紅外光譜技術(shù)是一種對(duì)有機(jī)物進(jìn)行檢測(cè)的科學(xué)方式，相對(duì)于其他光譜技術(shù)來(lái)說(shuō)紅外光譜技術(shù)憑借著檢測(cè)速度快、無(wú)污染、分析效率高、可以同時(shí)檢測(cè)多種成分、流程便捷等優(yōu)勢(shì)在食品檢測(cè)中得到了普遍的應(yīng)用。為此下面文章首先介紹了紅外光譜技術(shù)的相關(guān)概念，并且探究了該技術(shù)在牛奶成分檢測(cè)中的應(yīng)用。

　　關(guān)鍵詞：紅外光譜技術(shù),牛奶成分,食品檢測(cè)

　　牛奶是一種十分營(yíng)養(yǎng)的食品，已經(jīng)成為了人們生活中不可或缺的重要部分。人們?cè)陲嬘门Ｄ痰倪^(guò)程中也越來(lái)越關(guān)注牛奶的質(zhì)量與品質(zhì)，以期能夠通過(guò)飲用健康的牛奶來(lái)強(qiáng)身健體。因此，準(zhǔn)確、高效、快速地檢測(cè)牛奶成分成為了控制牛奶質(zhì)量的重要基礎(chǔ)。紅外光譜技術(shù)是一項(xiàng)多功能的食品檢測(cè)技術(shù)，能夠快速同時(shí)檢測(cè)牛奶中的成分，對(duì)于把控牛奶品質(zhì)有著重要的作用。

　　1紅外光譜技術(shù)

　　紅外光譜技術(shù)是針對(duì)有機(jī)物進(jìn)行定量、定性與結(jié)構(gòu)分析的一種科學(xué)方式，相對(duì)其他光譜技術(shù)來(lái)說(shuō)，紅外光譜技術(shù)的特點(diǎn)在于大部分有機(jī)物在紅外波段均有吸收。在20世紀(jì)中期，紅外光譜研究學(xué)者Sutherland和Thompson就提出不同化合物的紅外光譜是該化合物最具特色的性質(zhì)。紅外光譜技術(shù)定量分析是通過(guò)測(cè)量特征吸收譜帶的強(qiáng)度來(lái)獲取組分含量。

　　當(dāng)樣品受到頻率持續(xù)變化的紅外光照射的時(shí)候，分子吸收部分頻率的輻射，所形成的分子振動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)發(fā)生從基態(tài)到激發(fā)態(tài)的變化，使得相應(yīng)區(qū)域的透射光強(qiáng)度逐漸減弱，將紅外光百分透射比以及波長(zhǎng)關(guān)系曲線進(jìn)行詳細(xì)的記錄就可以獲得紅外光譜。通常來(lái)說(shuō)，可以將紅外區(qū)分為三個(gè)區(qū)域，其中波長(zhǎng)780nm到2500nm的區(qū)域?yàn)榻�紅外區(qū);波長(zhǎng)2500nm至25000nm區(qū)域?yàn)橹屑t外區(qū)。

　　絕大部分有機(jī)化合物與無(wú)機(jī)化合物的化學(xué)鍵振動(dòng)基頻率都在這處于這一區(qū)域當(dāng)中。中紅外光譜區(qū)域與分子基頻頻率相同，而近紅外光譜區(qū)域與分子的倍頻、合頻振動(dòng)頻率相同。紅外光譜定量分析是基于朗伯-比爾定量的，但是其實(shí)際操作過(guò)程中由于所獲取的光譜數(shù)據(jù)不僅涵蓋了被測(cè)樣品的構(gòu)成與結(jié)構(gòu)信息，同時(shí)還包括了不同組分之間的干擾。

　　現(xiàn)文章主要采用近紅外光譜技術(shù)來(lái)對(duì)牛奶成分進(jìn)行檢測(cè)。相對(duì)于傳統(tǒng)光譜檢測(cè)分析技術(shù)來(lái)說(shuō)，近紅外光譜檢測(cè)技術(shù)擁有以下優(yōu)勢(shì)：檢測(cè)速度快，近紅外光譜技術(shù)可以在1min左右就完成對(duì)對(duì)象的監(jiān)測(cè);分析效率高，經(jīng)過(guò)一次光譜測(cè)量以及已經(jīng)建立的校正模型，可以開(kāi)展多次、多組分的連續(xù)檢測(cè);適用樣品范圍廣，通過(guò)測(cè)樣附件可以同時(shí)測(cè)量液體、固體、膠體等不用形態(tài)的物品。

　　近紅外檢測(cè)的樣品不需要經(jīng)過(guò)特殊處理，不需要特定的高溫、高壓或大電流環(huán)境，通常都可以實(shí)現(xiàn)無(wú)損檢測(cè);檢測(cè)分析成本較低，能夠節(jié)約一定費(fèi)用;近紅外光在光纖中的傳導(dǎo)能力理想，能夠?qū)崿F(xiàn)在線分析;無(wú)環(huán)境污染，近紅外光譜分析只是獲取樣品的光譜信號(hào)，有的時(shí)候甚至可以在原容器中開(kāi)展，不需要其他試劑參與檢測(cè)，因此也不存在環(huán)境污染;近紅外光譜技術(shù)檢測(cè)流程便捷簡(jiǎn)易，過(guò)程安全，對(duì)操作人員的專業(yè)要求不高。

　　2紅外光譜技術(shù)在牛奶成分檢測(cè)中的運(yùn)用

　　2.1牛奶成分的散射特性

　　牛奶是一種濃縮分散體，其中脂肪球與酪蛋白膠束的顆粒體積較大，所以對(duì)入射光可以形成較強(qiáng)的散射效果。但是相對(duì)來(lái)說(shuō)，酪蛋白膠束相對(duì)于脂肪球的體積更小，所以散射光也相對(duì)更小。牛奶中的乳清蛋白與體細(xì)胞的分子結(jié)構(gòu)較小，濃度低，所以產(chǎn)生的光散射可以忽略。由于沒(méi)有經(jīng)過(guò)特殊處理的牛奶性質(zhì)穩(wěn)定性較差，伴隨著時(shí)間與環(huán)境的變化，牛奶樣品的物理性質(zhì)也會(huì)出現(xiàn)一定變動(dòng)，這些性質(zhì)的變動(dòng)也會(huì)體現(xiàn)在紅外光譜當(dāng)中。而近紅外光譜技術(shù)所要檢測(cè)的是牛奶成分的化學(xué)信息，因此一定程度上增加了近紅外光譜檢測(cè)分析的難度。

　　2.2儀器設(shè)備

　　利用近紅外光譜技術(shù)檢測(cè)牛奶成分使用實(shí)驗(yàn)室自制的AOTF分光儀，儀器設(shè)備的工作波段處于1.1~1.7μm。根據(jù)相關(guān)研究資料顯示，牛奶處于近紅外波段的信息較為豐富，不同吸收位置存在著較大的差異。從牛奶的脂肪與蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)可以得知1.1~1.7μm存在著牛奶吸收信息。因此該自制設(shè)備可以被用于檢測(cè)牛奶成分。

　　2.3樣本采集

　　選擇某乳液公司提供的牛奶樣品，將其中部分樣品進(jìn)行稀釋，以擴(kuò)大建模樣品成分含量的范圍，并且擴(kuò)大模型的適用范圍。

　　2.4建模型與預(yù)測(cè)

　　在進(jìn)紅外光譜技術(shù)檢測(cè)中有可能會(huì)混入不屬于相同整體的數(shù)據(jù)。這一情況下的數(shù)據(jù)被成為奇異點(diǎn)或逸出值。如出現(xiàn)逸出值可能由于操作不慎導(dǎo)致，例如在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中樣品中出現(xiàn)了異物或樣品的配置出現(xiàn)問(wèn)題;也有可能是實(shí)驗(yàn)環(huán)境出現(xiàn)了變化。在奇異點(diǎn)出現(xiàn)后會(huì)使得檢測(cè)結(jié)果出現(xiàn)偏差，進(jìn)而影響檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

　　所以，必須要發(fā)現(xiàn)奇異點(diǎn)并且將其舍棄。常用的方式有平滑處理、傅里葉濾波預(yù)處理方式。本次檢測(cè)采用的傅里葉濾波預(yù)處理方法。可以看出，傅里葉濾波能夠顯著提升校正模型的精度。

　　2.5波長(zhǎng)優(yōu)選與檢測(cè)結(jié)果

　　由于今后農(nóng)耕外光譜數(shù)據(jù)都會(huì)存在一定的波峰重疊與共線性，因此需要對(duì)建立校正模型的波長(zhǎng)來(lái)進(jìn)行位置與數(shù)目的優(yōu)選，以提升模型的質(zhì)量。在本次檢測(cè)中選擇使用了遺傳算法來(lái)作為光譜波長(zhǎng)優(yōu)選。遺傳算法優(yōu)勢(shì)明顯，能夠在眾多局部較優(yōu)中尋找最優(yōu)處，是一種高效的全局最優(yōu)化方法。

　　第一，進(jìn)行編碼。每個(gè)波長(zhǎng)為一個(gè)基因，染色體長(zhǎng)度為被編碼的波長(zhǎng)數(shù)量;第二，選擇初始群體。如初始群體為N個(gè)個(gè)體，則單個(gè)體染色體長(zhǎng)度為m，則初始群體選擇方法為隨機(jī)形成N個(gè)m位的二進(jìn)制數(shù)來(lái)作為初始群體。第三，適應(yīng)值函數(shù)，在對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行換算后得出適應(yīng)值函數(shù)為。第四，復(fù)制。通過(guò)“輪盤賭”的方式開(kāi)展正比選擇;第五，交叉，采用普通單點(diǎn)交叉方式;第六，變異。通過(guò)一定概率形成變異的基因出，隨機(jī)選擇發(fā)生變異的基因。最后，重復(fù)第四、五、六步驟，直至最大繁殖代數(shù)停止。檢測(cè)結(jié)果將會(huì)更加精確，能夠滿足牛奶成分檢測(cè)的精度要求。

　　3結(jié)束語(yǔ)

　　在我國(guó)牛奶已經(jīng)成為了一種大眾食品，人民群眾尤其是嬰幼兒、兒童、老年人都牛奶有著較大的需求。因此，牛奶的成分檢測(cè)的準(zhǔn)確性將會(huì)直接影響到人民群眾的身體健康。因此，高效、準(zhǔn)確、快速的檢測(cè)手段應(yīng)用在檢測(cè)牛奶生產(chǎn)當(dāng)中對(duì)于乳業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的高效管理與質(zhì)量控制有著重大的意義。近紅外光譜技術(shù)憑借著快速、準(zhǔn)確的優(yōu)勢(shì)可以同時(shí)檢測(cè)牛奶中的多種成分。針對(duì)傳統(tǒng)成分檢測(cè)技術(shù)難以滿足現(xiàn)代如何生產(chǎn)需求的現(xiàn)狀，近紅外光譜技術(shù)必然將會(huì)受到越來(lái)越多研究者的熱點(diǎn)關(guān)注，以保證我國(guó)牛奶及相關(guān)乳制品的品質(zhì)。

　　參考文獻(xiàn)

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　　相關(guān)期刊推薦：食品與發(fā)酵工業(yè)(月刊)1970年創(chuàng)刊，是全國(guó)眾多食品刊物中由國(guó)家一級(jí)學(xué)會(huì)創(chuàng)辦的、代表我國(guó)現(xiàn)代食品與發(fā)酵科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的純學(xué)術(shù)期刊。