簡析近紅外光譜分析技術(shù)在牛奶化學(xué)分析上的應(yīng)用

張珊

[摘 要]近紅外光分析技術(shù)應(yīng)用范圍不斷拓展，如今其在牛奶制品化學(xué)分析中也得到了較為廣泛的應(yīng)用。我們應(yīng)當(dāng)進一步加快對近紅外光譜分析技術(shù)在牛奶化學(xué)分析應(yīng)用的研究，促進其在乳品生產(chǎn)檢測中的高效應(yīng)用。本文首先分析了近紅外光譜分析技術(shù)原理，并具體探討了近紅外光譜分析技術(shù)在牛奶化學(xué)分析中的應(yīng)用，最后對近紅外光譜分析技術(shù)在牛奶化學(xué)分析中的應(yīng)用進行了展望

[關(guān)鍵詞]近紅外光譜分析技術(shù) 牛奶 化學(xué)分析 應(yīng)用

中圖分類號：TS207.3 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）11-0258-01

近紅外光具體指波長在780-2526nm范圍內(nèi)的電磁波，近紅外光譜分析技術(shù)則是光譜測量技術(shù)同化學(xué)計量學(xué)的有機結(jié)合。近紅外光分析技術(shù)應(yīng)用范圍不斷拓展，在食品行業(yè)中應(yīng)用于調(diào)味品、酒制品、肉類等成分鑒別以及真?zhèn)舞b別，近年來其在牛奶制品化學(xué)分析中也得到了較為廣泛的應(yīng)用。分析近紅外光譜技術(shù)在牛奶及其制品分析檢測中的應(yīng)用，實施對牛奶及其制品的質(zhì)量安全控制，有著重要的現(xiàn)實意義。

一、近紅外光譜分析技術(shù)原理

近紅外光譜分析技術(shù)是近幾十年來發(fā)展最為迅速的高新分析技術(shù)之一。我國從上世紀(jì)80年代開始應(yīng)用近紅外光譜分析技術(shù)，并逐漸拓展到食品、農(nóng)業(yè)、石化等多個領(lǐng)域，近紅外光譜是分子振動光譜倍頻與合頻吸收光譜，主要為X-H鍵吸收。由于不同基團（例如苯環(huán)，甲基等）所生成的光譜在吸收峰的強度以及位置上有差異性，結(jié)合朗伯-比耳吸收定律，光譜特征將鎖著樣品成分含量的變化而變化。近紅外光譜分析技術(shù)具體有以下幾個優(yōu)點：傳輸性能良好，近紅外光在光導(dǎo)纖維中傳輸性能較好，能夠?qū)崿F(xiàn)對生產(chǎn)工藝流程的在線檢測；檢測手段無損。近紅外光譜分析技術(shù)檢測不對樣品產(chǎn)生損傷，特別是在活體檢測上有著非常大的優(yōu)勢；分析速度快捷。近紅外光譜分析技術(shù)不用對樣品進行預(yù)處理，對于樣品的測量通常在1分鐘之內(nèi)可以完成，其分析速度較快，效率較高；綠色環(huán)保。近紅外光譜分析技術(shù)在檢測中不對環(huán)境產(chǎn)生污染，因而其也被稱作綠色檢測技術(shù)。

二、近紅外光譜分析技術(shù)在牛奶化學(xué)分析中的應(yīng)用

牛奶是由多種物質(zhì)所組成的混合物，其具體包括真溶液、膠體懸乳液、高分子溶液以及乳濁液等。而牛奶成分中蛋白質(zhì)分子、脂肪等對于近紅外光有著吸收作用，因而近紅外光譜分析技術(shù)在牛奶化學(xué)分析測定中能夠得到良好應(yīng)用。近紅外光譜分析技術(shù)在牛奶制品上的應(yīng)用主要體現(xiàn)在在線檢測與離線檢測兩個方面。在線檢測是指借助光纖探頭直接在生產(chǎn)線中對樣品進行檢測；離線檢測指用紅外反射儀對樣品杯或者試管中的樣品實施全反射檢測。其具體應(yīng)用包括定性分析牛奶及其制品的產(chǎn)地來源與品種，以及定量分析牛奶及其制品的微生物與理化指標(biāo)等。

1.在線檢測

牛奶生產(chǎn)過程中，因出廠產(chǎn)品一致化的要求，通常需要保證原料成分含量的一致性，而現(xiàn)實生產(chǎn)當(dāng)中不能使生產(chǎn)停止來滿足在線檢測。近紅外光譜分析技術(shù)的應(yīng)用則實現(xiàn)了對生產(chǎn)過程的實時監(jiān)控。在線檢測中，利用近紅外光譜分析技術(shù)對牛奶成分中的蛋白、乳糖、脂肪、蔗糖以及水分進行測量，能夠取得良好的效果，可廣泛應(yīng)用與鮮奶成品生產(chǎn)以及奶粉生產(chǎn)過程中的質(zhì)量監(jiān)控。并且如今近紅外光譜技術(shù)應(yīng)用也已經(jīng)拓展到了牛奶中病菌數(shù)以及牛奶體細(xì)胞數(shù)測定方面。吳靜珠等提出了建立包括不同種類奶粉樣品集中的脂肪、乳糖、蛋白等的紅外模型，并采取全譜分析結(jié)合模型優(yōu)化的方法，簡化了近紅外技術(shù)在奶粉定量分析的步驟。劉蓉（2005）通過最小半球體積法以及半數(shù)重采樣法來對牛奶成分近紅外光譜實施奇異點剔除實驗，這兩種算法的有效結(jié)合有著快速簡單的特征，能夠適應(yīng)牛奶成分等的在線檢測，可大大提升分析模型的精度與穩(wěn)定性。朱俊平（2003）通過多元線性回歸法構(gòu)建用近紅外光譜分析技術(shù)檢測兒童高鈣奶粉蛋白、乳糖、脂肪的測定模型。其近紅外法測定結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)法測定結(jié)果相一致。但總體來看，目前近紅外光譜分析技術(shù)在牛奶及其制品在線檢測中的應(yīng)用尚停留在實驗室的階段，要真正實現(xiàn)牛奶及其制品生產(chǎn)的在線檢測還需要做更多的工作。

2.離線檢測

營養(yǎng)成分檢測。牛奶制品營養(yǎng)成分檢測主要是指利用近紅外光譜分析技術(shù)對牛奶中的蛋白質(zhì)、乳糖、脂肪等營養(yǎng)成分進行快速定量的分析。聯(lián)邦德國的R.T.Carl早在1991年就利用近紅外光譜分析技術(shù)以及偏最小二乘法分析牛奶中的脂肪含量，結(jié)果也表明利用近紅外光譜分析技術(shù)分析牛奶中脂肪含量是非常可行的。

摻假物質(zhì)鑒別。牛奶制品中有許多摻假物質(zhì)，例如植物蛋白、植脂末、乳清粉乃至三聚氰胺等。奶制品摻假成分檢測主要依賴傳統(tǒng)方法，而近紅外光譜分析技術(shù)的應(yīng)用也能夠起到有效作用。韓東海（2006）具體應(yīng)用近紅外光譜分析技術(shù)來鑒別純牛奶中的還原奶，結(jié)合判別分析方法構(gòu)建起還原奶鑒別模型，并利用偏最小二乘法構(gòu)建起原料奶的ph值以及酸度預(yù)測模型，具體誤差<0.5%。

致病菌分析。李守軍（2007）對利用近紅外光譜技術(shù)檢測牛奶中致病菌方法進行了分析。具體采用最小二乘法、余弦相似度聚類等方法建立利用近紅外光譜檢測原料乳大腸桿菌、總菌落數(shù)的模型，結(jié)果表明能夠在50分鐘內(nèi)完成，可有效預(yù)測原料乳大腸桿菌以及總菌數(shù)。

三、近紅外光譜分析技術(shù)應(yīng)用展望

我國的奶制品質(zhì)量水準(zhǔn)在食品市場中一直備受關(guān)注，牛奶產(chǎn)品的質(zhì)量也一直是弱項，例如我國奶粉產(chǎn)品質(zhì)量與西方國家有著巨大差距。究其原因，在于生產(chǎn)監(jiān)控以及原材料質(zhì)量控制上的差距。近紅外光譜分析技術(shù)有著準(zhǔn)確、快速、便捷等特性，得到了越來越廣泛的應(yīng)用。而這項技術(shù)在牛奶及其制品中的應(yīng)用，則能夠更有效地實施對牛奶制品的質(zhì)量監(jiān)控。其對于提升生產(chǎn)質(zhì)量控制，降低生產(chǎn)成本等發(fā)揮著重要的作用。但同時，目前近紅外光譜技術(shù)在牛奶分析檢測中的應(yīng)用仍存在著諸多問題有待解決：牛奶為多分散體系，由于測量條件以及測量方法等諸多因素影響，測定結(jié)果的準(zhǔn)確率有待提升，因而需要開發(fā)專用的數(shù)學(xué)模型以及相關(guān)配件來提升檢測精確度；近紅外光譜分析技術(shù)定性與定量分析的關(guān)鍵因素在構(gòu)建準(zhǔn)確的校正模型，因而需要進行多種建模方法的對比來獲取最優(yōu)化的模型；此外，近紅外光譜分析技術(shù)雖然分析成本較低，但其儀器本身較為昂貴，對于我國一些牛奶加工企業(yè)、牛奶養(yǎng)殖場所以及牛奶收購站而言，缺乏經(jīng)濟實力與生產(chǎn)規(guī)模。因而需要開發(fā)出更簡便，價格更低的近紅外儀器，拓展其在牛奶檢測中的應(yīng)用范圍。

結(jié)束語

總而言之，近紅外光譜分析技術(shù)有著簡便、快速、綠色等特征，隨著我國乳制品工業(yè)的快速發(fā)展以及社會對于乳制品質(zhì)量的關(guān)注，近紅外光譜分析技術(shù)有著廣闊的應(yīng)用前景。目前我國乳品市場質(zhì)量安全方面仍然存在著諸多問題，新形勢下，我們應(yīng)當(dāng)進一步加快對近紅外光譜分析技術(shù)在牛奶化學(xué)分析應(yīng)用的研究，促進其在乳品生產(chǎn)檢測中的高效應(yīng)用，從而提升我國乳制品的質(zhì)量安全水平。

參考文獻

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