红外光谱技术在食品安全检测中的应用

红外光谱技术 在食品安全检测中的应用化学与环境学院 081班陈凤 2080311114 本文引用：《红外光谱技术在食品安全检测中的应用》姚炜, 夏彩云

红外光谱技术 在食品安全检测中的应用目录：背景红外光谱分析技术简介红外光谱在食品安全检测中应用展望

背景 　近年来 ,食品安全质量问题已经受到越来越多的人关注。据统计 ,全球每年腹泻病例 15亿 ,造成 300多万儿童的死亡。其中 70%是由于各种致病性微生物污染的食品和饮水所致。美国每年发生约 7600万例食源性疾病。近年来由于一系列食品原料污染 ,以及一些人为不法分子为了谋求个人利益蓄意掺假等使得食品安全问题为全世界所共同关注。尤其是频频爆发的猪链球菌、毒大米、含三聚氰胺牛奶等国际性食品安全事件 ,再次向人们敲响了警钟。

背景 要避免这些问题 ,首先要做的就是对食品的安全检测 ,这是减少食源性疾病的基础。因此 ,检验是保证食品安全的最基本手段。尤其是中国加入了 WTO后 ,要求能够在短时间内实现与国际食品的快速接轨 ,但由于检测方法、标准、法规都与先进国家有一定的差距 ,目前寻求一种理想、准确、方便、经济、安全的检测方法势在必行。红外光谱技术应用于食品安全检测虽然较短 ,但由于其分析速度快 ,分析成本低 ,操作方便 ,具有环保、高效的特点 ,使其在这一领域将有很大的前景。

红外光谱分析技术简介 红外光谱技术是利用红外光和分子作用所产生的分子振动的原理 ,来记录分子吸收红外光之后所呈现的振动模式 ,记录吸收光的相对强度对红外光波所得的谱图 ,即称为红外光谱。运用红外光谱法对有机物进行检测 ,当红外光谱仪中发出的红外光线 ,照射到待检测物体表面后 , 有机物能产生吸收特性 ,对发射的红外光进行吸收 ,然后产生出一个红外光谱图。

而技术人员就根据光谱图上不同的吸收峰 ,找 到电脑内存中相对应的化学基团数据库 ,从而进行对比判断。由于每个有机化合物都有其特定的红外吸收光谱 ,因此红外光谱是定性分析的有利工具。随着科学技术的发展 ,红外光谱技术的应用从中红外、到近红外、再到现在较为热门的傅立叶红外变换光谱 ( FTI R) ,技术得到不断的改进 ,应用领域得到不断的扩充。近年来 ,其在食品行业的应用研究也已展开 ,它已成为现代结构化学、分析化学最常用和最不可缺少的工具之一 , 在目前关于食品中低含量物质的检测中具有极其重要的价值。

红外光谱在食品安全检测中应用 1、食品中农药残留检测 2、食品掺假的鉴定 3、食品内部质量的评定

1、食品中农药残留检测 食品中农药残留分析离不开农药标准品 ,而标准品研制中一般须经红外光谱进行结构表征。周向阳、林纯忠等人首次采用傅立叶变换近红外光谱法 ( FT - N I R)对十字花科、旋药科、菊科、伞形花科、苋科等 20余种叶菜类中有机磷农药残留的鉴别进行了系统研究 ,以农药甲胺磷为主要研究对象 ,结合高、中、低毒 3种有机磷类进行分析测试 ,讨论各种蔬菜样品谱图的差异 ,利用含磷基团在倍频区的特征吸收 ,采用差谱技术等进行指认 ,取得满意的鉴别效果 ,为有机磷农药残留的快速分析提供一种简便、快速、可靠的手段。

李文秀等对常用高残留农药敌敌畏、敌百虫 在蔬菜汁溶液中的中红外衰减全反射光谱数据进行研究。实验结果表明 ,农药在蔬菜汁溶液中与在标准试剂溶液中反映出基本相同的吸收特性 ,应用红外光谱技术可以直接对蔬菜上的农药残留进行检测 ,通过农药在水中的吸收建立模来模拟其在蔬菜体内的吸收 ,为实现对蔬菜上的农药残留进行快速检测提供一条可能的途径。

王多加等人运用傅里叶变换近红外光谱仪 ,以二阶导数处理光学数据 ,用偏最小二乘法进行统计分析生菜中硝酸盐的含量。徐琳等用 FTI R技术对蔬菜表面残留的氯氰菊酯进行分析 ,并研究氯氰菊酯在白菜类蔬菜表面的残留情况。结果表明 ,该法测定蔬菜表面农药残留的灵敏度高于透射光谱法 ,而且快速、简便、无需预处理。

2、食品掺假的鉴定 由于食品种类繁多、食品成分十分复杂 ,而且可能掺杂到食品中的物质也很多 ,外观、组成或理化性质又比较接近的缘故 ,通常很难用一般的化学方法鉴别真伪。快速鉴别食品的真伪、掺杂是当前我国食品市场监管的重要难题之一。

目前市场上销售的橄榄油等级参差不齐 ,很多经销商为了获取更大的商业利益 ,经常采取向高品质橄榄油中掺杂较便宜的同类低档或不同种类但价低的葵花油、玉米油、菜籽油等的方式 ,严重影响消费者的利益。 Yoke W1Lai等根据油脂多次甲基链中 C - H和 C - O在中红外光谱区振动方式和振动频率不同 ,因而反映油型信息不同的特性 ,利用 FTI R技术 ,采用主成分分析和判别式分析检测橄榄油、葵花油、玉米油、菜籽油等几种不同油在 3100～2800cm- 1和 1800～1000cm - 1内的数据 ,利用光谱信息对油型进行聚类分析 ,发现橄榄油型紧密聚集在一起 ,与其他油型区别明显。当把样品的基础数据与光谱信息相关联建立校正模型后 ,便可以对未知掺假橄榄油进行快速定量检测。

Shu so等在实验基础上构建了在线近红外光谱牛奶品质检测系统。这一系统由近红外光谱装置、牛奶流量计、牛奶样品池和附加的奶桶组成。该系统在 600～1050 nm波长范围内在挤奶过程中获得非均脂牛奶的近红外光谱 ,建立了牛奶的 3个主要成分脂肪、蛋白质和乳糖 ,体细胞个数 SCC和牛奶尿素氮 MUN的标定模型 ,结果表明这一在线检测系统可以对单个牛奶在挤奶过程中进行牛奶品质评价。

李彦文等利用傅里叶变换近红外光谱仪 ,分别测定酸枣仁与其伪品滇枣仁的红外指纹图谱。结果 K Br直接压片法测定所得的图谱 ,在 1800～960cm-1间 ,酸枣仁与其伪品的红外吸收峰的峰数、峰位、峰形和峰强等 ,存在明显差异 ,可作为酸枣仁与滇枣仁的重要区别。因此可为酸枣仁与伪品滇枣仁的真伪鉴别提供红外光谱的鉴别指标。

在肉制品加工过程中 ,肉类掺假主要手段为:加入同种或不同种动物低成本部分、内脏、水或较便宜的动植物蛋白等。 Osama等用中红外光谱检测掺有牛肾脏或肝脏的碎牛肉 ,根据脂肪和瘦肉组织中蛋白质、脂肪、水分含量的不同对肉类产品加以辨别。由于肝脏中所含的少量肝糖元 ,使其中红外光谱图在 1200～1000cm-1处有特征吸收 ,与其他类型样品有明显可见差异 ,因此很容易区分 ,从而为肉制品的掺假检测提供了参考依据。2000年 ,有关人士还利用近红外技术研究了牛肉汉堡掺假的问题 ,采集了 400～2500 nm波长范围内的生、熟和切碎的牛肉的光谱 ,对其分类 ,并通过用修改的偏最小二乘法建立回归模型来判断汉堡包中的掺假程度。

3、食品内部质量的评定 传统的水果和蔬菜的质量都是根据一些外部参数 ,如颜色、形状、大小、伤痕来评定的。近年来一些内部参数 ,如甜度、脆度以及内部有无病虫害等 ,在质量评定中变得越来越重要 ,而通过红外技术可以实现这些参数的准确、快速的测量。例如水心病是苹果常见的一种生理失调症状 ,该病大都发生在果核周围 ,呈辐射状。2003年 ,韩东海等选用近红外光进行了检测 ,得到的连续光谱清晰直观的反映了苹果的病变程度。

何东健等人利用近红外分光法检测水果内部品质的基本原理和检测流程 ,结果表明 ,近红外分光法不但能检测水果糖度、酸度,且能检测内部缺陷,完全满足在线检测水果内部品质的要求。这些信息一方面可以让果农在储藏前将严重的水心病苹果捡出以尽快销售 ,另一方面可以作为一种苹果采收时间的指标 ,预测采摘时间。 Ridg way C利用近红外技术测定粮库中发生虫害期间水份的变化、虫类代谢物、蛋白质含量 ,来判断虫害发生的程度。

展望 　食品安全与每个人的健康与生命息息相关 ,安全检测成为必然。由数字化仪器设备和化学计量学学科结合而成的现代红外光谱技术在我国虽然起步较晚 ,但随着红外光谱仪硬件设备成本的不断降低和数学统计方法的进一步完善 ,红外光谱检测技术已经成为一种方便、快捷、高效的检测技术。该技术在我国科研、农业、食品和工业等各领域的应用必将越来越广泛 ,尤其在食品检测方面将会具有独到的优势和广阔的发展前景。

红外光谱技术 在食品安全检测中的应用