＊牟川川

（桓臺縣檢驗檢測中心 山東 256400）

引言

食品是人類生命活動所需能源的重要來源，不同種類的食品或者同種食品的品種、產(chǎn)地不同，可能品質(zhì)以及其所蘊含的營養(yǎng)價值、價格也會存在差異。最近幾年以來，食品安全事件在我國發(fā)生的十分頻繁，以次充好、以假亂真、以及產(chǎn)品不過關(guān)等問題都屢見不鮮，這樣的行為不僅對消費者的權(quán)益造成了侵害，也會對人們的身體健康造成很嚴(yán)重的威脅，如果放任這樣的行為繼續(xù)發(fā)生，將會嚴(yán)重干擾食品行業(yè)正常的有序發(fā)展，因此，食品檢測工作的重要性日益提升。通常來講進行食品檢測工作采取的方式主要有液相色譜、液相色譜—質(zhì)譜法以及氣相色譜等方法，盡管這些檢測手法能夠滿足食品檢測工作隊與定性定量的需求，并且應(yīng)用的范圍也十分廣泛，但是其對樣品進行檢測之前的處理工作相對繁瑣、檢測工作所需要消耗的時間周期比較長、所消耗的成本相對來說比較高，這些缺點都很大程度上限制了檢測手法的應(yīng)用程度，同時也對食品檢測工作造成了限制，導(dǎo)致食品檢測工作的速度受到牽制，不利于食品檢測工作的發(fā)展。但是近年間引進的紅外光譜技術(shù)被逐漸引入到檢測行業(yè)之中，為這一工作提供了新的方法和思路。

1.紅外光譜結(jié)合化學(xué)計量學(xué)檢測方法研究進展

紅外光譜技術(shù)應(yīng)用范圍十分的廣泛，涉及到化工、醫(yī)藥、石油以及高分子領(lǐng)域中。紅外光譜技術(shù)被引進應(yīng)用在食品檢測工作中的時間還比較短，因此其具有非常廣闊的應(yīng)用前景。由于紅外光譜進行食品檢測工作的分析速度更快、進行操作的成本也更低，并且樣品進行處理的操作簡單易上手。其被引入到食品檢測行業(yè)之中，大大促進了食品檢測行業(yè)的發(fā)展。但是紅外光譜也具有其自身的局限性，一旦樣品的含水量比較高，對于質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于0.1%的成分就不容易通過紅外光譜檢測手段檢測出來，因此紅外光譜主要被應(yīng)用于檢測食品中的主要成分。不僅如此，食品的不均勻性也會導(dǎo)致光譜的復(fù)雜性，這樣光譜中存在的微小差別就很難被識別出來，所以直接將紅外光譜單獨運作在食品檢測工作中存在著一定的局限性。

隨著化學(xué)計量學(xué)的發(fā)展和技術(shù)升級，化學(xué)計量學(xué)方法也逐漸被引入到了紅外光譜數(shù)據(jù)處理工作中，輔助處理相關(guān)的工作。憑借著化學(xué)計量學(xué)在數(shù)據(jù)分析處理工作層面的特有優(yōu)勢，其為化學(xué)檢測工作提供了新的理論和方法，為數(shù)據(jù)的解析工作以及優(yōu)化升級提供了一個新的思路和途徑?；瘜W(xué)計量學(xué)被應(yīng)用在紅外光譜之中，主要有三個層面的突出優(yōu)勢：首先是對紅外光譜所獲取的數(shù)據(jù)進行預(yù)處理和分析工作，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和真實性；二是在紅外光譜技術(shù)的定性測量工作以及定量測量工作中，為其建立起一套穩(wěn)定并且具有高度可靠性的分析檢測模型；三是完成校正模板的傳遞工作，也就是紅外光譜儀器的標(biāo)準(zhǔn)化工作，真正促使校正模板實現(xiàn)共享。在紅外光譜技術(shù)和化學(xué)計量學(xué)相融合的基礎(chǔ)之上，紅外光譜分析技術(shù)也能夠被利用在食品檢測工作中，并且在相關(guān)的檢測工作中具有非常突出的優(yōu)勢所在，其整個分析過程中的投資和操作費用成本相對比較低，并且還能夠同時進行定性定量分析工作，并且整個分析過程做到了無損樣品、零試劑、零污染的程度。在當(dāng)前的食品監(jiān)督管理工作中，對于紅外光譜結(jié)合化學(xué)計量學(xué)技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)逐漸普遍化，其已經(jīng)逐漸發(fā)展成為一項常用的檢測手段，在對食品質(zhì)量的檢測工作以及提升食品生產(chǎn)過程的可靠性、食品的均一性工作都發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。

另外一方面，化學(xué)計量學(xué)是將數(shù)學(xué)和計算機科學(xué)應(yīng)用于化學(xué)的一門新的交叉學(xué)科，是化學(xué)領(lǐng)域的一個重要分支。常用的化學(xué)計量學(xué)方法有多元線性回歸、主成分分析、偏最小二乘法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法以及支持向量機算法等。當(dāng)前常用的建模統(tǒng)計學(xué)軟件主要包括：DPS、SAS、SPSS等，這些統(tǒng)計學(xué)軟件有利于更好的輔助食品檢測工作，并提供大量的有用信息。

2.紅外光譜在定性鑒別工作中的研究進展

分子之間不同的特征集團的振動能級所產(chǎn)生的能量差也都存在差異，因此，其會吸收不同波段的電磁輻射信號，在光譜上不同位置上表現(xiàn)出其吸收峰，相同的特征集團的能級產(chǎn)生的能量差基本上都是一致的，吸收峰的位置也比較固定，這就是紅外光譜定性分析的理論支撐。由于同類樣品的吸收光譜比較相似，因此在進行分析工作時，要運用化學(xué)計量學(xué)方法，將紅外光譜壓縮變量編制成一個多維的空間變量，同類的物質(zhì)將會在多維空間中所處的距離相對較近。對于未知樣品的分析工作，首先要考慮其內(nèi)光譜或者壓縮變量是否能夠處于某種類型的物質(zhì)所處空間中。對其主要的分析過程如下：首先，要對已知樣品的光譜進行采集；之后，運用化學(xué)計量學(xué)方法來對采集到的光譜進行處理，從而生成定性的判別模型；最后，在根據(jù)生成的定性判別模型來對未知的樣品進行判斷，確定其所處的分類。紅外光譜在定性鑒別工作常用的領(lǐng)域包括：

(1)產(chǎn)地鑒別

對于食品原料不同的來源地，其原料可能會受到來源地的氣候、環(huán)境以及地質(zhì)條件等因素的影響，導(dǎo)致其組織中的成分以及物質(zhì)含量和營養(yǎng)占比都存在不同，那么對應(yīng)地，其光譜也會存在差異。在當(dāng)前，世界各國都已經(jīng)逐漸將紅外光譜技術(shù)應(yīng)用在對食品產(chǎn)地的溯源工作之中，歐盟方面是首先開始研究的地區(qū)，其起步時間相對較早，我國在該方面的研究工作相對來講起步比較晚，但是最近幾年以來發(fā)展的速度卻十分的迅猛。

在對羊肉的來源地進行分析時，張寧等業(yè)內(nèi)的相關(guān)學(xué)者，充分利用了近紅外光譜建立相關(guān)的模型識別方式，分別對四個不同來源地的羊肉建立起分類模型，基本上實現(xiàn)了對四個產(chǎn)地羊肉的有效識別工作，并且在對其他來源地的羊肉進行識別時，拒絕率能夠?qū)崿F(xiàn)100%，為解決羊肉安全問題又開拓了一個新的思路方向。

朱哲燕等多個學(xué)者也根據(jù)中紅外光譜分析技術(shù)結(jié)合化學(xué)計量學(xué)方法，對香菇的產(chǎn)地進行了有效識別，對3581～689cm-1光譜和全譜都分別建立出了多個不同的模型以進行相關(guān)的分析研究，從而發(fā)現(xiàn)不同模型的識別效果也存在著一定的差異，向量機能夠被有效應(yīng)用在中紅外光譜對香菇產(chǎn)地進行有效識別的基礎(chǔ)上。很多研究中發(fā)現(xiàn)，不是任何一種化學(xué)計量學(xué)方法建立的模型都能夠充分達(dá)到預(yù)期試驗的效果，因此需要多建造幾個模型進行比較，選取更加合適的、具有更高可靠性的化學(xué)計量學(xué)方法。

在對數(shù)據(jù)進行建模分析之前，要應(yīng)用化學(xué)計量學(xué)方法對數(shù)據(jù)進行預(yù)處理和分析工作，消除掉由非目標(biāo)因素對光譜數(shù)據(jù)產(chǎn)生的影響，從而能夠促使其實現(xiàn)更加理想的試驗效果。張文海等多名業(yè)內(nèi)學(xué)者，基于此利用FTIR對七種糯米的產(chǎn)地進行了篩別，借助多種方式對原始光譜進行預(yù)處理分析，之后再結(jié)合識別方法來對七種糯米進行分別的建模工作，充分有效地對糯米進行考察識別，也印證了FTIR結(jié)合SIMCA法進行糯米產(chǎn)地識別的合理性。

(2)品種鑒別

稻米是促使黃酒進行發(fā)酵的主要原料，稻米的品質(zhì)特性的不同也將會導(dǎo)致最終釀造出來的黃酒特性存在差異。從自制黃酒中提取其紅外光譜圖，選取波數(shù)975～1165cm-1和1250～1500cm-1作為特征向量，建立以大米品種不同進行分類的識別模型，該模型對預(yù)測集樣本的識別率和拒絕率都實現(xiàn)了100%。這就充分表明大米的品種和釀造出來黃酒最終的效果是有關(guān)聯(lián)所在的，并且建立的SIMCA模式也能夠很好的反映出這種影響關(guān)系。

管曉等人利用建模法原理分別建立起以光明乳粉、荷蘭乳粉、雀巢乳粉為主成分回歸分類模型，該模型對三種品牌的乳粉進行識別，其識別率分別達(dá)到了78%、75%、100%，拒絕率也分別實現(xiàn)了100%、87%、88%，獲得了較好的品牌分類的效果。

何勇等人用主成分分析法對蘋果的品種進行聚類分析，并且獲取到了蘋果的近紅外指紋圖譜，之后再利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對其進行品種鑒別，從而建立起一種能夠快速對蘋果種類進行鑒別的方法，這種方法和前一種鑒別方法相對比，能夠大大提升品種鑒別的識別率，證明其是一種十分有效的快速鑒別蘋果品種的方法。

(3)真?zhèn)舞b別

隨著食品品種的日益豐富，加工手段的多樣化和食品添加劑的廣泛使用，食品摻假、摻雜、偽造等現(xiàn)象越來越凸現(xiàn)、對檢測食品真實性、品質(zhì)和質(zhì)量安全等技術(shù)需求越來越迫切，食品打假已成為一個關(guān)乎國計民生的重大問題，當(dāng)前存在的真?zhèn)舞b別方法較多。在日常工作中遇到來自多方面的需求，此時，就要辨別需求的真?zhèn)?，從多方面進行觀察，當(dāng)前對于真?zhèn)舞b別的方法有很多，包括：物理鑒別、化學(xué)鑒別、生物鑒別等，本文通過利用紅外光譜鑒別模型對驢肉進行鑒別，主要通過不同的化學(xué)計量學(xué)方法以及不同的光譜預(yù)處理手段對肉品進行鑒別，紅外光譜鑒別模型已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。

驢肉的食用價值很高，蘊含著非常豐富的營養(yǎng)價值，由于其資源的缺乏從而促使價格持續(xù)升高，因此對于其買賣的欺騙和摻假現(xiàn)象亟待解決。牛曉穎等人分別選取了驢肉的不同部位作為樣品，并且選取了牛肉、豬肉以及羊肉樣品共同建立起了驢肉的近紅外光譜鑒別模型，通過利用不同的化學(xué)計量學(xué)方法以及不同的光譜預(yù)處理手段，對所選取的肉塊樣品以及其大中小三個不同的粉碎粒徑中的肉糜樣品建立起了分類的模型，最終的研究結(jié)果顯示，模型之中的驢肉樣品的鑒別率都高達(dá)100%，并且具備判斷精度高、算法簡單、運算速度快等優(yōu)勢，有利于檢測工作的實時化、儀器化。

食用油是人們?nèi)粘Ｉ钪械谋貍涫称?，其能夠直接作用于人體的健康。隨著社會發(fā)展程度的提升，提煉技術(shù)的發(fā)展和進步，逐漸有很多的不法商家打算利用泔水、動物油脂以及內(nèi)臟中提煉出來的油脂代替食用油，以次充好，從中牟取暴利。其最終的研究結(jié)果顯示出，該方法的拒絕率和識別率均達(dá)到了100%，并且和傳統(tǒng)的識別方法相對比，該方法的檢測速度更快，操作起來更加簡便，還能夠做到無損樣品，具有很高的可行性。

(4)品質(zhì)分析研究

不同品質(zhì)的原料以及所采用的不同加工方式加工出來的食品，其最終呈現(xiàn)的品質(zhì)也會存在差異。不僅如此，在食品儲存的過程中，也存在食品變質(zhì)的風(fēng)險。趙賢德等人通過利用傅立葉變換紅外光譜技術(shù)對紅葡萄酒的特征光譜進行了研究，研究出了對紅葡萄酒的品質(zhì)優(yōu)劣進行判斷方法。選取葡萄酒變質(zhì)前后的光譜特征，之后通過結(jié)合分類判別方法建立起相應(yīng)的分析模型，對出現(xiàn)變質(zhì)以及未變質(zhì)的葡萄酒進行識別分析，最終發(fā)現(xiàn)對葡萄酒的識別率最高能夠達(dá)到94%。這一研究為葡萄酒品質(zhì)的鑒別工作提供了新的方式方法。但是在實驗進行的過程中，采取的是出現(xiàn)明顯變質(zhì)的葡萄酒，但是無法判斷出出現(xiàn)輕微變質(zhì)的葡萄酒能夠通過紅外檢測的手段分析出來，相關(guān)的研究仍然有待進一步深入。

3.紅外光譜在定量檢測中的研究

隨著我國現(xiàn)如今科學(xué)技術(shù)手段發(fā)展程度的加深，紅外光譜技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)從中紅外光譜發(fā)展到近紅外光譜再到現(xiàn)如今的傅立葉紅外變換光譜的研究中，其相關(guān)的技術(shù)不斷得到改進升級，應(yīng)用的領(lǐng)域也在不斷擴展，其在食品檢測工作中對于低含量物質(zhì)的檢測工作也具有十分重要的意義。

吳迪等人也利用近紅外以及中紅外光譜檢測技術(shù)對不同品種奶粉中的蛋白質(zhì)含量進行了檢測研究。其所建立的模型對樣本蛋白質(zhì)含量的預(yù)測都取得了非常良好的效果。足以說明紅外光譜技術(shù)能夠很好的實現(xiàn)奶粉蛋白質(zhì)含量的無損檢測，并且其檢測的過程相比于傳統(tǒng)的化學(xué)檢測方法來講，具有更高的簡便性及可操作性。該研究也在一定程度上為今后奶粉蛋白質(zhì)含量的快速檢測工作提供了新的方法和思路。

4.結(jié)語

經(jīng)過上文我們可知：紅外光譜結(jié)合化學(xué)計量學(xué)是一種被廣泛應(yīng)用在食品檢測工作中的現(xiàn)代分析技術(shù)，該技術(shù)已經(jīng)逐步發(fā)展成熟，上手操作比較簡單，并且具備零污染的優(yōu)勢，具有良好的環(huán)保性能，檢測的速度更快，所需消耗的時間更短，檢測的結(jié)果更加準(zhǔn)確，還能夠做到無損樣品，整個檢測流程下來所消耗的費用更低。不過，盡管這一技術(shù)現(xiàn)如今在食品檢測工作中呈現(xiàn)出非常良好的效果，但是不可忽略的是，其依舊存在一定的缺點和不足之處有待改善。我國當(dāng)前對于紅外光譜結(jié)合化學(xué)計量學(xué)在食品檢測種的研究工作大部分都不夠深入，依舊只停留在對可行性進行探索的階段，缺乏研究整體的系統(tǒng)性，對于研究的深入程度還不夠，并且檢測抽樣的數(shù)量也相對比較少，還沒有在全球的范圍內(nèi)建立起任何一個有關(guān)于食品產(chǎn)地溯源、品質(zhì)堅定及真?zhèn)舞b別等的相關(guān)數(shù)據(jù)庫，其研究工作還需要進一步深入，需要大量的研究工作的支撐，才能夠促使紅外光譜結(jié)合化學(xué)計量學(xué)檢測技術(shù)更好的應(yīng)用于食品檢測工作中，為食品檢測行業(yè)所服務(wù)。