区域范围内，比如酯中单键区域范围在700-1500cm-1之间，双键区域范围在1500-1800cm-1之间，淀粉O–H伸缩振动吸收带的区域范围在3200-3600cm-1之间。所以在临床上红外光谱对于物质的研究最为广泛，积累了许多的研究资料。

根据傅立叶变换基本原理而形成的傅立叶变换中红外光谱技术，主要是利用迈克逊干涉仪按照一定速度变化复色红外光将两束光程差进行相互干涉，从而形成干涉光，再与食品样品形成作用。干涉信号被检测器收集到后送入计算机进行傅立叶变换，然后将干涉图还原成光谱图。此种红外光谱技术在应用的过程中具有以下5个特点：(1)具有高的信噪比。FTMIR在实际检测的过程中具有多路传输与高光通量的特点，但由于在检测中缺乏棱镜或者光栅等分光器，因而会在一定程度上降低光损耗，并且通过干涉来对光信号进行增强，从而能够增强到达检测器的辐射强度。(2)具有高的分辨率。全光谱分辨率可以达到0．1cm–1，甚至能够达到0．001cm–1。(3)扫描速度快。在食品检测中对数据进行多次采集进行的平均处理后得到的光谱，并且采集一次数据速度快，仅需要数秒。(4)具有好的重现性。He–Ne激光器监控干涉仪的稳定度与运动速度，具有较好的重现性，重复性可达0．001cm–1。(5)能够扩展更多附件。

2.食品检测中的应用状况

(1)油脂类检测

相关研究资料表明，对膳食补充剂中的大豆油与卵磷脂含量采用傅立叶中红外光谱结合最小偏二乘法进行检测，可以得出卵磷脂与大豆油相关系数波段分别在932．1-1251．8cm–1之间、911．5-1245．0cm–1与1．700．1-1773．8cm–1之间，在加样回收率验证过程中，卵磷脂与大豆油相对偏差在0．08-0．8%之间。有相关学者对10种不同的油脂采用傅立叶中红外光谱并集合化学计量法进行鉴别的过程中，结果发现具有较为明显的油脂光谱吸收特征，并且在中红外光谱中的鉴别基础为不饱和双键。对分析与处理光谱选用典型变量分析与线性鉴别方法，表明此种鉴别方法的准确度较高，准确度在98%左右。在对菜籽油中的磷脂进行检测的过程中，采用中红外光谱结合PLS回归分析定量的方法，中红外光谱波段在862-1759cm-1之间，加样回收率在96．2-101．8%之间，标准误差在0．24-0．72%之间。在橄榄油中加入葵花籽油、菜籽油以及棉籽油进行鉴别中，采用傅立叶中红外光谱结合化学计量法，建立模型中两个波段分别为2521-3619cm-1与676-1874．8cm-1。实验结果表明，对于橄榄油中的掺假检测限可以达到5%左右。其中葵花籽油掺假检测标准误差为1．5%、菜籽油掺假检测标准误差为1．03%以及棉籽油掺假检测标准误差为1．33%。在橄榄油中加入榛子油、芥菜籽油以及葵花籽油进行鉴别中，采用傅立叶中红外光谱结合化学计量法，建立模型中两个波段分别为3806．4-2839．8cm-1与1877．2-1104．8cm-1。实验结果表明，检测方法LOD和LOQ分别0．001-0．015和0．004-0．047之间。

(2)肉蛋奶类检测

相关研究人员对瑞士Gruyere PDO与L'Etivaz PDO奶酪采用傅立叶变换中红外光谱进行鉴别，中红外光谱波段处于2801-2998cm-1与901-1498cm-1之间，Gruyere PDO奶酪误判率为9．5%，Gruyere PDO奶酪的误判率为9．1%。从春季、夏季与冬季分别采收奶油提取黄油，采用傅立叶变换中红外光谱结合主成分分析及神经网络进行检测与分析，能够成功地判别出，准确率百分之百。从猪或者牛（明胶溯源）采用傅立叶变换红外光谱进行研究，数据源波段为3282-3289cm-1与1202-1598cm-1。研究结果表明此种方法能够快速且准确地鉴别出不同来源的明胶。在不同温度并且有氧储蓄的条件下，肉的生化指标变化与红外光谱之间的关联性建立一个PLS模型，主要目的在于评定肉的新鲜度，鉴别的准确率在86．9-90．0%之间。同时，在对猪肉采用微生物检测中，建立模型的波段为1802-900cm-1之间，检测结果表明，矫正误差为0．596-0．841之间，预测误差为0．675-0．803之间。

(3)饮料及酒类检测

对酿造的三种葡萄采用傅立叶变换中红外光谱进行鉴别的过程中，对酒中的酚类物质进行提取采用C18小柱，并且指纹分析区处于1800-1900cm-1红外光谱，检测结果表明此种方法的鉴别正确率在80%以上。对茶叶中的茶多酚含量进行测定的过程中，采用傅立叶变换中红外光谱结合多元统计分析。采集光谱的波段处于1802-1298cm-1之间，参照对象选取液相色谱测定结果，两种方法的检测结果平均值差为0．08%，变异系数差为0．04%。采用漫反射对咖啡豆品质进行检测的过程中，利用傅立叶变换中红外光谱结合全衰减光反射鉴定过程中。分析结果表明，在中红外光谱上，未成熟、有酸味以及发黑的咖啡豆与品质优良的咖啡豆均存在一定的差异，此种检测方法能够将其进行区分，具有较高的准确率，准确率在94%以上。

3.讨论

随着人们生活水平的提高，人们对食品的要求也越来越高，食品安全与质量成为人们重点关注的问题，不仅影响人类健康也在一定程度上影响社会发展。傅立叶变换中红外光谱在食品快速分析与检测中属于一种无损且快速的技术，能够很好地应用于食品质量控制中。食品属于一个复杂的体系，在食品检测的过程中饱含许多干扰因素，其中傅立叶变换中的红外光谱因其属于无损且快速检测技术而得到广泛应用，在食品工业中红外光谱的应用范围与频率越来越大。红外光谱在实际应用的过程中能够揭示出分子化学键的信息，因而能够适于大量复杂分子体系的分析中。除此之外，中红外光谱结合化学计量学，能够分析物质定性与定量。目前，傅立叶变换中红外光谱在食品研究中的应用范围还需要进一步拓宽，比如可以建立对食品货架期的预测。根据相关的临床研究资料表明，傅立叶变换中红外光谱在实际应用中存在的缺陷和不足包括：①在建立检测模型的过程中缺乏一个完善的评价标准；②采用此种方式进行检测的过程中对环境湿度的要求较为严格，并且食品样品以及溴化钾等在检测的过程中需要将水分去除。因而使得此种方法在室外以及在线测定均存在一定阻碍与限制。

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Application of Mid-infrared Spectrum in Food Rapid Analysis and Detection

Wang Hui, Bai Jing
（He’nan College of Applied Technology, Henan, 450000）

In recent years , with the improvement of people's living standard and the science and technology development, people has a more higher requirement for food, and food safety and quality has become the problem that we focus on, it not only affect human health in a certain exten t, also affect social development.The mid-infrared spectrum is widely used because it belongs to the nondestructive and rapid detection technology, besides, it has a wide application range and frequency in food industry. Therefore, this article mainly expounds the principle, data processing method and practical application of mid-infrared spectrum, furthermore, it takes analysis of the defi ciencies and defects of mid-infrared spectrum in the practical application.

food rapid analysis and detection；mid-infrared spectrum；infrared spectroscopy

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王会（1970～），女，河南应用技术职业学院，研究方向：粮油食品分析检验技术。