浅析红外光谱技术在食品检测中的应用

红外光谱技术在食品检测领域发挥着日益重要的作用，它不仅用于食品真伪鉴定，还能进行质量检测，检测有害物质，并进行成分分析。这项技术提供了快速、准确、科学的方法以确保食品的质量和安全。但是，在食品检测中应用红外光谱技术时，要注意样品采集与保存、仪器和试剂的选择，以及检测方法的确定，以保证检测结果的可靠性。红外光谱技术的应用在未来将有助于满足不断增长的食品行业检测需求，促进食品安全和食品产业可持续发展。

1.引言

食品质量与安全一直备受社会关注，而红外光谱技术正日益成为食品检测领域的强大工具。在这个背景下，红外光谱技术以其高效、准确和非破坏性的特点，成为食品分析的重要工具。通过光谱学原理，它能够识别和分析食品中的成分，检测有害物质，甚至预测产品的质量。本文将探讨红外光谱技术在食品检测中的多重应用，重点关注了其在食品掺假检测、质量检测、有害物质检测以及成分分析方面的重要性，以及在其实际应用中需要注意的关键问题，以确保食品的质量、安全和食品产业的可持续发展。

2.红外光谱技术检测的基本原理

红外光谱技术是一种重要的分析方法，在食品检测领域有广泛的应用，其基本原理是基于分子振动光谱的特性。在红外光谱技术中，主要关注的是物质分子的振动和转动。

分子是由原子构成的，原子之间通过化学键连接在一起，这些化学键在分子振动时会发生拉伸、弯曲、扭转等运动。这些振动模式与特定的波数（频率）相关联，形成了被称为红外吸收峰的特征光谱。当分子受到红外光照射时，吸收特定波长的光，将导致分子振动，而振动后的分子会发射特定的红外光。通过测量样品吸收和散射的红外光谱，可以得到一幅特征图谱，其中包含了样品中不同振动模式的信息。

在食品检测中，不同的分子具有不同的振动模式和吸收频率，因此，每种成分都在红外光谱图谱中表现出独特的吸收峰。通过构建校准模型，将已知成分与其对应的红外光谱数据关联起来，可以对未知食品样品的成分进行快速检测和分析。这种方法的优势在于其快速性、高效性和非破坏性，无需对样品进行化学处理或分解。此外，红外光谱技术还可以与其他仪器分析方法结合使用，如气相色谱和质谱联用，以提高分析的精确性和灵敏度。通过主成分分析等统计方法，则可以进一步优化红外光谱数据的处理，实现对蛋白质、脂肪、碳水化合物等微量元素的准确检测。

3.红外光谱技术在食品检测中的具体应用

3.1食品真伪的鉴定与辨别

食品的真伪鉴定和掺假检测一直是食品安全领域的重要问题。传统的分析检测方法虽然在一定程度上能够满足检测需求，但随着食品制假手法的不断升级，传统方法已显得有些力不从心。因此，现代近红外光谱技术的应用在食品真伪鉴定和掺假检测中崭露头角。

红外光谱技术的原理在于不同分子振动引起的特定波长的吸收峰，这一特性使其成为一种强大的工具，可用于检测食品中的各种成分和掺假情况。通过采集食品样品的红外光谱数据，并运用数据处理方法，如中心化、SG平滑求导、标准正态变量校正等，来分析和识别不同食品中的成分。以肉类真伪鉴定为例，研究者使用红外光谱技术分别对熟肉、生肉和切碎牛肉等样品进行光谱采集，通过比对和分析这些光谱数据，能够有效地鉴别不同形式的肉类。更令人印象深刻的是，他们还将其他物质如牛肉、羊肉、小麦粉和奶粉加入猪肉中，以测试红外光谱技术是否能够检测出这些掺假行为。结果显示，红外光谱技术表现出了较高的鉴别能力，对于不同的掺假情况，其预测标准差和相关系数均表现出了令人满意的结果，检测准确度高达95.7%以上。

3.2食品质量检测

食品质量一直是广大消费者和监管部门关心的核心问题之一。为了确保食品的品质和安全，避免潜在的有害成分进入市场，现代红外光谱技术已被广泛应用于食品质量检测。

红外光谱技术的原理基于不同分子振动引起的特定波长的吸收峰，这使得它成为一种极为精确的方法，可用于检测食品中的各种质量参数。通过采集食品样品的红外光谱数据，并应用数据分析方法，如主成分回归分析和多元回归分析，可以快速而准确地测定食品中的脂肪、蛋白质和碳水化合物等成分。例如，可以通过红外光谱技术在不同波段下测定食品化学组分的数据。在使用红外光谱技术进行脂肪、蛋白质和碳水化合物检测时，我们得出了以下数据：在红外光谱技术下，脂肪含量的平均误差为0.53%，蛋白质为0.87%，碳水化合物为2.89%。这些数据表明了红外光谱技术在质量参数测定方面的高度准确性和可靠性。所以通过这一技术，食品生产商可以确保产品的口感和品质。例如，在糕点制造中，控制脂肪和碳水化合物的含量可以影响糕点的质地和口感，而红外光谱技术可以帮助生产商在制造过程中实时监测这些参数，确保产品一致性。

3.3食品中有害物质的检测

食品中有害物质的检测一直是食品安全领域的一项重要任务，关系到人们的身体健康和生命安全。为了确保对食品中有害物质的可靠检测，红外光谱技术被广泛应用于这一领域。

在实际操作中，一方面，我们采用了红外光谱技术来检测白酒中乙酸和己酸的浓度。通过采集6101.7-5446cm-1和11998.9-7501.7cm-1谱区的红外光谱数据，并应用最小二乘法以及交叉验证法，我们成功构建了分析模型。结果显示，我们的检测准确度分别高达96.42%和98.13%以上，极大地满足了验证乙酸和己酸浓度的相关检测需求。另一方面，我们也采用微量取样和常量取样方法，结合红外光谱技术，对食品中的大肠埃希菌、李斯特菌和沙门氏菌进行了分析和判断。微量取样法的成功率达到了89.21%、84.2%和92.6%，而常量取样法的成功率更高，分别达到了92.42%、95.1%和97.3%。这些数据表明，红外光谱技术在检测食品中的有害微生物方面具有很高的准确性和可靠性。

3.4食品成分分析

食品成分分析是食品质量控制和安全监测中至关重要的一部分。红外光谱技术在这一领域的应用，已经给食品行业带来了革命性的改变。通过采用中红外光谱结合偏最小二乘回归法，我们能够预测食物的抗氧化活性，这对于食品质量的综合评估具有重要意义。

例如，在大米的质量控制中，红外光谱技术通过中红外漫反射光谱结合多种分析方法，例如偏最小二乘法、主成分分析法和逐步多元线性回归法，能够快速准确地测定直链淀粉含量。模型的准确度和稳定性都非常高，与真实值的相关性高度相关（r²=0.9813），这使我们能够更好地掌握大米的品质。此外，对于海产品等不同类型的食品，其在冷冻过程中的变化对于食品的有效期预测非常重要。通过采用傅里叶中红外光谱和偏最小二乘法的结合，我们可以有效地推测食品的有效期，这对于食品的储存和销售有着重要意义。最后，红外光谱技术还能够应用于预测可溶性蛋白含量。通过衰减中红外光谱和主成分分析法的组合，我们可以准确地预测可溶性蛋白的含量，有助于确保食品的蛋白质含量符合标准。

4.红外光谱技术在食品检测中的应用要点

4.1样品采集与保存

在食品检测中，样品采集与保存是确保检测准确性和可靠性的关键步骤，正确的样品采集和妥善保存对于保障食品质量和安全至关重要。

第一，采样必须遵循标准程序。这意味着在采样过程中，需要遵循严格的操作规程，确保样品的代表性和一致性。对于易受污染的食品如熟食，更需要谨慎对待。采样时，工作人员必须佩戴适当的个人保护装备，以减少外部因素对样品的干扰。并且，采样工具和容器必须经过充分清洁和消毒，以避免样品受到外部污染。

第二，样品的详细信息如日期和批号必须记录清楚。这些信息对于后续的追踪和分析至关重要。日期记录可以确保样品的时效性，防止使用过期或陈旧的样品进行检测。而批号记录有助于确定样品的来源和生产批次，这对于追溯问题或质量问题调查非常关键。

第三，采集后的样本应当及时冷藏和保鲜，以防止样品质量受损。食品中的微生物和化学反应会受到温度的影响，因此在采集后的短时间内将样品存放在适当的温度下非常重要。冷藏可以延缓微生物生长和化学反应的速度，确保样品在检测时仍然保持原有的特性。如果样品需要长时间保存，还可以考虑冷冻，这样可以更好地保持其质量。

4.2科学选择仪器和试剂

科学选择仪器和试剂是食品检测中确保检测结果准确性和可靠性的基本要素。仪器的选择和校准以及试剂的质量控制都是确保检测结果准确的重要步骤。在食品检测工作中，必须严格遵循以下原则，以保障食品安全和质量。

第一，选择适当的仪器对于准确的检测至关重要。不同的食品成分或有害物质可能需要不同类型的仪器来检测。例如，红外光谱仪、气相色谱质谱联用仪、高效液相色谱仪等都可以用于不同类型的食品检测。在选择仪器时，必须充分考虑样品的性质、要检测的成分、检测的灵敏度和特异性等因素。同时，仪器在使用前必须进行校准，以确保其正常运行。校准是通过与已知标准样品进行比较来确认仪器的准确性和精确性。只有在仪器得到正确的校准后，才能进行准确的检测。

第二，试剂的质量必须符合标准。试剂是在食品分析中用于反应、检测或测定的化学物质。不合格的试剂可能会导致检测结果的失真，甚至影响食品安全评估。因此，在使用试剂时，应始终确保其质量过关，包括选择具有高纯度和准确浓度的试剂，并检查其有效期。同时，试剂的存储条件也非常重要，否则试剂在储存过程中会发生质量变化。

第三，在食品检测中，标准化和规范化的操作流程也是确保仪器和试剂正确使用的关键。实验人员应严格按照操作规程执行实验，确保每个步骤都按照标准进行，包括样品的准备、仪器的操作、试剂的添加以及数据的记录和分析。标准化的操作流程有助于减少误差和提高实验的可重复性，从而确保了检测结果的准确性。

4.3检测方法的确定

在食品检测中，确定适当的检测方法至关重要。不同类型的食品样品具有不同的成分和性质，因此需要根据样品的特点和分析目标来选择合适的检测方法。

第一，食品样品的多样性决定了需要应用不同的检测方法。不同食品可能包含不同类型的成分，如脂肪、蛋白质、碳水化合物、维生素、矿物质等，而这些成分的含量和性质会因食品的种类而异。例如，对于检测乳制品中的脂肪含量，可以采用脂肪提取和气相色谱-质谱分析方法，而对于检测水果中的维生素含量，可能需要采用高效液相色谱法。因此，检测方法的选择必须充分考虑到样品的成分差异。

第二，复杂或多成分的食品可能需要多种不同的检测方法来提高检测结果的科学性。例如，某些食品可能同时包含多种微量元素或添加物，这就要求同时应用多个分析技术，以确保各种成分都能被准确测定。在这种情况下，可以采用多元分析方法，如多元回归分析，将不同的检测数据进行综合分析，从而提高检测结果的可信度。

第三，在确定检测方法时，必须充分考虑分析的目标和样品的特点。不同的检测方法可能具有不同的灵敏度、准确性和适用范围。所以，根据具体的检测需求，选择合适的方法变得至关重要。并且，还需要考虑检测方法的可行性和可操作性，以确保实际操作中的便捷性和效率。

结语

红外光谱技术在食品检测中扮演着不可或缺的角色，它为我们提供了一种高效、准确、非破坏性的分析工具，有助于确保食品的真实性、安全性和品质。通过成分分析、有害物质检测以及质量控制，红外光谱技术为食品行业提供了科学的支持，能帮助生产商生产出可信赖的产品。当然，应用红外光谱技术也需要谨慎选择适当的方法、仪器和试剂，以确保检测的可靠性。在未来，我们需要继续深入研究和发展这一技术，以更好地满足不断增长的食品安全和质量监管需求，为人们提供更加安心的食品。

作者简介

周强（1981-），男，汉族，湖南桃江人，工程师，本科；研究方向：食品检测。

*通讯作者

杨玉娟（1988.05-），女，土家族，湖南湘西人，工程师，本科；研究方向：食品检验检测。