光譜和光譜成像技術(shù)在食品檢測中的應用分析

徐　穎

（沭陽(yáng)縣綜合檢驗檢測中心，江蘇沭陽(yáng) 223600）

摘　要：在農畜產(chǎn)品、果蔬食品等各類(lèi)食品檢測方面，應用光譜分析技術(shù)可以取得理想成效?；诖?，對光譜和光譜成像技術(shù)展開(kāi)了分析，探究了近紅外光譜、高光譜成像等不同光譜技術(shù)在食品檢測中的應用情況，進(jìn)一步把握技術(shù)應用簡(jiǎn)便、準確率高等優(yōu)勢，希望能夠推動(dòng)食品檢測技術(shù)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：光譜分析；光譜成像技術(shù)；食品檢測

 

隨著(zhù)物質(zhì)生活水平的提升，人們廣泛關(guān)注食品安全問(wèn)題。而按照傳統的食品檢測流程，需要在實(shí)驗室環(huán)境中采取各種檢測技術(shù)手段，處理流程煩瑣，需要耗費較長(cháng)時(shí)間，成本較高，給食品安全管理帶來(lái)了困難。光譜和光譜成像技術(shù)的出現，能夠做到快速完成食品無(wú)損檢測，逐步發(fā)展為主要的應用技術(shù)。

1　光譜和光譜成像技術(shù)

隨著(zhù)現代光學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，光譜檢測技術(shù)應運而生，它能夠利用不同波段開(kāi)展檢測工作，并通過(guò)獲取圖像信息和提取特征信息建立定量關(guān)系模型，實(shí)現快速、無(wú)損、高效、低成本的檢測?，F階段，常用的光譜和光譜成像技術(shù)包含多種，如近紅外光譜技術(shù)、高光譜成像技術(shù)、熒光光譜技術(shù)、拉曼光譜技術(shù)等，采取的技術(shù)手段存在一定差異，也擁有各自的特點(diǎn)，如表1所示。根據不同的檢測需求，選取適合的光譜技術(shù)。

 

2　食品檢測中的光譜分析技術(shù)應用

2.1　近紅外光譜技術(shù)應用

作為常見(jiàn)光譜技術(shù)，近紅外光實(shí)際為電磁波，可用于物質(zhì)定量分析和結構加工處理，在不同結構物質(zhì)中呈現不同傳播特性。對食品進(jìn)行檢測，可以根據特點(diǎn)函數關(guān)系對樣本結構和特性展開(kāi)定性和定量分析，根據性質(zhì)變化區分不同組分，生成光譜模型[1]。通過(guò)與已知光譜比較，能夠完成模型校正，獲得食品檢測數據。憑借良好傳導性，近紅外光譜可用于食品生產(chǎn)過(guò)程中開(kāi)展多通道檢測，加強各節點(diǎn)的食品質(zhì)量把控，不會(huì )給食品物質(zhì)結構帶來(lái)傷害。無(wú)需預處理，可以提高檢測效率，同時(shí)設備維護成本和能耗均較低，不會(huì )給周?chē)h(huán)境帶來(lái)影響，屬于綠色檢測技術(shù)，符合食品綠色生產(chǎn)加工要求[1]。

在食品檢測領(lǐng)域，該技術(shù)多用于酒類(lèi)、釀造類(lèi)食品檢測。如檢測酒類(lèi)食品中的乙醇、苯酚等含量，能夠對最佳釀造時(shí)間進(jìn)行科學(xué)預測。在啤酒產(chǎn)品檢測中，可以測定還原糖、乙醇等物質(zhì)含量，確認能否達到食品生產(chǎn)標準。食用醋成分較為復雜，采用傳統檢測技術(shù)需要對樣品進(jìn)行預處理，完成復雜檢測步驟，但應用近紅外光譜技術(shù)能夠快速完成還原糖、總氨等成分測定。此外，該技術(shù)也可以用于乳制品、肉制品的檢測。如檢測牛乳制品，可以利用鑒別模型對食品中的營(yíng)養含量進(jìn)行評估，并確定還原奶含量，完成食品摻假鑒別。對牛肉等肉制品進(jìn)行檢測，可以通過(guò)光譜分析獲得物質(zhì)含量數據，用于判斷食品嫩度、脂肪酸等情況，并完成藥物殘留超標檢測，保證食品質(zhì)量。

但近紅外光譜技術(shù)容易受樣本所處環(huán)境和測定條件干擾，對多組分進(jìn)行檢測時(shí)可能出現譜峰重疊情況。因為在檢測過(guò)程中，一個(gè)基因可能被多個(gè)波長(cháng)吸收，導致測定精度與樣本性質(zhì)密切相關(guān)，最終造成檢測結果準確度受到影響。因此用于食品檢測，還應補充較多已知樣本光譜模型，有效提高檢測結果準確性[2]。

2.2　高光譜成像技術(shù)應用

高光譜成像技術(shù)擁有較高分辨率，成像清晰，可以保證獲得的數據精確可靠，最早用于地質(zhì)勘探。從原理上來(lái)看，將光譜探測與成像技術(shù)結合在一起，能夠同時(shí)獲取待測物光譜信息和空間圖像特征，達到對待測物質(zhì)進(jìn)行定性、定量分析的目標[2]。①在食品檢測方面，能夠用于食品新鮮類(lèi)、污染、水分等各方面檢測，為食品分級、分類(lèi)管理提供支持。②在食品新鮮檢測上，應用該技術(shù)可以對冷凍、冷藏處理的鱈魚(yú)等食品進(jìn)行檢測，根據肌紅蛋白和血紅蛋白的不同光譜表現獲得可靠的檢測效果，為食品品質(zhì)判定提供依據。③在果蔬類(lèi)食品檢測上，可以對各種高光譜成像數據進(jìn)行分辨，如用于芒果隱性損傷檢測，能夠達到97%以上的準確度。④在食品污染監測上，可以對雞肉、豬肉等各種肉類(lèi)食品進(jìn)行在線(xiàn)檢驗，確定假單胞菌等細菌數量，通過(guò)篩選有效波長(cháng)展開(kāi)分析獲得準確結果，判斷食品細菌繁殖情況。⑤對谷物類(lèi)食品開(kāi)展檢測，不同于酶聯(lián)免疫吸附等傳統檢測技術(shù)需要完成復雜檢測步驟，應用高光譜技術(shù)可以實(shí)現降維分析，如在玉米真菌檢測方面可以使用最小顯著(zhù)差檢驗方法，可達到95%的置信水平。此外，應用高光譜技術(shù)也能對肉類(lèi)水分、pH等信息進(jìn)行檢測，如對牛羊肉中的蛋白質(zhì)、含水量等進(jìn)行檢驗，反映食品質(zhì)量情況[3]。

作為綜合替代方法，高光譜成像可以獲得豐富待測樣品信息，并結合信息與參考值間的關(guān)系進(jìn)行科學(xué)分析，提供詳細成分、含量等數據，做到快速、精準地生成食品檢測報告。憑借結果精準、無(wú)損、覆蓋全面等優(yōu)勢，該技術(shù)近年來(lái)在食品檢測領(lǐng)域應用日漸廣泛。

2.3　其他光譜技術(shù)的應用

在食品檢測方面，也可以應用熒光光譜技術(shù)，通過(guò)偏振光對熒光分子進(jìn)行激發(fā)，根據分子發(fā)射的波長(cháng)和激光輻射波長(cháng)進(jìn)行物質(zhì)檢測。如在肉類(lèi)食品檢測上，可以利用該技術(shù)對雞肉等肉制品嫩度、彈性等實(shí)施檢測，并為肉色分級提供支持。418.3～478.9 nm等波段是特殊波段，可以使用偏最小二乘法建立模型，分析獲得鴨肉嫩度信息。對黃酒、葡萄酒等食品進(jìn)行檢測，可以根據三聚氰胺等人工合成添加劑的熒光光譜特性進(jìn)行檢測，在無(wú)損條件下準確測定物質(zhì)含量。該方法的靈敏度較高，在有機化合物檢測上優(yōu)勢顯著(zhù)，但目前在食品檢測領(lǐng)域應用較少，尚未得到廣泛、深入研究[4]。

采用拉曼光譜技術(shù)對果蔬類(lèi)食品的胡蘿卜素等營(yíng)養物質(zhì)含量進(jìn)行測量，無(wú)需預處理過(guò)程，能夠完成樣品的快速分析，具有較高的靈敏度。從相關(guān)研究來(lái)看，應用該技術(shù)可以對果蔬類(lèi)、谷物類(lèi)食品的農藥殘留進(jìn)行檢測，如采用主成分回歸分析、多元線(xiàn)性分析等方法可以對氧樂(lè )果含量進(jìn)行測量。針對臍橙等水果表面混合農藥殘留進(jìn)行檢測，主要能夠完成定性分析。在定量分析方面，需要建立預測模型進(jìn)行空間分布可視化處理，要求建立較好的分析模型[5]。

在食品中蘇丹紅等添加劑檢測方面，太赫茲波譜技術(shù)成為了研究熱點(diǎn)，頻率范圍在0.1～10 THz，能夠利用量化計算方法建立食品添加劑指紋譜數據庫，為相關(guān)物質(zhì)檢測提供依據。針對奶粉等食品進(jìn)行檢測，也可以對山梨酸鉀、苯甲酸等物質(zhì)進(jìn)行光譜探測，將獲得的信號轉變?yōu)闀r(shí)域或頻域光譜進(jìn)行分析，根據不同物質(zhì)光譜特征進(jìn)行分辨。該技術(shù)具有透視性、安全性等特點(diǎn)，在食品安全領(lǐng)域擁有一定發(fā)展前景。

3　結語(yǔ)

開(kāi)展食品檢測工作，需要根據不同檢測目的對不同組分、物質(zhì)等進(jìn)行檢測，而光譜成像技術(shù)可以提供多元化檢測手段，滿(mǎn)足不同檢測要求。在實(shí)踐工作中，可以根據食品加工質(zhì)量管控、分級分類(lèi)檢測等不同需求選取適合的檢測技術(shù)，通過(guò)建立科學(xué)的模型獲得準確檢測結果，充分體現光譜分析技術(shù)在食品檢測領(lǐng)域的應用價(jià)值。

參考文獻

[1]齊偉杰.現代近紅外光譜分析在食品檢測中的應用[J].中國食品,2021(16):124-125.

[2]王平.高光譜成像技術(shù)在食品安全檢測與控制中的應用[J].現代食品,2020(12):226-228.

[3]馬驥.基于高光譜成像技術(shù)的加工豬肉品質(zhì)快速檢測方法研究[D].廣州:華南理工大學(xué),2019.

[4]吳陽(yáng).高光譜成像技術(shù)在食品品質(zhì)無(wú)損檢測中的應用初探[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng )新,2018(17):58-59.

[5]董泳江.光譜和光譜成像技術(shù)在食品檢測中的應用研究[D].杭州:浙江大學(xué),2017.