探讨红外光谱技术在食品检测中的应用

文 付志明 黄小芳 刘贤标 李枝明 赣州市综合检验检测院

人们生活水平的提高，加强了对于食品安全的重视程度，使食品检测技术得到了进一步的发展。红外光谱技术在检测食品类型、成分等方面有着较好的作用，能够实现对于食品品质、类型、成分等多个方面的高效检测，对于提升食品安全、品质等方面有着积极作用。因此，加强对红外光谱技术在食品检测中的应用研究是十分有必要的。

1.红外光谱技术检测原理

红外光谱技术主要是基于不同物质对于光的吸收、散射、反射以及透射特性不同，以此实现对待测物的检测。红外光谱是分子对于某些波长的红外线进行选择性吸收而产生的，通过检测红外线被吸收的情况，进而得到具有特殊特征的吸收光谱，可以实现对于食品的检测。在实际进行检测的过程中，通过对红外光谱谱带数量、位置、特点以及强度等数据的采集，可实现对于食品的定性以及定量分析。根据红外光谱波长，可将其划分为近红外光谱、中红外光谱以及远红外光谱三种，这三种光谱的波长范围分别为780-2500nm、2500-25000nm以及25000-500000nm。大多数化学键的振动基频位于中红外区域，谱带虽然相对较窄，但是吸收强度较大。在实际应用过程中，通过分析待测物的中红外光谱与分子结构情况，并将其与普通中红外图谱进行对比分析，能够实现对于化合物结构的鉴定。近红外光谱是由分子中能量较高的含氢基团吸收光能之后产生的。在实际应用的过程中，为避免谱带重叠问题给检测分析工作造成不良影响，需要借助相应的化学计量以及计算机分析手段，对近红外光谱进行提取。

2.食品检测中红外光谱技术的应用特点

红外光谱技术在食品检测当中的主要应用特点表现在以下几个方面：第一，检测效率和准确率较高。该技术的合理应用能够满足不同物质的检测需求，而且检测方法相对简单，可以实现快速检测，对于相关操作人员的要求不高，检测结果相对准确。第二，该检测方法不会造成污染。与其他检测技术相比，红外光谱技术不会产生较大的污染，在环境保护方面有着较好的应用效果。第三，有效保障食品的完整性。红外光谱技术在食品检测当中的应用，不会对食品表面以及内部结构造成破坏，能够有效提升食品检测质量和水平。第四，灵敏度要求较高。在实际进行食品检测的过程中，为保障该技术应用效果，相关工作人员需要加强对于灵敏度的分析，并保障检测过程中不会受到外界环境的影响和干扰，以此保障检测结果准确、可靠。

3.红外光谱技术在食品检测中的用途

3.1食品产地鉴定

由于不同地区的环境情况、气候条件等存在较大差异，食品原材料的特点、成分以及相应物质含量情况等各不相同，因此相应红外光谱之间也存在一定区别，在食品检测的过程中，就可以借此针对食品原材料的产地进行检测。主要检测方法包括以下三种途径：第一，可通过基线漂移方式，对食品样品当中化合物的属性、特点、浓度以及相应微生物环境进行检测，并在此基础上，对食品原材料的产地进行大致分析，以此实现食品产地的鉴别。第二，借助近红外光，通过投射光谱技术，或者利用中红外衰减全反射光谱技术，将样品当中的红外光谱进行有机融合。与单一模型相比，模型集的准确率相对更高，能够快速识别出食品的原产地，这种检测方法不仅检测效率较高，而且是当前食品原产地鉴定当中成本较低的检测技术。第三，中红外光谱技术。该技术能够实现对于食品来源的有效分析，主要是通过建立不同波段的辨别模型，然后借助向量计算法，达到产地识别和鉴定的目的。

3.2食品类型检测

食品类型鉴别主要指的是判断食品的种类。红外光谱技术常被用于鉴定不同木耳品种、山药种类、小麦品种、肉制品以及饮品。在木耳鉴别当中，可通过对红外光谱谱峰数据的分析对不同木耳品种进行判断。其中，黑木耳与银耳的谱峰相似度较高，在实际进行鉴别的过程中，可进一步通过吸收强度的分析，对二者进行区分。在对山药进行检测的过程中，可以借助红外线指纹图谱技术以及成分分析法，实现对于山药品种的鉴定。除此之外，还可以借助聚类分析法，形成相应投影图，使得鉴别过程更加直观、便利。在对小麦品种进行分析的过程中，可使用FTIR技术，对其根部展开红外光谱分析，以此实现对于小麦类食物的检测和鉴定。在对肉制品进行检测的过程中，应用的是中红外光谱分析法区分冻肉和鲜肉。此外，在聚类分析算法的融合应用之下，中红外光谱还能够用于对饮品品类的检测，以及转基因和非转基因食品的区分。

3.3食品掺假鉴定

近年来，食品掺假、造假问题愈发严重，对于食品安全产生了极大的威胁，也侵犯了消费者的权益，损害了消费者的健康。因此，食品检测研究工作过程中，对于食品掺假方面的鉴定分析也越发重要。

以食用油为例。食用油作为日常生活当中的必备食品，对于人体健康有着直接的影响，很多不法商家为获取暴利，导致食用油经常存在以次充好的情况，而传统理化检验技术难以实现对于食用油真假的有效检验。对此，国内外相关学者针对食用油的掺假鉴定展开了大量研究，而红外光谱技术在其中发挥了重要的作用。当前，红外光谱在食用油真假鉴定当中已经得到了十分广泛的应用，相应检测技术方法较多。对于橄榄油的检测，可选用指定波数段，对橄榄油的红外光谱进行采集，然后通过回归分析的方式，建立相应校正模型，并以此为基准，实现对于优质橄榄油的鉴定，判断其中是否掺杂葵花籽油、芝麻油等其他油品。经过国外学者的研究分析，发现该鉴定方法对于橄榄油中葵花籽油的掺杂判断误差较小，能够达到98%的准确率。对于芝麻油的掺假鉴定，可通过全波段光谱扫描，构建相应掺假模型，以此实现对于芝麻油的鉴定，快速分析当中大豆油、香精等其他成分的掺杂情况，还能够实现无损鉴别，鉴定水平相对较高。

红外光谱技术还能够实现对于羊肉掺假情况的鉴定。羊肉掺假是当前食品市场当中较为常见的情况，能够为商家在短时间内获得极大利润，但同时也损害了消费者的合法权益，因此，加强对于羊肉掺假鉴定是十分有必要的。对于羊肉掺假，可使用近红外光谱与化学计量相结合的方式进行鉴定。在获取羊肉样品的近红外光谱之后，需要借助平滑求导、中心化等一系列校正处理方法，构建相应回归模型，以此实现对于羊肉样品的检验和分析。经研究发现，该方法检测结果的准确性相对较高，而且适用性较强。除此之外，红外光谱技术还能够用于香辛料、葛粉、蜂蜜以及水果饮料等食品掺假情况的鉴定。为进一步发挥该技术在食品掺假鉴定当中的应用效果，还需要针对更多的食品样本进行分析和研究，不断提升模型的代表性，以此强化模型的预测能力，提升食品掺假鉴定水平。

3.4食品品质检测

随着人们生活水平的不断提升，人们逐渐提高了对于食品品质的重视，而食品品质能够有效反映食品的综合价值。为强化食品质量控制，进一步满足市场需求，食品品质检测方面的研究也在不断加强。红外光谱技术在食品品质检测方面的应用，能够快速准确地判断食品品质，在保障消费者的合法权益方面起到重要作用。红外光谱技术在食品品质检测当中主要应用在以下几个方面。

第一，油脂品质检测。在实际进行油脂品质检测的过程中，影响其品质的主要因素包括油品的黏度、酸值以及折光率。因此，检测时应着重从以上三个方面入手。对此，可在红外光谱技术的基础上，融合化学计量学，针对不同产地油脂建立相应预测模型，并以此为标准，对待测油脂的品质进行检验和鉴定。

第二，酒水品质鉴定。借助红外光谱技术能够实现对于酒水品质的高效鉴定，以葡萄酒为例。葡萄酒的品质与其自身的产地之间有着密切的联系，对此，可通过近红外以及中红外衰减光谱技术，实现对于不同产地葡萄酒样品情况的采集，并构建相应图谱模型，以此实现对于葡萄酒产地的高效、准确鉴别。除此之外，还可以借助红外光谱技术，判断葡萄酒的成分或者不同物质的化学结构特点，以此分析酒的品质。

第三，大米品质检测。大米当中含有大量的蛋白质、脂肪、碳水化合物以及水分，这些指标也是判断大米品质的重要参考依据。在实际进行检测的过程中，可借助红外光谱技术采集大米的红外光谱信息，并通过求导等方式对光谱进行预处理，然后建立大米蛋白质、脂肪等的含量模型，以此判断大米品质。该检测方法的准确度高达91%，而且相应检验过程较为简单、便捷、快速，不会对环境造成不良影响，有着较好的绿色环保、快捷便利的优势。

第四，水果品质鉴定。例如：在对樱桃品质进行鉴定的过程中，樱桃果实的质地是影响其品质的主要因素，对此，可借助红外光谱技术对樱桃果实的硬度、咀嚼性等进行检测。在实际检测的过程中，可使用408-2492nm的单波长，对樱桃样品进行扫描，并获得相应红外光谱数据信息，然后构建预测模型，进而得到樱桃硬度等与果实品质相关的预测模型，以此作为对樱桃果实品质判断的依据。

在新时期背景下，人们的消费观念发生了一定程度的改变，绿色无公害食品逐渐受到更多的欢迎，对于食品质量方面的要求也逐渐提高，而红外光谱技术基于其本身简单、快速、无损而且能够实现智能化检测的优势，得到了广泛应用，未来该技术也将会在食品品质检测当中发挥重要作用。

3.5食品成分检测

食品成分具有极强的复杂性，在对其进行检测的过程中需要采取定量分析的方式，以此确定食品质量，尤其应加强对于含量较低的成分进行检测，实现对于食品质量的全面了解。在实际进行食品成分分析的过程中，可将中红外光谱技术与最小二乘回归法进行有机结合，构建相应预测模型，以此实现对于食品成分的快速检测，如营养参数、腐败参数等。此方法可用于检测牛奶的抗氧化活性、精米中直链淀粉含量、食品中可溶性蛋白含量，以及海鱼在冷冻之后的总脂肪含量、脂肪酸含量的变化情况等，不仅能够用于判断食品质量，而且还能够用于推测食品的有效期。

3.6有害物检测

食品有害物质检测是食品检测当中的重要内容。在传统检测方法当中，往往需要使用大量的化学试剂，不仅检测成本较高，效率较低，而且还可能对环境造成污染。相比之下，红外光谱技术则能够有效解决上述检测问题，实现对于食品的无损检验，而且不会给环境带来不良影响。

在白酒检测过程中，若白酒当中乙酸等物质的含量过高，不仅会使得白酒过于浑浊、酸味过大，降低白酒品质，而且还会影响到消费者的身体健康。因此，在白酒检测时，加强对于乙酸浓度的检验是十分重要的。为此，可借助近红外光谱技术，合理选择近红外光谱波段，进行数据采集，然后通过最小二乘法、内外交叉验证法，构建相应预测模型，此方法对于白酒中乙酸含量的检测准确率高达95%以上，而且检测效率较高，操作简单便利。

在大米检测过程中，可借助红外光谱技术实现对于大米当中重金属含量的检验。该方法不仅检测精准度较高，而且耗时较少，操作便捷。除此之外，红外光谱技术还能够观察到微生物细胞特征。因此，也常被应用在食品中的细菌检测上。值得注意的是，在实际应用红外光谱技术进行有害物质检测的过程中，由于部分检测内容的检测限较低。因此，为保障检测结果的准确性，还需要根据实际情况，合理融合其他检测方法。

结束语

综上所述，红外光谱技术基于其本身检测效率较高、结果可靠、操作简单等方面的优势特点，在食品检测领域得到了十分广泛的应用，不仅能够用于鉴定食品产地、区分食品类别、分析食品掺假，还能够检测食品的成分、品质以及有害物质。在实际应用的过程中，应根据待检测物的特点和实际检测内容，合理选择红外光波段，并通过最小二乘法、化学计量法等合理进行数据信息的处理，构建相应预测模型，然后展开食品检测。随着对红外光谱技术的深入研究和实践应用，食品检测技术水平将会得到进一步提升。