近紅外光譜技術(shù)在醋品質(zhì)分析中的應(yīng)用

蔡偉源 羅培余

食用醋是一種專門的酸味調(diào)味品，它的釀造歷史十分悠久。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，很多的食品都出現(xiàn)了一定程度上的摻假和偽造現(xiàn)象，這不但影響了食醋的品質(zhì)，還有可能威脅消費(fèi)者的生命健康，損害群眾的消費(fèi)者權(quán)益。食用醋的PH值和可溶性固形物含量決定了醋的最終品質(zhì)，是判斷食醋質(zhì)量優(yōu)劣的關(guān)鍵指標(biāo)。傳統(tǒng)食醋品質(zhì)檢測方法步驟太多、成本過高，已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代化醋品質(zhì)的檢驗(yàn)要求。而近紅外光譜技術(shù)在醋檢測過程中不會造成樣品污染，具有分析速度快、成本低、檢測精度高、操作方便等優(yōu)勢，在多個檢驗(yàn)領(lǐng)域中得到認(rèn)同，并廣泛應(yīng)用于食品檢測中。采用近紅外光譜技術(shù)定理分析醋的理化指標(biāo)時，要先對醋的原始近紅外光譜進(jìn)行預(yù)處理，利用最小二乘法（PLS）創(chuàng)建可溶性固形物含量和食醋總酸的光譜模型，最后進(jìn)行效果對比。

中國食醋行業(yè)現(xiàn)狀分析

在我國人民日常生活中，醋是必不可少的一種調(diào)味品，市場需求穩(wěn)定。中國調(diào)味品協(xié)會在2006年統(tǒng)計(jì)的醋情況，年產(chǎn)量達(dá)到200萬噸以上，生產(chǎn)廠家大約6000家，品牌企業(yè)占比40%，以小作坊形式存在的有60%，我國擁有很大的生產(chǎn)和銷售市場。盡管食醋在調(diào)味品總產(chǎn)量約占25%，卻在整體調(diào)味品市場內(nèi)發(fā)展緩慢且生產(chǎn)技術(shù)落后，分析原因，主要是因?yàn)槭炒灼贩N不多、包裝不新穎、伏附加值低，導(dǎo)致食醋的整體市場形象受到影響，價格無法提高，陷入一個很尷尬的境地。圖1為我國食醋行業(yè)2003年至2012年的發(fā)展圖示。

醋品質(zhì)的傳統(tǒng)檢測方法

醋品質(zhì)的傳統(tǒng)檢測方法有衛(wèi)生指標(biāo)檢驗(yàn)法、理化指標(biāo)分析法以及感官評判法三種。其中理化指標(biāo)檢驗(yàn)是采用化學(xué)和物理分析手段對食醋中的可溶性固形物、總酸和不揮發(fā)酸等指標(biāo)進(jìn)行科學(xué)合理的分析和檢測，根據(jù)指標(biāo)來判斷食醋的品質(zhì)。理化指標(biāo)檢驗(yàn)法可信度較高，但是此種方法會耗費(fèi)很長時間來檢測，檢測費(fèi)用高，要找專業(yè)的檢測人員來進(jìn)行此項(xiàng)操作，會受到時間和空間的影響，不適合在線實(shí)時檢測。隨著食醋種類的不斷增多，很多商人對感官評定法的要求越來越高，這是一種主觀形式的感覺判斷，評定人員可以根據(jù)食醋的香味、形態(tài)等綜合特征來對醋品質(zhì)進(jìn)行判斷，但是每個人對味道的要求不同，感官評定指標(biāo)沒有明顯的界限，評定者要有很高的品評水平才能夠勝任，還有個人經(jīng)驗(yàn)、性別、體質(zhì)等的影響，給感官評定帶來了很大的麻煩，結(jié)果難以確定。

近紅外光譜技術(shù)在醋品質(zhì)分析中的應(yīng)用探討

近紅外光譜技術(shù)概述。近紅外光是一種電磁波，介于可見光和中紅外光之間，近紅外光波長為780～2500nm。近年來，近紅外光譜技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)分析中占據(jù)重要地位，是一種關(guān)鍵的分析手段。它的工作原理為：利用物質(zhì)分子基團(tuán)中的彎曲、振動及伸縮時的固有振動頻率，每種成分的光有不同的光吸收特性，為近紅外光譜分析奠定了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。紅外活性分子與近紅外光子之間會發(fā)生作用，出現(xiàn)近紅外光譜吸收現(xiàn)象。和以往的技術(shù)相比，近紅外光譜技術(shù)的品質(zhì)測試速度更快，分析結(jié)果在一分鐘之內(nèi)就能得到，不需要進(jìn)行復(fù)雜的預(yù)處理操作，能夠在一次樣品光譜采集過程中得到多項(xiàng)待測指標(biāo)，污染小，對檢測樣品不造成破壞，能夠有效的節(jié)約成本。

近紅外光譜技術(shù)分析材料與具體方法。（1）儀器設(shè)備和樣品材料。實(shí)驗(yàn)采用的是QC- leader傅里葉變換近紅外光譜儀與相應(yīng)的透射元件，光譜范圍在600～2600nm，光譜分辨率為10nm，每一種食醋樣品掃描4次，取樣品的平均值為近紅外透射光譜值。利用MATLAB軟件對光譜信息進(jìn)行處理和具體分析。本次實(shí)驗(yàn)用到的食醋樣品都來源于市面上售賣的普通陳醋，醋年份為1～3年，每個年份的不同的兩種陳醋分別抽取20瓶，共60瓶樣品，每個年份中隨機(jī)抽取4瓶為驗(yàn)證集，剩余的48瓶為校正集。

（2）模型評價參數(shù)。采取相關(guān)參數(shù)（R）、驗(yàn)證集均方根誤差（RMSEP）、校正集均方根誤差（RMSEC）來評判光譜模型的預(yù)測和穩(wěn)定性。相同范圍內(nèi)的食醋濃度，R值愈趨近于1，準(zhǔn)確度愈高；校正集均方根誤差（RMSEC）值愈小，模型擬合程度愈高；驗(yàn)證集均方根誤差（RMSEP）愈小，模型的預(yù)測性愈強(qiáng)，RMSEP和RMSEC值接近程度越高，那模型的穩(wěn)定性愈好。

醋品質(zhì)測量結(jié)果比較和分析。PLS模型是在全光譜內(nèi)創(chuàng)建的模型，其中含有很多與可溶性固形物和食醋總酸沒有聯(lián)系的變量因素，這些無關(guān)信息影響著模型的預(yù)測能力。一般情況下，PLS模型在建立時一定要對光譜進(jìn)行選擇，如果沒有相應(yīng)的要求，可以隨機(jī)選擇光譜范圍。根據(jù)醋的理化指標(biāo)、校正集和驗(yàn)證集的關(guān)系建立了最佳模型結(jié)果進(jìn)行比較和分析，如表1所示。

綜上所述，利用近紅外光譜技術(shù)對醋品質(zhì)定量分析理化指標(biāo)具有一定的可行性，研究結(jié)果表明采用適合的光譜預(yù)處理和選擇合理的光譜范圍對于建立光譜預(yù)測模型性能有重要的意義，實(shí)驗(yàn)過程中選擇了不同類型、不同品牌、不同年份、總酸含量不同的20種醋進(jìn)行分析研究，在定量分析醋的理化指標(biāo)含量過程中，由于條件的限制，只檢測分析了食醋總酸、可溶性固形物量兩項(xiàng)重要指標(biāo)，但檢測對象的相關(guān)數(shù)據(jù)仍然具有很好的利用價值。目前，利用近紅外光譜技術(shù)來檢測農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)已經(jīng)成為研究的熱點(diǎn)內(nèi)容，因?yàn)榻t外光譜檢測技術(shù)的測量速度更加快速、操作方便簡單、消耗成本低，進(jìn)一步提高了我國的醋品質(zhì)測量分析水平。