近紅外光譜分析助陣大批量食物無損檢測

2016-08-04 09:08:53 來源：網(wǎng)絡(luò)

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近紅外光譜分是指利用近紅外光譜譜區(qū)包含的物質(zhì)信息用于有機物質(zhì)定性和定量分析的一種分析技術(shù)。隨著近紅外光譜檢測技術(shù)的應(yīng)用開發(fā)及推廣，國內(nèi)外采用近紅外光譜無損檢測技術(shù)測定多種農(nóng)產(chǎn)品和食品的水分、粗蛋白質(zhì)、脂肪等成分，并廣泛應(yīng)用于農(nóng)作物育種行業(yè)、農(nóng)作物儲藏及加工行業(yè)。
　　水稻是我國最主要的糧食作物之一，我國水稻的播種面積約占糧食作物總面積的1/4 ，產(chǎn)量約占全國糧食總產(chǎn)量的1/2，在商品糧中占一半以上。水稻在收購、加工過程中，需要一種較快速、簡便的方法對稻谷質(zhì)量進行評定。在稻谷的質(zhì)量評定中，水分、粗蛋白質(zhì)含量、直鏈淀粉含量及膠稠度都是重要的評價指標，這些指標對于稻谷的收購及加工均有重大的指導(dǎo)意義。目前這些評價指標多采用國家標準方法測定其相關(guān)指標及其含量，在測定過程中不僅需耗費大量的人力和時間，而且要使用大量的化學(xué)試劑，化學(xué)試劑的使用會給環(huán)境或身體帶來不同程度的損害。因此，建立用于稻谷質(zhì)量評定中的快速無損檢測的方法在糧油收購及加工的工作中具有重要意義。
　　近紅外光譜區(qū)域是人們發(fā)現(xiàn)的第一個非可見光譜區(qū)域，近紅外（Near-infrared，NIR)光是指波長介于可見區(qū)與中紅外區(qū)之間的電磁波，是英國天文學(xué)家Herschel于1800年發(fā)現(xiàn)的波長為780~2500mn的電磁波，波數(shù)范圍約為12820~4000cm-1。
　　近紅外光譜區(qū)域圖
　　近紅外光譜分析是指利用近紅外光譜譜區(qū)包含的物質(zhì)信息用于有機物質(zhì)定性和定量分析的一種分析技術(shù)。近紅外譜區(qū)主要是有機物質(zhì)含氧基團（如C-H、N-H、0-H等）伸縮振動的各級倍頻和這些基團伸縮振動與彎曲振動的合頻吸收，幾乎包含了有機物中所有含氧基團的信息。同時，由于近紅外光在樣品內(nèi)部經(jīng)多次反射、折射、衍射和吸收，在此一系列過程中近紅外光譜負載了樣品豐富的結(jié)構(gòu)和組成信息，每種物質(zhì)都有特征吸收:
　　反射率(R)=反射光強/入射光強
　　光密度(OD)=lg(l/R)
　　因此，樣品在近紅外光譜區(qū)便會產(chǎn)生相應(yīng)的光密度值，光密度與波長的關(guān)系曲線圖反映了被測樣品的吸收特性，而光密度值的大小又與樣品中某成分含量有關(guān)，被測樣品的光譜特征是多種組分的吸收光譜的綜合表現(xiàn)。對其中一個組分便可建立一個回歸方程:
　　C=Bo Bi*Ai B2*A2 B3*A3 Bn*An
　　Bo-Bn為回歸系數(shù)（也是在第n個波長點的吸收常數(shù)）；
　　Ai-An為在第n個波長點的吸收強度；
　　C為由近紅外光譜分析的某個化學(xué)成分的含量；
　　利用一套定標樣品，用常規(guī)法測得化學(xué)分析值，以及其在近紅外光譜區(qū)的吸收密度值，通過多元回歸計算，求出上述公式的回歸系數(shù)，即可建立定標方程，再對未知樣品進行檢測。
　　隨著近紅外光譜檢測技術(shù)的應(yīng)用開發(fā)及推廣，國內(nèi)外采用近紅外光譜無損檢測技術(shù)測定多種農(nóng)產(chǎn)品和食品的水分、粗蛋白質(zhì)、脂肪等成分，并廣泛應(yīng)用于農(nóng)作物育種行業(yè)、農(nóng)作物儲藏及加工行業(yè)。在稻谷檢測方面，國產(chǎn)儀器最具代表性的是暨南大學(xué)聯(lián)合廣州訊動網(wǎng)絡(luò)科技有限公司自主研發(fā)的Di-Spec系列MEMS微鏡光柵近紅外光譜儀，以南方地區(qū)近千份稻谷樣品為樣本，初步建立了稻谷水分、粗蛋白質(zhì)、直鏈淀粉、堿消值和膠稠度的近紅外定標模型，以其小型化、價格便宜、便攜的產(chǎn)品優(yōu)勢為近紅外光譜法無損測定稻谷主要成分和品質(zhì)特性的規(guī)?；瘧?yīng)用奠定基礎(chǔ)。