近红外在食品安全中的应用

　　食品安全问题日益受到世界各国的广泛关注，为加强对食品安全的监督和管理，一些新的检测技术不断涌现。近红外光谱技术是近年来发展起来的一类新型的分析检测技术，可以用于鉴别食品真伪、掺假鉴别、鉴别食品种类、追溯原料产地、检测农药残留、进行食品质量评估与分级等，在食品安全领域有着广阔的应用前景。

　　1. 近红外光谱分析技术的优势

　　 非破坏性

　　    不破坏样品，样品测试后可以原样保存

　　 测试简单

　　    日常分析模式简单，操作人员经过简单培训即可操作

　　 无须样品预处理

　　    原样测量液体、粉末、胶体、片剂以及胶囊等

　　 测试速度快

　　    几秒钟出结果，在更少时间内测试更多的样品

　　 成本低

　　 测试重现性好

　　 可用于过程控制，保证食品质量安全

　　 绿色环保

　     　无需有毒化学药品，没有溶剂浪费，不需化学专家，也无工人的接触问题

　　基于傅里叶变换近红外光谱技术的NIRFlex N500 在具备以上优势外，由于采用折射率非常高的晶体材料，使仪器的分辨率达到理想，仪器设计更为紧凑，只有一束光通过，与迈克尔逊干涉仪想必，将机械振动对干涉的影响减少了10到40倍，即时在恶劣的环境下也能保持出色的性能。

　　2. 近红外光谱分析技术在食品安全领域的应用

　　目前，近红外光谱分析技术由于其以上优点，在解决食品安全领域的难题方面做出了突出的贡献，越来越受到社会的肯定和重视，该技术相继被应用到食品真伪以及掺假鉴别、食品种类鉴别、食品产地追溯、农药残留检测、污染物鉴别以及视频质量评估与分级等方面。

　　食品真伪、掺假鉴别

　　食品真伪、成分掺假问题用一般的化学方法分析费时费力，近红外光谱定性分析技术无需复杂的前处理即可通过对光谱信息的分析提取出物质的特征信息，实现食品品质的快速鉴别。例如真假奶粉定性判别、转基因食品与亲本定性判别、碧螺春茶真伪鉴别、酒精类饮品 中外来乙醇、水分以及甲醇鉴别、纯牛奶中还原奶的鉴别、原料奶新鲜度和原料奶中掺假物质鉴别、水果中褐腐病的判别、食用油中脂肪酸、过氧化值、碘值等与油品质量有关指标的定量监控以及食用油真伪鉴别、牛肉汉堡包掺假以及酱油真伪等都可通过近红外定性分析技术实现。

　　鉴别食品种类

　　不同食品品种间口感、品质等差别较大，为提高食品品质，品种鉴别愈显重要。近红外光谱分析学者已经应用近外光谱分析技术建立龙井、碧螺春、祁红以及铁观音四类茶叶的SIMCA模型，另外应用近红外光谱分析技术区分不同种类鱼油、不同品种小麦以及不同品种酸奶、不同品种咖啡、不同品种婴幼儿奶粉、西洋参与人参定性判别等也取得了较理想的结果。

　　 追溯原料产地

　　对原料产地进行追溯，一旦出现食品安全问题，可快速溯源，采取及时有效措施控制食品安全事故的扩散。目前已经有研究将近红外光谱分析技术应用于不同产地的欧洲鲈鱼以及四个不同国家生产的雷司令葡萄酒的区分中。

　　 检测有机农药残留

　　目前应用近红外光谱分析技术对食品中农药残留进行分析例子不多，但是近红外光谱分析技术由于优点 突出已渐渐开始受到关注，有学者采用近红外光谱倍频区的特征信息结合差谱及导数处理，实现对叶菜中是否受有机磷农药残留污染进行鉴定，结果与GC-MS 97.5%吻合。但是，食品中农药残留数量级都在ppm级，理论上超出近红外最低检测限，因此在实际检测应用中可以尝试将待检测样品进行适当预处理(如农残富集等)后进行光谱采集、模型建立。

　　 食品质量评估与分级

　　近红外光谱分析技术不仅可以作为常规方法用于食品的品质分析，而且可以用于食品加工中的过程控制。对食品采取实时品质监控可以有效保证食品质量安全。目前已有学者将该技术应用于监控肉品加工过程中水分的变化情况、黄酒品质分析与酒龄判别等方面。

　　3. 如何将BUCHI公司近红外光谱仪应用于食品安全领域?

　　瑞士步琪公司生产的傅里叶变换近红外光谱仪NIRFlex N-500采用模块化个性配置，包含NIRFlex固体测量池、NIRFlex液体测量池、NIRFlex光纤固体测量池、NIRFlex光纤液体测量池、NIRFlex固体透射池等五种采集模块，通过选择合适的光谱采集方式，可实现对粉末、液体、颗粒、胶体以及片剂、胶囊等各种形态食品的定性定量分析。 另外，步琪公司采用精密的双折射晶体作为干涉仪材料，使仪器分辨率达到最佳，设计更为紧凑，同时在恶劣的环境下也能保持出色的性能，因此NIRFlex-500可以用于野外、工业等现场环境中食品安全检测。 同时，与NIRFlex-500配套的化学计量学软件NIRCal 5.0功能强大，具有震撼的交互式可视化效果，软件中的calibration wizard功能可以满足近红外初学者的需要，自动组合、选取最佳预处理方法以及建模方法，同时满足近红外工作者以及初学者的需求。

　　4. BUCHI公司近红外光谱仪NIRFlex N-500在

　　食品安全中的应用举例

　　4.1 利用NIRFlexN500 检测面筋中三聚氰胺掺入量

　　2007 年3 月15 日，美国宠物食品生产商Menu Foods公司向FDA 报告有14 只食用该公司宠物食品的动物死亡。自此以后，三聚氰胺事件愈演愈烈，三聚氰胺被加在提供给宠物饲料公司的小麦面筋中导致大量召回的事件。分析原因一方面可能是由于传统检查配料包括依赖于检验报告单(COA)或对检验报告单进行实验室再确认。这些步骤的绝大部分是验证检验报告单的参数是否符合指标，而不看原材料的整体质量。三聚氰胺的使用蒙骗了凯氏定氮测试从而获得较高的蛋白质含量。瑞士步琪有限公司，新近推出了简单快速的傅里叶变换近红外光谱仪NIRFlex N-500 系统，它可以在几秒钟内实现对目标物质的整体质量分析。

　　图1 光纤固体探头NIRFlex-N500 偏振干涉仪

　　实验采用光纤固体探头(见图1)透过玻璃瓶采集面筋和三聚氰胺的傅里叶变换近红外光谱谱图(见图2)，面筋和三聚氰胺纯品的近红外光谱谱图中存在明显的吸收峰差异，图3 展示了面筋中三聚氰胺含量小于1%的不同含量水平的谱图残差分析检测图，图4展示了傅立叶变换定量分析模型，该模型开发用于面筋中三聚氰胺的检测，绝对标准误差为0.02%。这些数据表明如果上述原料用傅立叶变换仪器扫描了，系统就能够在几秒钟内指明来料与可接受的整体品质相符与否。　　

　　4.2 利用NIRFlex N500 进行原料质量控制Buchi 近红外专门设计光纤式探头满足工厂需要，能真实探测次品原料，这些原料在湿法化学检测中可能合格。硫酸软骨素就是此类问题公认的一个例子。　

　　图5 显示了三批硫酸软骨素，并且传统的HPLC 方法分析纯度都在95%以上。傅立叶近红外谱图明显不同，显示三批中的两批与可接受的品质标准不符。随后分析咔唑分析表明，实际上其中一批硫酸软骨素含量为99.7%，另外两批含量分别为11.4%和14.6%。

　　Buchi 近红外系统对整个原材料拍了张快照，以验证它不仅符合技术指标，而且确认那些有害的或不明合成物或掺假物不存在。这一简单方法确认原材料合格后，那种把含有不明或有害的掺假物的配料投入市场的风险被极大降低。这一系统也可以用来扫描在出厂时成品的指纹图谱。这种方法一旦建立，仓库的收货员就可以在仓库中用光纤探头检测每桶原料并现场得知合格与否。如果配料是次品，生产厂商立刻得到问题警告，并能采取相应措施从而避免影响他们的整个生产过程。事实上，这一技术的实施，给公司上了一道“质量防火墙”。

　　近红外技术是基于光谱原理，每种原材料都有一种独特的指纹谱图，这些谱图反映它们的化学和物理性质。在这种方法中，数学算法和化学计量学被用作处理方式来建立公差圈。然后用马氏距离和多维统计分析根据模型中的标准样品来测量未知样品。如果未知样品经计算后在公差圈内，这个原料就通过了三步确认中的第一步。接着，进行残差分析，以确认不明物质不存在。

　　最后，操作者输入的标签上的物质名称与马氏距离和残差分析的目标物质进行确认。如果所有三步测试得到确认，该原料获得一个阳性定性或“通过”。如果任何一项得不到确认，那么该原料测试“失败”。然后经理必需解释为什么失败了，并追踪根源原因，这些原因通常包括原料不对、标签不对、质量不合格、合成物掺假或者其它原料的替代品。

　　上述Buchi三步法傅立叶变换近红外软件的算法可以区分非常相似的天然产物，如植物原材料。傅立叶变换近红外光谱仪已成功用于植物原材料的来料定性，在仓库中每小时都在使用。它的实现是基于傅立叶变换光谱已安装而且用谱图数据库已经开发定标。

　　正如任何防火墙，期望任何问题都被检测是不现实的。但是，使用傅立叶变换近红外作为一个快速的整体质量的监测工具确实可持续地降低含有有害或不明掺假物的原料放行到生产的风险。当然还有检测限问题，它取决于所检测化学键的类型。O-H, C-H, N-H是吸光强度最大的，因此，它们可以比其它吸收弱的键检测水平低。用于解析数据的化学计量学方法也是决定近红外检测限的另一因素。

　　很多使用傅立叶变换近红外的公司把他们来料、出料和过程处理的近红外谱图和其它记录管理程序一起存档在软件中。管理程序允许用户在将来任何时候作为审计追踪而重建结果、提出客户投述、或提供诉讼证据。这一技术使得繁杂的批次测试变得容易，使公司进行每桶测试成为可能，而不再仅依赖抽检少量样品去代表整批货物。