近红外光谱检测技术在农业与食品分析中的应用

王 清

（贵州省黔西南州农业农村局，贵州 黔西南 562400）

相关部门和科研人员应该要集中现有的优势资源，大力开展人力资源和设备资源管理工作。充分发挥现代网络技术的作用，建立终端用户和中心数据库实现信息的共享。近红外光谱检测技术可以简单地看作是一种电磁波，波长的范围在700~2 500 nm。一些有机物的主体结构和组成都可以在近红外光谱检测技术中找到一定的信号，而且整体的信号幅度变化是比较稳定的。由于近红外光谱检测技术自身的特点，所以在当下的科研发展和各行业发展过程中，近红外光谱检测技术在分析研究方面的应用非常广泛。

1 近红外光谱检测技术的发展过程

研究近红外光谱检测技术的过程中，首先相关人员应该分析近红外光谱检测技术的具体发展过程。现在近红外光谱检测技术的应用已经十分广泛了，但是最开始的应用应该是在20 世纪的30 年代左右。从最开始应用到后续的20 年期间，虽然该技术得到了一定的应用，但是整体的应用效果不够理想，因为本身缺乏一定的仪器作为基础，所以在应用的过程中整体的范围和模式受到了很大的限制。20 世纪60 年代，NIR 分析技术被提出。这一技术的提出让物质的含量和近红外区内的不同波点呈现了线性关系，进行适当的调整之后，同时还可对农产品中的水分蛋白质以及脂肪进行系统的测定，在测定的过程中，所应用的也正是NIR 的慢反射技术。1980年计算机技术得到了迅速的发展，计算机技术的发展一定程度上带动了分析仪器数字化技术的发展和进步。同时对于分析仪器的数字化和化学计量学科进行了一定的融合，将两者融合之后可以带动相关检测技术整体的发展。在对近红外光谱测量技术进行研究的过程中，要保护原有样品的特点，在不损坏原有样品特点的基础上，对各项应用进行迅速的开展。到了20 世纪90 年代之后，近红外光在光纤中的传输效果是非常理想的，而且受到了很多行业和企业的青睐，在对线性分析的过程中，其也被广泛地应用于各个领域中。

2 近红外光谱检测技术在农业和食品分析上的应用特点

在当下的社会发展中，现代化信息技术的发展规模越来越大。从当前的社会发展情况来看，近红外光谱检测技术已经得到了相当广泛的应用，相对于其他技术而言，近红外光谱检测技术在使用的过程中，整体的使用步骤和操作原理是比较简单的。工作人员只需仔细观察化学反应的实际情况即可，无须进行彻底处理，所以整体操作是非常便利的。

而且近红外光谱检测技术在实际测试的过程中，相对于其他的技术而言，测试的速度非常快，能够有效缩短测试周期。对于各行业企业发展中的物体检测而言，检测速度和检测时间是非常重要的，缩短检测周期就能够提高整体的工作效率，从而为企业带来一定的经济效益。近红外光谱检测技术整体的专业性和现代化程度较强，但操作起来相对简单，对相关测试人员并没有太过严格的专业化要求，只要了解基本的使用原理和使用方法，就可以单人完成多个化学指标的大量测试。这种测试模式和测试方法能够有效地提高整体的测试效率，也可以在这一行业中获得更理想的效果，推动整个企业的发展与进步。

在进行模型检测的过程中，可以利用现代化的信息技术将现代化信息技术和近红外光谱检测技术融合在一起，对现有的模型不断进行优化，全面提高整体的测试精度和测试强度，同时还可以不断拓宽整体的测试范围。对于近红外光谱检测技术的使用而言，拓宽测试范围是非常重要的，能够在检测的过程中了解到产品的更多信息。

3 近红外光谱检测技术的发展

近红外光谱检测技术经过多年的使用之后各种使用模式都发生了一定的转变。很早之前的近红外光谱检测技术是不能直接进行连续扫描的，而且不能直接扫描在相关的系统设备上。在当时主要的作用是被看作测定仪器，后来随着计算机技术的不断发展和进步，在实际进行使用过程中，也逐渐实现了数字化的发展模式[1]。不仅检测的准确度有所提升，计算的速度也得到了大大的提升，而且在检测的过程中具备了纠错和自检的功能，出现问题之后能够及时发现，也可以利用系统自带的一些功能对问题进行解决。随着社会的不断发展，光栅式近红外光谱检测技术出现了，这种检测技术有效地提高了检测仪器的精准度，同时也能够在研究的过程中获得更多的信息，在实际发展的过程中能够不断对标准化的矫正模式进行系统的转化，也能够不断了解仪器使用过程中的矫正模型，而且矫正模型的相关数据能够互相进行传输[2]。但是从当前检测仪器使用的实际情况和可移动部件的实际情况来看，在连续高强度运作的过程中可能会出现一些磨损的情况，如果这些问题不能及时得到解决，就会直接影响光谱采集的稳定性，同时也会影响直接对光谱进行在线分析。目前有很多学者都针对近红外光谱检测仪器的具体使用方法进行过系统的研究，认为近红外光谱检测仪器是当前发展的主导产品，能够不断提高检测的准确性和准确的效率，在对各种物体进行扫描检测的过程中，整体的速度是比较快的，而且光谱的分辨率非常高。自然杂散光不会直接影响测试结果，也能够保留结果原先的准确度。伴随各种现代化检测仪器的出现，很多样品的在线分析方式更加方便，而且分析的结果也更加准确。

4 国外关于近红外光谱检测技术在农业和食品分析中的研究现状

随着当前社会的不断发展和进步，各个国家之间存在着一些隐形的竞争，除了经济方面的竞争之外还涉及到科学技术方面的竞争[3]。目前很多国家和地区在发展的过程中都开展了NIR 的研究和应用工作，在此过程中整体的效果是比较理想的，尤其是一些发达国家，例如美国、日本、加拿大、英国和德国等在这方面的表现是比较突出的，并具有一定的经验，加之资金和各种技术的支持，目前已经将NIRS 系仪器应用于各行各业的生产中。从目前的实际应用情况和发展情况来看，既包含研究型的应用，也包含专用型和巡回检测型的应用。一些设备和技术会直接被安装在生产线的某一个环节中，在进行生产的过程中能够对质量进行系统地检验，也可以对产品进行分拣处理。

日本在发展的过程中，目前已经有超过几千台的相关近红外光谱检测仪器和设备。日本在这方面的发展颇有造诣，而且很多仪器和设备在生产之后都已经进行了实际的应用，应用之后也确实对产品的检测和企业的发展起到了一定的推动作用。尤其是将近红外光谱检测技术应用于农牧产品和各种食品成分的检测工作中，不仅能够检测出食品中所包含的蛋白质、水分，也能够检测出纤维素和淀粉等各种营养成分。近红外光谱检测技术在国外的发展已经相对成熟，可以将其广泛应用于农业品种的育种和农产品的品质评价中[4]。现在社会中，人们在经济水平提高的同时，对于生活质量和食品质量的要求越来越高，各国在发展的过程中应该充分发挥近红外光谱检测技术的作用，将近红外光谱检测技术应用于食品检测和农牧产品检测之中，能够让人们更加放心地采购一些食品。而且要将其应用于食品品质加工的过程中，对加工过程的各种质量问题进行严格把控。从当前的应用情况来看，很多食品加工质量管控方法已经成为美国分析化学家协会（AOAC）、国际商会（ICC）的标准检测方法[5]。

5 国内关于近红外光谱检测技术在农业和食品分析中的研究状况

我国从20 世纪80 年代开始，就对近红外光谱检测技术进行了系统的研究，首先是中国农业大学针对农产品的品质进行了分析和研究。后来社会和国家逐渐意识到近红外定标软件研制工作的重要性，遂将软件的研制真正列入到了国家的攻关计划中。随着近红外光谱检测技术的不断发展，相关研究所和研究学者联合对饲料和农产品等300个项目进行研究，又研发了绿片式的NIR分析仪。相关科研工作者不懈的努力和研究，为我国NIR 的研究发展奠定了一定的基础，也为后续的研究工作提供了一定的推动力。但是在后续研究的过程中，由于自身一些问题的限制，例如硬件系统和软件系统不够完善，所以导致所建成的模型并没有真正得到广泛的推广和应用。在后续的一段时间中，NIR 的发展也一直处于停滞的状态。虽然当时生产了很多的光谱仪器，但是这些仪器并没有真正投入使用，大多数都被闲置。仪器遭到闲置之后，就会造成很大的资金浪费和材料浪费，直到20 世纪90 年代中期在对蔬菜和水果品质进行研究的过程中又建设了大量的数字模型，这些数字模型对这些蔬菜品质育种的检测工作发挥了很大的作用。还有相关研究学者利用近红外光谱检测技术进行阵型模式的识别，在识别的过程中辨别出了蚕茧的性别。

在后续的发展过程中，不断将近红外光谱检测技术应用于农业等各行业的检测工作中[6]。在当下，相关科研工作者会不断对现有的光谱仪器进行充分地调研，在调研的基础上还采用固定的光路，利用电荷耦合（CCD）器件进行系统检测，充分发挥出了检测技术和检测路线的作用，研发出真正属于我国的专利技术。随着后来社会的不断发展，NIR 技术的研究越来越受重视，将其应用于农业等各方面的食品检测工作中确实取得了理想的检测效果。

6 近红外光谱检测技术在农业和食品分析上的应用分析

NIR 技术不仅可以作为一种常规的方法对食品的品质进行检测，还可以真正将其应用于食品加工的过程中，组成相对完整的监控模式和动力学行为，对相关内容进行系统的研究。例如可以研究NIR 平价微型磨面机在磨面过程中一些化学成分所发生的变化；在对奶酪进行加工的过程中，还可以不断对采样的时间进行优化，不断研究奶酪的来源以及奶酪中所包含的各种成分；对各种颜色进行系统的测定，分析农产品的新鲜度和成熟度，对食品中的水分含量进行系统地检测，还可以对烤制食品的质量进行检测和控制；可以检测一些水果加工过程中可溶性和总固物的含量变化；研究在啤酒生产过程中利用NIR 检测发酵酒精和糖分的含量变化情况。

我国近红外光谱检测技术大多数应用在饲料和烟草行业中，在近现代的发展中，近红外光谱检测技术在农产品良种选育和品质分析中也发挥了很大的作用。除了运用NIR 技术对肥料生产过程中所产生的氮磷钾等各种化学元素的组合成分进行系统地定性分析，还对蔬菜中微量农药残留的定性和定量这些内容进行了深入的研究，之后建立了相对完善的蔬菜硝酸盐快速测定法。

7 结束语

总之，在当前发展的进程中，近红外光谱检测技术发展速度非常快，在检测的时候不会对样品造成破坏而且操作非常简单，稳定性较好，使用的过程中效率比较高，对环境不会造成污染，成本投入较低。由于以上优点，目前近红外光谱检测技术已经被广泛地应用于各行业中，在使用的过程中不仅能够对有机物进行分析，在无机物检测方面也获得了一定的成功。