資訊 > 專家原創(chuàng) > 近紅外光譜技術(shù)——食品摻假檢測中的“秘密武器”
近年來,食品摻假現(xiàn)象頻發(fā),引發(fā)了社會的廣泛關(guān)注和擔憂。例如,2021 年河北省“偽劣香油案”使人“聞香色變”;2024 年“罐車運輸食用油”事件更是引發(fā)了全社會的高度關(guān)注。食品種類日益繁多,成分愈加復雜,多種成分的混合與新型摻假手段的使用,使得傳統(tǒng)檢測方法難以鑒別真假,且傳統(tǒng)的檢測方法周期長,對人員、儀器、場地都有較高要求。
近紅外光譜是基于物質(zhì)對近紅外光的吸收、反射和透射等來確定被檢測物質(zhì)成分或者性質(zhì)的一種檢測方法,具有無損、快速、高效、靈敏度高的優(yōu)勢,已被廣泛應用于食品安全檢測領域。本期,我們探討了近紅外光譜技術(shù)在肉制品、乳制品、蜂蜜、葡萄酒、食用油、果汁、調(diào)味品等食品摻假檢測中的研究進展,分析了近紅外光譜未來的發(fā)展方向,并對其應用前景進行了展望。
近紅外光譜技術(shù)簡介
近紅外光譜技術(shù)(Near-Infrared Spectroscopy,NIR)是一種基于物質(zhì)在近紅外光區(qū)域(780~2526 nm)對光吸收特性的分析技術(shù)。該技術(shù)利用光與物質(zhì)相互作用時產(chǎn)生的吸收、透射或反射信號,來揭示樣品的分子結(jié)構(gòu)和化學成分,特別是對 C-H、O-H、N-H 等官能團的振動信息具有高度敏感性。
近紅外光譜技術(shù)涉及波長在780到2526納米之間的電磁波,分為短波近紅外區(qū)(780-1100 nm)和長波近紅外區(qū)(1100-2526 nm)。短波近紅外光有較強的透射能力,適合透射分析;而長波近紅外光的反射能力較強,適用于反射分析。在食品摻假檢測中,通常將檢測器和光源置于樣品同一側(cè),通過分析樣品溶液的漫反射或鏡面反射收集的光來進行分析
值得注意的是,NIR技術(shù)在食品檢測中展現(xiàn)出諸多優(yōu)勢和獨特特點。① 作為一種快速、無損的檢測方法,NIR 技術(shù)能夠在不破壞樣品的前提下高效分析食品成分,減少了復雜的樣品前處理步驟。② NIR技術(shù)具備多組分同時檢測的能力,可以精準測定水分、脂肪、蛋白質(zhì)、糖分等關(guān)鍵成分,廣泛應用于食品成分分析和質(zhì)量控制。③ 該技術(shù)適用于多種食品形態(tài),包括固體和液體,且檢測過程快速便捷,適合實時在線監(jiān)測,可以實現(xiàn)食品摻偽的在線檢測。結(jié)合大數(shù)據(jù)分析和機器學習算法,NIR 技術(shù)進一步提升了檢測的精確性和自動化水平,為食品安全和質(zhì)量監(jiān)控提供了強有力的支持。
近紅外光譜技術(shù)的關(guān)鍵點分析
1、光譜的選擇
隨著科學技術(shù)的不斷完善,在近紅外光譜技術(shù)檢測中運用二維相關(guān)法的越來越多。因為在二維相關(guān)法的檢測過程中,它能有效地顯示因外界變化引起的特征改變,這比傳統(tǒng)的近紅外光譜分析方法有更大的優(yōu)勢。二維相關(guān)法在分析各光譜的相關(guān)性之間,提高了同步、異步交叉的解釋能力,進一步提高了光譜分析的精度。
2、奇異樣本的剔除
在近紅外光譜圖中會有特征區(qū)域不明晰、重影模糊的情況,也存在多余無用信息的問題,這就需要在建模時選擇合適的波長,將無用的信息進行刪減優(yōu)化。
NIR技術(shù)在食品摻假檢測中的應用
1、肉制品摻假
肉制品摻假問題在市場上日益嚴重,常見形式包括摻入低品質(zhì)肉類、混合非肉類成分、使用過量添加劑,甚至用廉價肉冒充高檔肉。NIR 技術(shù)在肉制品摻假檢測領域具有廣泛的應用前景。該技術(shù)通過分析肉制品在近紅外光區(qū)域內(nèi)的吸收光譜,能夠快速、無損地識別摻假的成分和比例。
由于不同成分(如水、脂肪、蛋白質(zhì)、碳水化合物等)在近紅外區(qū)域的吸收特性不同,NIR 技術(shù)可以有效區(qū)分正常肉制品與摻雜了劣質(zhì)肉類、植物蛋白、添加劑等不合規(guī)成分的產(chǎn)品。有研究表明,采用近紅外光譜技術(shù)結(jié)合正交偏最小二乘判別分析法,建立牛肉摻假和羊肉摻假的定性鑒別模型,結(jié)果發(fā)現(xiàn)所有模型訓練集鑒別準確率均在95%以上,預測集鑒別準確率均在90%以上。
2、乳制品摻假
乳制品摻假現(xiàn)象在近年來屢有發(fā)生,常見的手段包括摻入水分、淀粉、植物油脂或劣質(zhì)奶粉來降低生產(chǎn)成本。這不僅影響了乳制品行業(yè)的聲譽,還給食品安全帶來了重大隱患。近紅外光譜技術(shù)在乳制品摻假檢測中展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。該技術(shù)通過快速、無損分析乳制品的光譜特征,能夠精確識別摻入的非乳成分,如水分、淀粉等雜質(zhì)。
例如,對于牛奶的檢測,通??刹捎媒t外光譜技術(shù)結(jié)合二維相關(guān)參數(shù)法、神經(jīng)網(wǎng)絡、誤差反向傳播等方法,以提高對牛奶中摻假物質(zhì)的辨別率。研究表明,當摻水量超過50%時,正確判別率可達100%;而對于摻入的還原奶、變質(zhì)牛奶等,判別準確率也在90%以上。
3、蜂蜜摻假
近紅外光譜技術(shù)在蜂蜜摻假檢測中展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。通過分析蜂蜜樣品的光譜特征,近紅外光譜能夠快速、無損地檢測其中是否存在摻入物,如糖漿或其他非天然甜味劑。由于不同化學成分對近紅外光具有獨特的吸收光譜特征,NIR 技術(shù)能夠精確區(qū)分純蜂蜜和摻假的蜂蜜。此外,該方法無須復雜的樣品前處理,檢測速度快,結(jié)果可靠,已被廣泛應用于蜂蜜質(zhì)量控制和市場監(jiān)管,為確保蜂蜜產(chǎn)品的純凈度和安全性提供了高效的檢測手段。
有研究采集麥盧卡蜂蜜摻假樣品的近紅外光譜數(shù)據(jù),經(jīng)光譜差異分析、主成分分析和偏最小二乘回歸向量分析,通過繪制水鏡圖并進行水光譜組學評估,結(jié)果表明,近紅外光譜結(jié)合水光譜組學可以有效用于蜂蜜摻假的鑒別。
4、葡萄酒摻假檢測
在葡萄酒檢測中,通常需要檢測有色度、三甲聚合體、酚類物質(zhì)等指標。由于酒的品種和種類樣本較少,存在一定的局限性,因此需要用偏最小二乘驗證預測信息的穩(wěn)定情況,對更多品種的樣本信息進行分析檢測。
5、食用油摻假
食用油摻假現(xiàn)象在市場上較為普遍,常見形式包括摻入低品質(zhì)油、混合其他植物油,甚至使用工業(yè)油冒充食用油。為了有效識別摻假行為,近紅外光譜技術(shù)得到了廣泛應用。該技術(shù)通過分析食用油的光譜吸收特征,能夠快速、無損地檢測油品的組成成分和質(zhì)量差異。
研究人員通過采集摻假茶籽油樣品的近紅外光譜數(shù)據(jù),結(jié)合線性判別分析和偏最小二乘法進行定性和定量分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn)對不同摻假類型的中、高摻假度(≥ 10%)的樣品識別率高達100%。除此之外,有研究發(fā)現(xiàn)通過采集純山茶油與摻假山茶油的近紅外光譜數(shù)據(jù),并結(jié)合線性判別分析方法建立鑒別分類模型,其中對摻入2%以上菜籽油的山茶油進行分類時,分類正確率達到了100%。
6、果汁摻假檢測
實驗表明,在光譜檢測的標準預測差值低于0.2%的時候,糖分的近紅外光譜檢測才會受到外在環(huán)境變化的影響。運用遺傳算法對光譜進行預處理后,能極大地降低對紫外光譜的錯誤辨別率。
7、調(diào)味品摻假
調(diào)味品摻假現(xiàn)象在食品市場中屢見不鮮,常見手段包括在醬油、醋等調(diào)味品中摻入淀粉、色素、低價替代品或化學添加劑。近紅外光譜技術(shù)在調(diào)味品摻假的檢測中展現(xiàn)出巨大的潛力。通過分析調(diào)味品的光譜特征,近紅外光譜能夠快速、無損地識別其中的成分變化,精準檢測摻入的非標物質(zhì)。該技術(shù)不僅能夠提升調(diào)味品質(zhì)量監(jiān)控的效率,還可為打擊摻假行為提供科學依據(jù)。
研究發(fā)現(xiàn),采用可見-近紅外(Visible-Near Infrared Spectroscopy,Vis-NIR)結(jié)合化學計量學方法建立鑒別與摻假醬油判別模型,該模型具有在1 mm測量模態(tài),僅采用3個波長,即可達到100%的判別準確率,在10 mm測量模態(tài),僅采用3個波長,即可達到超過97.9% 的判別準確率。
8、其他食品摻假
近紅外光譜技術(shù)在多種食品摻假檢測中得到了廣泛應用,除了在肉制品、乳制品、食用油和調(diào)味品之外,還應用于面粉、速溶茶和咖啡等產(chǎn)品的摻假識別。通過分析食品的光譜特征,近紅外光譜能夠快速識別摻入的低質(zhì)量原料或替代成分,如面粉中摻入的滑石粉、咖啡中添加的果粉或大麥粉等。由于該技術(shù)無須對樣品進行復雜處理,檢測速度快且不損壞樣品,已成為食品行業(yè)確保產(chǎn)品質(zhì)量和安全的高效工具。
同時,結(jié)合現(xiàn)代數(shù)據(jù)分析技術(shù),近紅外光譜還能識別更復雜的摻假行為,提升食品摻假檢測的全面性和精準度。例如,研究人員發(fā)現(xiàn)通過采集速溶紅茶和速溶烏龍茶的近紅外光譜數(shù)據(jù),并結(jié)合化學計量方法,可建立速溶茶內(nèi)部成分含量分析模型,從而實現(xiàn)速溶茶中茶多酚、茶氨酸和咖啡 堿的快速無損檢測。
另外,有實驗結(jié)果表明,利用近紅外光譜儀采集摻假咖啡樣品,建立摻假咖啡光譜數(shù)據(jù)庫,結(jié)合化學計量學方法建立咖啡摻假快速鑒別模型,可以對含量在 2%、5%、10%、15%、20%、30%及40%的巴西莓果粉和5%、10%、15%、20%、30% 及 40% 的大麥摻假咖啡實現(xiàn)有效的摻假鑒別。
展望
近紅外光譜技術(shù)在食品摻假檢測中的應用前景廣闊,隨著光譜儀器的不斷優(yōu)化和數(shù)據(jù)處理算法的進步,有望進一步提高檢測的靈敏度和準確性。由于其具備快速、無損、綠色環(huán)保等優(yōu)點,近紅外光譜技術(shù)能夠在不破壞食品結(jié)構(gòu)的情況下,實時檢測食品中的摻假成分。例如,在蜂蜜、乳制品、肉制品和植物油等領域中識別常見的摻假物質(zhì),如糖漿、劣質(zhì)油、非標添加劑等。
未來,近紅外光譜技術(shù)有可能與機器學習、大數(shù)據(jù)分析等先進工具相結(jié)合,實現(xiàn)對復雜摻假模式的精準識別。同時,近紅外光譜設備的便攜化與智能化也將推動其在食品供應鏈中的廣泛應用,使其不僅能在實驗室中發(fā)揮作用,還能實現(xiàn)現(xiàn)場快速檢測。通過建立完善的光譜數(shù)據(jù)庫和標準化檢測流程,近紅外光譜技術(shù)將在保障食品質(zhì)量與安全方面發(fā)揮越來越重要的作用,有助于監(jiān)管部門有效打擊日益復雜的食品摻假行為,為消費者提供更高的食品安全保障。
結(jié)語
近紅外光譜技術(shù)以其快速、無損和高效的特點,在食品摻假檢測中展現(xiàn)了巨大的應用潛力。隨著技術(shù)的不斷進步,近紅外光譜技術(shù)在食品行業(yè)中的應用將進一步推動檢測手段的智能化與精準化,有效提高摻假行為的識別效率和食品質(zhì)量監(jiān)控水平??偟膩碚f,近紅外光譜技術(shù)的廣泛推廣和深入應用,不僅能更好地保障食品安全,還將為消費者帶來更放心的消費體驗,促進整個食品行業(yè)的健康發(fā)展!
作者簡介:
櫻桃小姐,從事大健康行業(yè)相關(guān)政策分析、健康管理研究與新聞資訊寫作宣傳工作。
隨著生活水平的提高和健康意識的增強,消費者對食品質(zhì)量和安全性的要求日益嚴格。傳統(tǒng)的包裝材料往往無法有效阻止氧氣、水分等物質(zhì)對食品的侵害,從而導致食品變質(zhì)、氧化,影響其口感和營養(yǎng)價值。而高阻隔性包裝膜技術(shù)的出現(xiàn),為食品保鮮和安全提供了新的解決方案。
最近“長安的荔枝”可是火出圈了,登頂豆瓣實時熱門電視TOP1,口碑高漲。大家追完《長安的荔枝》是不是還意猶未盡,滿腦子都是那跨越千山萬水的鮮甜呢?劇里為了把荔枝送到長安,那真是操碎了心!不過咱們現(xiàn)在吃荔枝可方便多啦,同時荔枝也是夏日水果界的實力派哦!
蛋氨酸,也稱為甲硫氨酸,是人體必需氨基酸之一,也是其中唯一的含硫氨基酸,是肌體所需硫的主要供應者。作為人體必需的氨基酸,其不僅直接參與蛋白質(zhì)的合成,維持正常的生理功能,比如促進生長發(fā)育、加速傷口愈合、提升免疫等。還參與到其他物質(zhì)的轉(zhuǎn)化、合成和代謝過程,比如肌酸、膽堿、一碳單位等,從而影響諸多生理功能的體現(xiàn)。
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裹包機是一種廣泛應用于食品、醫(yī)藥、日化和工業(yè)等領域的自動化包裝設備,主要用于對產(chǎn)品進行整齊包裹和封裝。裹包機以其包裝速度快、包裝質(zhì)量高和操作簡便的優(yōu)勢,極大提升了生產(chǎn)線的包裝效率,成為現(xiàn)代工業(yè)包裝的重要工具。
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