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(jìn)一步加快對(duì)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(jìn)其在乳品生產(chǎn)檢測(cè)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(duì)近紅外光譜分析技術(shù)在牛奶化學(xué)分析中的應(yīng)用進(jìn)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(hào)：TS207.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）11-0258-01

近紅外光具體指波長(zhǎng)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(cè)量技術(shù)同化學(xué)計(jì)量學(xué)的有機(jī)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(lái)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(cè)中的應(yīng)用，實(shí)施對(duì)牛奶及其制品的質(zhì)量安全控制，有著重要的現(xiàn)實(shí)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(lái)發(fā)展最為迅速的高新分析技術(shù)之一。我國(guó)從上世紀(jì)80年代開(kāi)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(gè)領(lǐng)域，近紅外光譜是分子振動(dòng)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(tuán)（例如苯環(huán)，甲基等）所生成的光譜在吸收峰的強(qiáng)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(gè)優(yōu)點(diǎn)：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(duì)生產(chǎn)工藝流程的在線檢測(cè)；檢測(cè)手段無(wú)損。近紅外光譜分析技術(shù)檢測(cè)不對(duì)樣品產(chǎn)生損傷，特別是在活體檢測(cè)上有著非常大的優(yōu)勢(shì)；分析速度快捷。近紅外光譜分析技術(shù)不用對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理，對(duì)于樣品的測(cè)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(cè)中不對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染，因而其也被稱作綠色檢測(cè)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(duì)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(cè)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(cè)與離線檢測(cè)兩個(gè)方面。在線檢測(cè)是指借助光纖探頭直接在生產(chǎn)線中對(duì)樣品進(jìn)行檢測(cè)；離線檢測(cè)指用紅外反射儀對(duì)樣品杯或者試管中的樣品實(shí)施全反射檢測(cè)。其具體應(yīng)用包括定性分析牛奶及其制品的產(chǎn)地來(lái)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(cè)

牛奶生產(chǎn)過(guò)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(shí)生產(chǎn)當(dāng)中不能使生產(chǎn)停止來(lái)滿足在線檢測(cè)。近紅外光譜分析技術(shù)的應(yīng)用則實(shí)現(xiàn)了對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控。在線檢測(cè)中，利用近紅外光譜分析技術(shù)對(duì)牛奶成分中的蛋白、乳糖、脂肪、蔗糖以及水分進(jìn)行測(cè)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(guò)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(cè)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(jiǎn)化了近紅外技術(shù)在奶粉定量分析的步驟。劉蓉（2005）通過(guò)最小半球體積法以及半數(shù)重采樣法來(lái)對(duì)牛奶成分近紅外光譜實(shí)施奇異點(diǎn)剔除實(shí)驗(yàn)，這兩種算法的有效結(jié)合有著快速簡(jiǎn)單的特征，能夠適應(yīng)牛奶成分等的在線檢測(cè)，可大大提升分析模型的精度與穩(wěn)定性。朱俊平（2003）通過(guò)多元線性回歸法構(gòu)建用近紅外光譜分析技術(shù)檢測(cè)兒童高鈣奶粉蛋白、乳糖、脂肪的測(cè)定模型。其近紅外法測(cè)定結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)法測(cè)定結(jié)果相一致。但總體來(lái)看，目前近紅外光譜分析技術(shù)在牛奶及其制品在線檢測(cè)中的應(yīng)用尚停留在實(shí)驗(yàn)室的階段，要真正實(shí)現(xiàn)牛奶及其制品生產(chǎn)的在線檢測(cè)還需要做更多的工作。

2.離線檢測(cè)

營(yíng)養(yǎng)成分檢測(cè)。牛奶制品營(yíng)養(yǎng)成分檢測(cè)主要是指利用近紅外光譜分析技術(shù)對(duì)牛奶中的蛋白質(zhì)、乳糖、脂肪等營(yíng)養(yǎng)成分進(jìn)行快速定量的分析。聯(lián)邦德國(guó)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?？尚械摹?/p>

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(cè)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(lái)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(cè)模型，具體誤差<0.5%。

致病菌分析。李守軍（2007）對(duì)利用近紅外光譜技術(shù)檢測(cè)牛奶中致病菌方法進(jìn)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(cè)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(cè)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(guó)的奶制品質(zhì)量水準(zhǔn)在食品市場(chǎng)中一直備受關(guān)注，牛奶產(chǎn)品的質(zhì)量也一直是弱項(xiàng)，例如我國(guó)奶粉產(chǎn)品質(zhì)量與西方國(guó)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(lái)越廣泛的應(yīng)用。而這項(xiàng)技術(shù)在牛奶及其制品中的應(yīng)用，則能夠更有效地實(shí)施對(duì)牛奶制品的質(zhì)量監(jiān)控。其對(duì)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(shí)，目前近紅外光譜技術(shù)在牛奶分析檢測(cè)中的應(yīng)用仍存在著諸多問(wèn)題有待解決：牛奶為多分散體系，由于測(cè)量條件以及測(cè)量方法等諸多因素影響，測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確率有待提升，因而需要開(kāi)發(fā)專用的數(shù)學(xué)模型以及相關(guān)配件來(lái)提升檢測(cè)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(jìn)行多種建模方法的對(duì)比來(lái)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(duì)于我國(guó)一些牛奶加工企業(yè)、牛奶養(yǎng)殖場(chǎng)所以及牛奶收購(gòu)站而言，缺乏經(jīng)濟(jì)實(shí)力與生產(chǎn)規(guī)模。因而需要開(kāi)發(fā)出更簡(jiǎn)便，價(jià)格更低的近紅外儀器，拓展其在牛奶檢測(cè)中的應(yīng)用范圍。

結(jié)束語(yǔ)

總而言之，近紅外光譜分析技術(shù)有著簡(jiǎn)便、快速、綠色等特征，隨著我國(guó)乳制品工業(yè)的快速發(fā)展以及社會(huì)對(duì)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(guó)乳品市場(chǎng)質(zhì)量安全方面仍然存在著諸多問(wèn)題，新形勢(shì)下，我們應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步加快對(duì)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(jìn)其在乳品生產(chǎn)檢測(cè)中的高效應(yīng)用，從而提升我國(guó)乳制品的質(zhì)量安全水平。

參考文獻(xiàn)

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