食品安全問題日益受到世界各國的廣泛關(guān)注，為加強(qiáng)對(duì)食品安全的監(jiān)督和管理，一些新的檢測技術(shù)不斷涌現(xiàn)。近紅外光譜技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一類新型的分析檢測技術(shù)，可以用于鑒別食品真?zhèn)?、摻假鑒別、鑒別食品種類、追溯原料產(chǎn)地、檢測農(nóng)藥殘留、進(jìn)行食品質(zhì)量評(píng)估與分級(jí)等，在食品安全領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

　　1. 近紅外光譜分析技術(shù)的優(yōu)勢

　　? 非破壞性

　　    不破壞樣品，樣品測試后可以原樣保存

　　? 測試簡單

　　    日常分析模式簡單，操作人員經(jīng)過簡單培訓(xùn)即可操作

　　? 無須樣品預(yù)處理

　　    原樣測量液體、粉末、膠體、片劑以及膠囊等

　　? 測試速度快

　　    幾秒鐘出結(jié)果，在更少時(shí)間內(nèi)測試更多的樣品

　　? 成本低

　　? 測試重現(xiàn)性好

　　? 可用于過程控制，保證食品質(zhì)量安全

　　? 綠色環(huán)保

　     　無需有毒化學(xué)藥品，沒有溶劑浪費(fèi)，不需化學(xué)專家，也無工人的接觸問題

　　基于傅里葉變換近紅外光譜技術(shù)的NIRFlex N500 在具備以上優(yōu)勢外，由于采用折射率非常高的晶體材料，使儀器的分辨率達(dá)到理想，儀器設(shè)計(jì)更為緊湊，只有一束光通過，與邁克爾遜干涉儀想必，將機(jī)械振動(dòng)對(duì)干涉的影響減少了10到40倍，即時(shí)在惡劣的環(huán)境下也能保持出色的性能。

　　2. 近紅外光譜分析技術(shù)在食品安全領(lǐng)域的應(yīng)用

　　目前，近紅外光譜分析技術(shù)由于其以上優(yōu)點(diǎn)，在解決食品安全領(lǐng)域的難題方面做出了突出的貢獻(xiàn)，越來越受到社會(huì)的肯定和重視，該技術(shù)相繼被應(yīng)用到食品真?zhèn)我约皳郊勹b別、食品種類鑒別、食品產(chǎn)地追溯、農(nóng)藥殘留檢測、污染物鑒別以及視頻質(zhì)量評(píng)估與分級(jí)等方面。

　　食品真?zhèn)巍郊勹b別

　　食品真?zhèn)?、成分摻假問題用一般的化學(xué)方法分析費(fèi)時(shí)費(fèi)力，近紅外光譜定性分析技術(shù)無需復(fù)雜的前處理即可通過對(duì)光譜信息的分析提取出物質(zhì)的特征信息，實(shí)現(xiàn)食品品質(zhì)的快速鑒別。例如真假奶粉定性判別、轉(zhuǎn)基因食品與親本定性判別、碧螺春茶真?zhèn)舞b別、酒精類飲品 中外來乙醇、水分以及甲醇鑒別、純牛奶中還原奶的鑒別、原料奶新鮮度和原料奶中摻假物質(zhì)鑒別、水果中褐腐病的判別、食用油中脂肪酸、過氧化值、碘值等與油品質(zhì)量有關(guān)指標(biāo)的定量監(jiān)控以及食用油真?zhèn)舞b別、牛肉漢堡包摻假以及醬油真?zhèn)蔚榷伎赏ㄟ^近紅外定性分析技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

　　?鑒別食品種類

　　不同食品品種間口感、品質(zhì)等差別較大，為提高食品品質(zhì)，品種鑒別愈顯重要。近紅外光譜分析學(xué)者已經(jīng)應(yīng)用近外光譜分析技術(shù)建立龍井、碧螺春、祁紅以及鐵觀音四類茶葉的SIMCA模型，另外應(yīng)用近紅外光譜分析技術(shù)區(qū)分不同種類魚油、不同品種小麥以及不同品種酸奶、不同品種咖啡、不同品種嬰幼兒奶粉、西洋參與人參定性判別等也取得了較理想的結(jié)果。

　　? 追溯原料產(chǎn)地

　　對(duì)原料產(chǎn)地進(jìn)行追溯，一旦出現(xiàn)食品安全問題，可快速溯源，采取及時(shí)有效措施控制食品安全事故的擴(kuò)散。目前已經(jīng)有研究將近紅外光譜分析技術(shù)應(yīng)用于不同產(chǎn)地的歐洲鱸魚以及四個(gè)不同國家生產(chǎn)的雷司令葡萄酒的區(qū)分中。

　　? 檢測有機(jī)農(nóng)藥殘留

　　目前應(yīng)用近紅外光譜分析技術(shù)對(duì)食品中農(nóng)藥殘留進(jìn)行分析例子不多，但是近紅外光譜分析技術(shù)由于優(yōu)點(diǎn) 突出已漸漸開始受到關(guān)注，有學(xué)者采用近紅外光譜倍頻區(qū)的特征信息結(jié)合差譜及導(dǎo)數(shù)處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)葉菜中是否受有機(jī)磷農(nóng)藥殘留污染進(jìn)行鑒定，結(jié)果與GC-MS 97.5%吻合。但是，食品中農(nóng)藥殘留數(shù)量級(jí)都在ppm級(jí)，理論上超出近紅外最低檢測限，因此在實(shí)際檢測應(yīng)用中可以嘗試將待檢測樣品進(jìn)行適當(dāng)預(yù)處理(如農(nóng)殘富集等)后進(jìn)行光譜采集、模型建立。

　　? 食品質(zhì)量評(píng)估與分級(jí)

　　近紅外光譜分析技術(shù)不僅可以作為常規(guī)方法用于食品的品質(zhì)分析，而且可以用于食品加工中的過程控制。對(duì)食品采取實(shí)時(shí)品質(zhì)監(jiān)控可以有效保證食品質(zhì)量安全。目前已有學(xué)者將該技術(shù)應(yīng)用于監(jiān)控肉品加工過程中水分的變化情況、黃酒品質(zhì)分析與酒齡判別等方面。

　　3. 如何將BUCHI公司近紅外光譜儀應(yīng)用于食品安全領(lǐng)域?

　　瑞士步琪公司生產(chǎn)的傅里葉變換近紅外光譜儀NIRFlex N-500采用模塊化個(gè)性配置，包含NIRFlex固體測量池、NIRFlex液體測量池、NIRFlex光纖固體測量池、NIRFlex光纖液體測量池、NIRFlex固體透射池等五種采集模塊，通過選擇合適的光譜采集方式，可實(shí)現(xiàn)對(duì)粉末、液體、顆粒、膠體以及片劑、膠囊等各種形態(tài)食品的定性定量分析。 另外，步琪公司采用精密的雙折射晶體作為干涉儀材料，使儀器分辨率達(dá)到最佳，設(shè)計(jì)更為緊湊，同時(shí)在惡劣的環(huán)境下也能保持出色的性能，因此NIRFlex-500可以用于野外、工業(yè)等現(xiàn)場環(huán)境中食品安全檢測。 同時(shí)，與NIRFlex-500配套的化學(xué)計(jì)量學(xué)軟件NIRCal 5.0功能強(qiáng)大，具有震撼的交互式可視化效果，軟件中的calibration wizard功能可以滿足近紅外初學(xué)者的需要，自動(dòng)組合、選取最佳預(yù)處理方法以及建模方法，同時(shí)滿足近紅外工作者以及初學(xué)者的需求。

　　4. BUCHI公司近紅外光譜儀NIRFlex N-500在

　　食品安全中的應(yīng)用舉例

　　4.1 利用NIRFlexN500 檢測面筋中三聚氰胺摻入量

　　2007 年3 月15 日，美國寵物食品生產(chǎn)商Menu Foods公司向FDA 報(bào)告有14 只食用該公司寵物食品的動(dòng)物死亡。自此以后，三聚氰胺事件愈演愈烈，三聚氰胺被加在提供給寵物飼料公司的小麥面筋中導(dǎo)致大量召回的事件。分析原因一方面可能是由于傳統(tǒng)檢查配料包括依賴于檢驗(yàn)報(bào)告單(COA)或?qū)z驗(yàn)報(bào)告單進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室再確認(rèn)。這些步驟的絕大部分是驗(yàn)證檢驗(yàn)報(bào)告單的參數(shù)是否符合指標(biāo)，而不看原材料的整體質(zhì)量。三聚氰胺的使用蒙騙了凱氏定氮測試從而獲得較高的蛋白質(zhì)含量。瑞士步琪有限公司，新近推出了簡單快速的傅里葉變換近紅外光譜儀NIRFlex N-500 系統(tǒng)，它可以在幾秒鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物質(zhì)的整體質(zhì)量分析。

　　圖1 光纖固體探頭NIRFlex-N500 偏振干涉儀

　　實(shí)驗(yàn)采用光纖固體探頭(見圖1)透過玻璃瓶采集面筋和三聚氰胺的傅里葉變換近紅外光譜譜圖(見圖2)，面筋和三聚氰胺純品的近紅外光譜譜圖中存在明顯的吸收峰差異，圖3 展示了面筋中三聚氰胺含量小于1%的不同含量水平的譜圖殘差分析檢測圖，圖4展示了傅立葉變換定量分析模型，該模型開發(fā)用于面筋中三聚氰胺的檢測，絕對(duì)標(biāo)準(zhǔn)誤差為0.02%。這些數(shù)據(jù)表明如果上述原料用傅立葉變換儀器掃描了，系統(tǒng)就能夠在幾秒鐘內(nèi)指明來料與可接受的整體品質(zhì)相符與否。　　

　　4.2 利用NIRFlex N500 進(jìn)行原料質(zhì)量控制Buchi 近紅外專門設(shè)計(jì)光纖式探頭滿足工廠需要，能真實(shí)探測次品原料，這些原料在濕法化學(xué)檢測中可能合格。硫酸軟骨素就是此類問題公認(rèn)的一個(gè)例子。　

　　圖5 顯示了三批硫酸軟骨素，并且傳統(tǒng)的HPLC 方法分析純度都在95%以上。傅立葉近紅外譜圖明顯不同，顯示三批中的兩批與可接受的品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)不符。隨后分析咔唑分析表明，實(shí)際上其中一批硫酸軟骨素含量為99.7%，另外兩批含量分別為11.4%和14.6%。

　　Buchi 近紅外系統(tǒng)對(duì)整個(gè)原材料拍了張快照，以驗(yàn)證它不僅符合技術(shù)指標(biāo)，而且確認(rèn)那些有害的或不明合成物或摻假物不存在。這一簡單方法確認(rèn)原材料合格后，那種把含有不明或有害的摻假物的配料投入市場的風(fēng)險(xiǎn)被極大降低。這一系統(tǒng)也可以用來掃描在出廠時(shí)成品的指紋圖譜。這種方法一旦建立，倉庫的收貨員就可以在倉庫中用光纖探頭檢測每桶原料并現(xiàn)場得知合格與否。如果配料是次品，生產(chǎn)廠商立刻得到問題警告，并能采取相應(yīng)措施從而避免影響他們的整個(gè)生產(chǎn)過程。事實(shí)上，這一技術(shù)的實(shí)施，給公司上了一道“質(zhì)量防火墻”。

　　近紅外技術(shù)是基于光譜原理，每種原材料都有一種獨(dú)特的指紋譜圖，這些譜圖反映它們的化學(xué)和物理性質(zhì)。在這種方法中，數(shù)學(xué)算法和化學(xué)計(jì)量學(xué)被用作處理方式來建立公差圈。然后用馬氏距離和多維統(tǒng)計(jì)分析根據(jù)模型中的標(biāo)準(zhǔn)樣品來測量未知樣品。如果未知樣品經(jīng)計(jì)算后在公差圈內(nèi)，這個(gè)原料就通過了三步確認(rèn)中的第一步。接著，進(jìn)行殘差分析，以確認(rèn)不明物質(zhì)不存在。

　　最后，操作者輸入的標(biāo)簽上的物質(zhì)名稱與馬氏距離和殘差分析的目標(biāo)物質(zhì)進(jìn)行確認(rèn)。如果所有三步測試得到確認(rèn)，該原料獲得一個(gè)陽性定性或“通過”。如果任何一項(xiàng)得不到確認(rèn)，那么該原料測試“失敗”。然后經(jīng)理必需解釋為什么失敗了，并追蹤根源原因，這些原因通常包括原料不對(duì)、標(biāo)簽不對(duì)、質(zhì)量不合格、合成物摻假或者其它原料的替代品。

　　上述Buchi三步法傅立葉變換近紅外軟件的算法可以區(qū)分非常相似的天然產(chǎn)物，如植物原材料。傅立葉變換近紅外光譜儀已成功用于植物原材料的來料定性，在倉庫中每小時(shí)都在使用。它的實(shí)現(xiàn)是基于傅立葉變換光譜已安裝而且用譜圖數(shù)據(jù)庫已經(jīng)開發(fā)定標(biāo)。

　　正如任何防火墻，期望任何問題都被檢測是不現(xiàn)實(shí)的。但是，使用傅立葉變換近紅外作為一個(gè)快速的整體質(zhì)量的監(jiān)測工具確實(shí)可持續(xù)地降低含有有害或不明摻假物的原料放行到生產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)然還有檢測限問題，它取決于所檢測化學(xué)鍵的類型。O-H, C-H, N-H是吸光強(qiáng)度最大的，因此，它們可以比其它吸收弱的鍵檢測水平低。用于解析數(shù)據(jù)的化學(xué)計(jì)量學(xué)方法也是決定近紅外檢測限的另一因素。

　　很多使用傅立葉變換近紅外的公司把他們來料、出料和過程處理的近紅外譜圖和其它記錄管理程序一起存檔在軟件中。管理程序允許用戶在將來任何時(shí)候作為審計(jì)追蹤而重建結(jié)果、提出客戶投述、或提供訴訟證據(jù)。這一技術(shù)使得繁雜的批次測試變得容易，使公司進(jìn)行每桶測試成為可能，而不再僅依賴抽檢少量樣品去代表整批貨物。