液态食品掺假检测中近红外光谱技术应用分析

2016-12-13阮治纲舟山市食品药品验检测研究院

食品安全导刊 2016年33期

□ 阮治纲　舟山市食品药品验检测研究院

□ 阮治纲舟山市食品药品验检测研究院

保障食品安全对我国食品检验检测工作提出更高要求，无论是制度建设还是技术领域均需施行崭新的手段。近红外光谱技术在发达国家已发挥出很好的作用，为农产品等食品检测提供技术支持和保障。作为一种快速、无损的新型检测技术，近红外光谱技术在液态、半固态和固态食品检测中都起着重要的作用。本文主要研究可见近红外光谱技术在食用油、果汁等液态食品品质检测中的应用，期望可推进食品安全工作的发展。

食品安全涉及人们生命财产权，已被列为我国基本国策的重要内容。食品安全中出现的问题已严重损害消费者的权益，影响人们的健康。因此，检测食品质量成为食品安全工作亟待解决和发展的重点任务。

目前我国的食品安全检测手段普遍存在不足之处，如高校液相色谱法、质谱法等检验周期较长，流程较为繁琐，且设备投资费用高。因此，需一种检验方法简单且投入成本较低的检验方法替代，近红外光谱技术符合这些要求，不仅设备简单，且可实现在线操作，快速、方便，因此在食品安全检验中广泛应用，对于食品尤其是液态食品的真伪检测具有应用价值。

技术简介

近红外光谱技术属于电磁波技术，其工作原理为利用不同波长吸收分子基频振动的倍频。不同的物质因具有特殊的组成成分，因此对于红外吸收峰值的位置、吸收强度等存在特定的基团信息，利用这些特征可实现对物质的定性分析和定量分析。

近红外技术的优势在于无需使用试剂，因此不会污染环境。但其曲线可能会出现谱峰严重重叠的问题。如果重叠过于严重则会影响近红外谱带的精确度，因此为保证检验的结果的准确性，一般会在检验过程中利用化学剂量手段分析检验结果，即建立近红外检测精度数学模型。通过这种方法可辨别液态食品真假，追溯产品的来源。

在液态奶中的应用

为获得利润，向牛奶中添加非法添加剂已成为奶业的部分不法商户的“行规”，向牛奶中加入尿素、淀粉等的掺假手段已成为普遍的事情。而在三聚氰胺奶粉事件曝光后，牛奶的掺假行为被列为重点监测对象。

近红外技术检测样本掺假时，因液态奶为复杂分散体系，一般需进行均质处理，经过学者的实践和验证，检测液态奶分散体系时，需现将液态奶均质处理，否则无论是投射还是反投射，均需要采用PLS建模才能准确定量检测牛奶中尿素的含量。很多学者的研究结果表明，对掺假牛奶的检测分为定量和定性两种。多种实验结果为：在牛奶中掺入羊奶、豆浆等，利用漫反射光谱，结合主要成分分析和人工神经网络的定性判别模型的分析，识别率达到83.56%。掺入植物奶油、淀粉或植物蛋白的牛奶样本，利用漫反射光谱线性判别建立定性模型后，识别率达到95.3%。在牛奶中掺入尿素、三聚氰胺，利用定性判别模型，准确率达到95%、96.3%。该检测的流程为：采集近红外透反射光谱数据的记录，将近红外二维相关参数和方法与误差反向传播法、神经网络结合，形成掺杂有多种物质的牛奶样本定性判别模型。

在液体酒中的应用

国际上酒检测中心利用可见近红外光谱分析技术检测酒的品质的实验中，分别鉴别和分析霞多丽和雷司令葡萄酒，建立了综合可见和近红外波长区域的光谱信息建模数据。在判别回归模式下两种葡萄酒的判别准确率分别为100%和94%。

使用近红外光谱检测葡萄酒的成分，主要检测内容包括有色聚合体、三甲聚合体、单宁酸等。通过近红外结合偏最小二乘法的预测值，可用于快速检验葡萄酒中的酚类物质，在该检验中，对澳大利亚白葡萄酒进行感官评价和可见近红外光谱分析，利用模型数据分析感官评价和光谱分析后，发现近红外光谱信息与酒中的感官存在着一定的联系。但由于受样品酒品种和数量的局限，偏最小二乘矫正模型的预测稳定性需进一步验证，收集更多的葡萄品种才能最大范围地利用感官评价分析方法。分别运用电子鼻和温度变化检测仪器，分析近红外光谱的影响和化学组成成分计量模型表现影响的研究，显示波长分别为900 nm和1 300 nm处的光谱图像存在差异。

近红外反射光谱法用偏最小二乘法、交互验证法等变量矫正方法的建立光谱模型，包括酒精度、质量、pH值等系数，但对有机酸、还原糖等的判别系数较低。此外，将近红外反射光谱法作为主要参数的检测，利用这一技术检测葡萄酒的几个因素后得到的结果是近红外光谱分析的信噪较低，比傅里叶变化检测的结果准确，接近酒精度和容积下的质保测定值的交叉验证标准误差。该实验室还利用傅里叶变换近红外光谱检测黄酒中的钾、钙、镁3种微量金属得到准确性极高的模型。对于黄酒产地的鉴别和实验结果均基本达到100%。

在果汁品质检测中的应用

使用近红外光谱技术检测苹果和橘子汁中的糖分，结果表明，透射模式下的光谱检测结果较反射模式风味准确，标准预测差小于0.2%，环境的变化对糖分的近红外检测有一定的影响，在使用近红外光谱技术检测糖分后，可通过对饮料的质量控制区分果汁掺假和污染的情况。再例如傅里叶变化近红外光谱分析技术的鉴别错误率分别为30%和45%，通过遗传算法预处理光谱后，紫外光谱的鉴别错误率得到大幅度降低。

利用近红外光谱技术判别苹果汁时，微波热处理样品和原始光谱的偏最小二乘法处理，可有效地检测出不同品种的苹果汁，应用于别的果汁鉴定上同样有效。

采用近红外光谱技术检测日本梅子中柠檬酸和苹果酸的含量，通过对样品采集光谱的方法，采集到毛细管电泳法达到的检测结果。使用近红外光谱透射新鲜果，得出不同光谱范围内苹果汁作为融性固形物含量，具有不同模型的预测性能，通过计算新鲜果汁的预测模型，得出结论，近红外光谱透射方式是检测新鲜果汁的可溶性固形物的含量的最佳方式。

在食用油品质中的应用

使用近红外光谱检测柑桔油品质时，可检测出其中的醛等主要成分。近红外光谱技术判别南瓜油，可很快地鉴别护南瓜油的品质，无需其他光谱预处理所需的理性成分分析，减少实验用时，也减少实验室的工作量。近红外光谱技术检测鱼油，可得到更为准确的鱼油中的碘值和皂化值。同时近红外光谱技术还能鉴别可食用鱼油和非食用鱼油，检验时间短，准确率高。监检测奶油等的脂化程度，替代传统的监测方法。检测奶油中的自由脂肪酸等，通过光谱分析预测反映时间，以确定监测过程中的酶的反映活性。检测轻质橄榄油，主要目标为脂肪酸和甘油脂，直接可区分橄榄油的质量、流程、产地等各方面的检测工作。对煎炸油中的降解成分分为总极性物质和自由脂肪酸含量。通过矫正模型的改进，可利用近红外光谱确定总极物质和自由脂肪酸的含量。