食品检测的意义

食品指的是用于人食用或饮用的经加工或未加工的物质，但不包括作为药品使用的物质。食品指的是用于人食用或饮用的经加工或未加工的物质，但不包括作为药品使用的物质。近年来由于一系列食品原料污染,以及一些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。尤其是频频爆发的多起食品安全事件,再次向人们敲响了警钟。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。根据光谱图上不同的吸收峰，找到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。

根据光谱图上不同的吸收峰，找到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（FTIR），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。

二、红外光谱技术的特点

1.无需对样品进行处理

2.红外仪器的测定时间短，几分钟甚至几秒钟就可以完成测试

3.无破坏性。无破坏性是红外技术的一大优点根据这一优点，红外技术可以用于果蔬原料及成品的无损检测。

4.在线检测

5.多组分同时检测

三、红外光谱定量分析的流程与步骤

四、食品检测中红外光谱技术的运用

（一）定量检测       由于红外光谱技术具有高效、环保等特点，使其在食品检测中得到了广泛应用。但单纯凭借红外光谱无法对样品进行百分百的检测，需要借助化学计量法对样品进行特征提取，建立科学的模型，最终实现良好的分析。       对食品中蕴含的反式脂肪酸含量进行测定，可先对其进行盐酸酸解处理，经过萃取后，利用红外光谱仪测量出反式脂肪酸的谱峰，谱峰面积与反式脂肪酸含量属于线性关系，能够提升测定效率，回收率能够到达90%以上，相对误差低于2.3%。

（二）检测食品中有毒有害成分       食品安全中，添加剂的问题一直受到人们的关注，特别是能够对人体健康造成影响的有害添加剂，要对其进行严格控制。对奶粉中的防腐剂苯甲酸钠进行含量测定，可采取红外示差光谱定量分析。将溴化钾-苯甲酸钠红外谱图中分离出溴化钾-奶粉红外谱图，能够得到分析峰，波数通常在1555cm-1左右。在此基础上，将浓度作为横坐标，将吸光度数值作为纵坐标，通过曲线可知，当浓度保持在0至2.5mg/g区间，吸光度和浓度成线性关系，可使用标准曲线法进行分析。测得的回收率为103.6%，RSD值远小于1.2。这样的检测方式更加便捷，并得到了许多专业人士的青睐。

食品物料的光学特性主要包括光反射率、光透过率光吸收率、光密度、光发射现象等

傅里叶红外光谱仪使用方法

1.仪器组成 光谱仪由主机和控制电脑组成 光谱仪主机主要由红外光源、光阑、迈克尔逊干涉仪（分束器、动镜、定镜）、样品室、检测器以及各种红外反射镜、激光器、控制电路板和电源组成。

傅里叶红外光谱仪的工作原理       光源发出的光被分束器分为两束。一束经透射到达动镜。另一束经反射到达定镜。两束光分别经定镜和动镜反射再回到分束器。动镜以一恒定速度作直线运动因而经分束器分束后的两束光形成光程差，产生干涉。干涉光在分束器后会通过样品池，通过样品后含有样品信息的干涉光到达检测器。然后通过傅里叶变换对信号进行处理。最终得透过率或吸光度随波数或波长的红外吸收光谱图。

2.仪器操作  1.开机 2.打开仪器右下角的电源，等待预热20-30min 3.打开IRsolution 4.点击初始化—测定—等待仪器自检

第二部分：样品的测试

样品片制备

样品应该是单一组分的纯物质，纯度应>98%便于与纯化合物的标准进行对照。 样品中不应含有游离水，水本身有红外吸收会严重干扰样品谱，而且还会侵蚀吸收池。 样品的浓度和测试片厚度应选择适当，以使光谱图中的大多数吸收峰的透射比处于10%~80%范围内。

制样方法

液体样品：可采用液膜法、液体吸收池法、样品滴入压好的KBr薄片上等方法。 气

态样品：气态样品一般都灌注于气体池内进行测试。 固体样品可采用压片法

压片法：采用KBr为背景，因为其在红外光区无吸收，不会对样品产生干扰。将1~2mg固体试样与200mg纯KBr研细混合，研磨到粒度小于2um，在压片机上压成透明薄片，用于测定。

待测前测试样品、kBr放入红外干燥箱中 120摄氏度烘干后放入干燥器中待用

工具用酒精灯擦干

组装压片模具 顺装和倒装

顺装：  从下往上将模套放入模座上，取合金压头（光滑面朝上），放入模座。      取适量样品粉末均匀铺撒    

取另一枚合金压头光滑面接触样品     将压座旋转套入模座，使粉末分散均匀     用洗耳球将边缘粉末吹干净

倒装：将压柱套入模具，中间用大号镊子垫起     取一枚合金压头光滑面朝上放入模具     适量样品粉末均匀铺撒在压头上，将另一枚压头放入模具转动压头使粉末分散均匀     用洗耳球将边缘粉末吹干净，盖上模座     将模套转入轻轻上提     取出镊子，手拖住翻转组装完毕，将模具放入压片机、顺时针拧紧摇柱和排气阀阀门，上下摆动把手加压至8-10mpa即可保持1min，逆时针放气， 移除压头，将底座取下     轻扣模套边缘，将样品片取出转移至样品架上，用加固片固定，光源下价检查通透性。

样品测试

1.先测试背景片

打开样品室主机盖，垂直放入固定片，样品中部穿过红外线

数据保存-数据处理

光谱图解析

1.基本原理

（1）红外吸收光谱的产生当用波长连续变化的红外线照射分子时，与分子固有频率相同的特定波长的红外线被吸收，即产生共振，光的辐射能通过分子偶极矩的变化传递给分子，此时分子中某种基团就吸收了相应频率的红外辐射，从基态振动能级跃迁到较高的振动能级，产生了红外光谱。  

(2)红外光谱图提供的分析信息    a）峰的位置    b）峰的强度    c）峰的形状

2.解析方法

(1）定性分析 a）将整个谱图与标准谱图做对照 b）按高聚物元素的分组分析 c）按强谱带的分组分析 d）按流程图对高聚物材料的定性鉴别   

（2）定量分析 a）吸收峰的选择 b）定量方法

3.吸收峰位置

4.红外光谱特征量

红外光谱可以提供三种信息，即三个特征量

（1）是谱带位置，即波长或波数。在：红外光谱图上，化学键（基团）的特征吸收频率即谱带位置是红外光谱的重要数据，是定性各种化学键（基团）和结构分析的依据。谱带位置不同，反映了物质中含有不同的化学键（基团）。

（2）是谱带强度，即透射百分率或吸收百分牢。谱带强度与分子振动的对称性有关。对称性越强振动中分子偶极矩变化越小，谱带强度也就越弱。

（3）是谱带形状。谱带形状也反映了分子结构特性，可以帮助辨别各种官能团。

5.红外光谱分子解析步骤

（1）首先依据谱图推出化合物的碳架类型

（2）分析3300~2800cm-1区域C-H伸缩振动吸收以3000cm-1为界高于3000cm-1为不饱和碳的CH伸缩振动吸收可能为烯，炔，芳香化合物；低于3000cm-1一般为饱和碳的C-H伸缩振动吸收

（3）若在稍高于3000cm-1有吸收则应字225~1450cm-1频区分析不饱和碳碳键的伸缩振动吸收特征峰：炔22002100cm-1烯1680^1640cm-1芳环1600，1580，1500，1450cm-1若确定为烯或芳香化合物则应解析指纹区100-650cm-1频区以确定取代基个数和位置

（4）碳骨架类型确定后，在依据其他官能团入C=0，0-H，C-N等特征吸收来判定化合物的官能团

（5）解析时应注意把描述个官能团的相关峰联系起来，以准确判定官能团的存在如：2820，2720和1750~1700cm-1的三个峰说明醛基的存在

例：红外光谱法分析食品反式脂肪酸

1.标准曲线的制备       将三反油酸甘油酯和三油酸甘油酯的混合标准液置于60℃水浴保温熔融后，取适量混合标准品直接转移到HATR附件的槽式ZnSe晶体上，并使其覆盖整块晶体，即刻采集其吸收光谱图。以混合标准品中三反油酸甘油酯的含量(％)为X轴，光谱图中966 cm-1处反式脂肪酸特征峰的峰面积为Y轴建立一元线性回归方程。

2.样品测定       油脂样品可直接测定，一般食品可按照GB／T5009．6食品中脂肪的测定方法进行脂肪提取或直接浸提。乳及乳制品则按照GB／T5009．6提取脂肪。将提取的脂肪或油脂样品置于60℃水浴保温熔融(如用可控温HATR，此步可省略)，取适量直接转移到HATR附件的槽式ZnSe晶体上，并使样品覆盖整块晶体，立即采集吸收光谱图。所得光谱图中966 cm-1处反式脂肪酸特征峰的峰面积用标准曲线校准，即得到反式脂肪酸的含量

红外光谱应用

1.食品中农药残留检测

对长枣表面农药种类进行准确鉴别的方法

不同农药及蒸馏水喷洒样本在900 nm~1 700 nm范围内走势基本一致, 且在局部波段范围内会出现严重的重叠, 相互识别度较低, 但在990 nm~1 160 nm和1 200 nm~1 400 nm两个局部特征波段曲线差异较为明显, 因此特征波长应在上述两个波段范围内选取;在1 440 nm~1 450 nm波段范围四条曲线均有明显吸收,此波段主要为H2O及—OH基团吸收, 但四者相互差异不明显, 不具备特征波长提取条件;而在1 640 nm波长处出现幅值较小峰经分析确定为光谱失真产生干扰噪声。图中还可以清楚地看出, 除了1 080 nm~1 190 nm以外的波段范围, 三种农药样本的平均光谱反射值均明显地大于蒸馏水的平均光谱反射值。

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FTR技术对蔬菜表面残留的氯氰菊酯进行分析，并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。

脱脂奶粉与全脂奶粉的快速筛选

相较于全脂奶粉来说，脱脂奶粉的价格会稍高，但单从表观上来看，两者几乎完全一样，无从分辨。，脱脂奶粉是将鲜牛奶脱去脂肪再干燥而成。因此脂肪的红外特征峰（1700cm-1左右的羰基吸收峰）可能会出现明显减弱或消失，可据此来快速筛查全脂奶粉和脱脂奶粉。两者红外谱图如图1中所示，脱脂奶粉的1750cm-1左右的脂肪特征峰消失，并且2900cm-1左右的C-H减弱，而全脂奶粉的红外谱图中则有着明显的脂肪特征吸收峰，因此，可利用红外光谱快速筛查脱脂奶粉及全脂奶粉。

面粉与生粉的鉴定

生粉和面粉都是日常生活中的常用食品，从外表来看，两者极为相似。而一般说来生粉的成分主要是淀粉,面粉的主要成分除了淀粉外还有面筋质。面筋质是一种植物蛋白质，由麦胶蛋白质和麦谷蛋白质组成，故而可根据蛋白质的红外特征峰来快速鉴定面粉和生粉。两者红外谱图如图2所示，面粉会在1540cm-1左右比生粉多出蛋白质酰胺的特征峰，因此，可利用红外光谱快速鉴定面粉和生粉。

钟艳萍等在12000~4000cm-1范围内采集荆条蜜、槐花蜜、油菜蜜和掺假蜜的近红外光谱，结合一阶导、多元散射校正及变量标准化）三种方法对光谱进行预处理，以主成分分析结合马氏距离判别法，在不同谱区建立蜂蜜品种及真伪定性鉴别模型。研究发现6100~5700cm-1谱区为最佳建模波段，品种判别正确率达90%以上，真伪鉴别正确率93.10%。

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1200~1000cm1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400~2500nm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.食品内部质量测定

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。

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。

4.红外光谱在肉类检测中的应用

禽畜类        Osama等对牛肉品质的测定中，用中红外光谱建立了一套测定检测模型，为肉制品的掺假检测提供了依据牛内脏中，尤其肝脏中含有肝糖元，在1200-1000cm-1处的红谱图有特征吸收，而瘦肉组织和脂肪中脂肪、蛋白质、水分含量也不同，据此，可将正宗牛肉产品与其他有内脏掺杂的样品很明确的分辨。        水产品        谢雯雯等运用PS化学计量学方法，建立了一套对鱼肉新鲜度可进行判断的近红外预测模型，相比于传统的新鲜度检测方法该实验只需采集样品鱼肉的近红外光谱数据，再代入建立好的近红外预测模型，便可获得样品鱼肉的新鲜度信息，省去了样品前处理过程和测定过程，节省了大量的时间和原料。其局限性是进行定量分析时，不能直接采集带鱗整鱼的光谱数据。

火腿肠        表1是利用近红外检测火腿肠中的蛋白质、脂肪和水分与常规方法的对比，可见利用近红外检测火腿肠是可行的需要注意的是，每类测定样本（例如火腿肠类产品或者低温灌肠类，都要建立各自的定标方程。因为肉品在加工过程中添加的脱脂奶粉、蔗糖、抗坏血酸、亚硝酸盐、乳化剂等添加剂对近红外吸收都有影响，会影响样品中蛋白质、脂肪和水分含量的测定结果。

总结

综上所述，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。在与食品有关的各种样品的检测中得到了广泛使用。尤其在与定性有关的结构测定中具有其他技术无法取代的优势展望未来，相信该技术应用的领域必将越来越广泛