【分享】关于便携式近红外设备的前景

便携式近红外仪及其应用
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韩东海 李鹏飞 王加华 摘　要:介绍了近红外技术的最新发展和应用。当今的科技飞速发展，已把利用近红外检测水果品质技术推向了一个新的高度。检测场所已由实验室、分选车间移至果园和树上；仪器由固定位置转为随处移动；果实检测由过去的产后商品，发展到产中生产过程监测、收获期预测等新阶段，监测和预测功能得到强化。新技术能为水果产中管理及时准确地反馈信息，提供精确的科学依据，指导果业生产，合理地浇水施肥，剪枝整枝，能为生产高质量高附加值水果提供强有力的保证。

关键词:近红外仪 应用 便携式 近红外技术 水果品质 红外检测 果业生产 过程监测

分类号:S66[农业科学 > 园艺 > 果树园艺]　 TS222[工业技术 > 轻工业、手工业 > 食品工业 > 食用油脂加工工业 > 油脂原料]

考察了硬度与腐乳白坯中水分含量和蛋白质含量的相关关系,探讨了利用近红外光谱技术检测白坯硬度的可行性。通过水分以及蛋白质的相关吸收峰建立预测白坯硬度的数学模型;在建模过程中重点讨论了多元散射校正(MSC)、一阶求导和波段选择等优化处理对建模的影响,利用偏最小二乘法得到的最优模型的建模相关系数r=0.935,建模标准差RMSEC=0.019 3,预测标准差RMSEP=0.023 6,其分级正确率达到94.72%;利用主成分分析法结合判别分析法建立的定性判别模型,分级正确率也达到了90.12%。上述分级结果均好于感观评价的方法,表明近红外技术可以实现白坯硬度的快速无损检测。

近红外光谱技术简介

近红外光(Near Infrared简称 NIR)是指波长在780-2526nm范围内，介于可见光和红外光之间的一种电磁波，是人们最早发现的一种非可见光（图1）。近红外光谱主要是由于分子振动的非谐振性使分子振动从基态向高能级跃迁时产生的。近红外光谱记录的是分子中单个化学键的基频振动的倍频和合频信息，它常常受含氢基团X-H（X_C,N,O）的倍频和合频的重叠主导，所以在近红外光谱范围内，测量的主要是含氢基团X-H振动的倍频和合频吸收。由于牛奶等农产品都含有这些成分，因此理论上近红外技术可以用于所有农产品的检测。
在近红外光谱分析中，被测物质的近红外光谱取决于样品的组成和结构。样品的组成和结构与近红外光谱之间有着一定的函数关系。在经典方法测得的化学值与近红外光谱仪测得的光谱之间，使用化学计量学方法确定出这些重要函数关系，即经过建模，就可以根据被测样品的近红外光谱，快速计算出各种数据。现在常用的建模方法主要有，多元线性回归(MLR)，主成分分析(PCA)，偏最小二乘法(PLS)，人工神经网络(ANN)和拓扑(Topological)方法等。过程如下图2：



图2 近红外光谱分析的方法流程简图

与传统的光谱分析技术不同，近红外技术具有以下优点：
（1）分析速度快，测量过程大多可在1 min内完成；
（2）分析效率高，通过一次光谱测量和已建立的相应校正模型，可同时对样品的多个组分或性质进行测定，提供定性、定量结果；
（3）适用的样品范围广，通过相应的测样附件可以直接测量液体、固体、半固体和胶状体等不同物态的样品，光谱测量方便；
（4）样品一般不需要预处理，不需要使用化学试剂或高温、高压、大电流等测试条件，分析后不会产生化学、生物或电磁污染；
（5）分析成本较低（无需繁杂预处理，可多组分同时检测）；
（6）测试重现性好；
（7）对样品无损伤，可以在活体分析和医药临床领域广泛应用；
（8）近红外光在普通光纤中具有良好的传输特性，便于实现在线分析；
（9）对操作人员的要求不苛刻，经过简单的培训就可胜任工作。

近红外技术在牛奶分析方面的现状
近红外技术的主要应用领域集中在对农产品的分析，如牛奶的质量控制、收割粮食时质量的评估，水果中营养成分的测定等。将近红外技术用于工业的在线过程控制（PAT）也是一个热点问题，近红外以其快速无损伤检测等诸多优点，使得许多大型生产企业采用它作为过程质量监测的有力武器。
中国农业大学食品学院无损检测研究组就近红外技术在牛奶中的应用做了如下研究。

近红外技术用于牛奶理化指标的检测
在理化指标检测方面，1957年，Goulden首先利用近红外技术对牛奶及乳制品进行了研究，之后近红外在这个领域内的应用变得广泛起来。虽然当时用于建模的样品数有限，人们还是建立了许多测定原料奶、奶粉、乳酪及黄油的模型。现在，经过研究人员的不断完善，这些模型的预测结果已经相当精确 （r2＞ 0.9）。日本有报道称已经研制出了在线检测设备，其所建预测模型对脂肪、蛋白质、乳糖等成分的检测精度已经满足实际生产的要求。而国内的研究相对较少，只有中国农业大学的韩东海和天津大学的徐可欣等少数研究组对牛奶的成分检测进行了大量研究。其中韩东海研究组对牛奶中脂肪、蛋白质、乳糖、非脂固型物等理化指标的建模结果如表1所示。

近红外技术用于牛奶掺假鉴别
在掺假检测方面，国外的研究相对较少。1996年，Michael Twomey对桔子汁中掺入葡萄汁以及掺入自制的糖酸调配液进行研究，结果表明近红外技术的正确判别率可达90％以上；Adele Maraboli等奶粉中掺入大豆、豌豆、小麦等植物蛋白进行了近红外掺假鉴定。以上研究结果都表明，近红外技术可以很好的应用于农产品的掺假检测中，并能达到快速、准确的效果。国内也仅有中国农业大学韩东海研究组等进行了一定研究，其研究结果表明对还原乳掺入量为10%的样品，该方法的正确判别率为96.7%，而且随着还原乳在生鲜乳中浓度的增大，检出率明显提高，当还原乳掺入比例达到20%以上，该方法可以100%的进行鉴别；对于销售的商品奶中还原奶的预测，该方法的正确判别率也可以达到87%以上；另外，利用定性判别的方法建立了牛奶新鲜度的判别模型，并建立了识别掺碱牛奶的模型，其正确判别率均在95％以上。表2为该研究组利用近红外技术对牛奶中是否新鲜，是否掺有还原奶，是否有掺假现象等研究的实验结果。

近红外技术用于牛奶生产过程的在线实时控制
近红外在线牛奶成分检测系统

在牛奶生产过程中，由于要达到出厂产品一致化的目标，有的常常需要保持原料成分含量的一致性，有的需要保持发酵进程统一性，然而现实加工过程的连续性又不能使生产过程停止来满足检测合格的目的。近红外技术适于在线检测的特点与光纤技术相结合有实现生产过程的实时控制的潜力。目前国外已有文献报道利用近红外技术监控酸奶的发酵生产过程，结果表明可以在酸奶的发酵过程中实时的监测牛奶的酸度，从而防止牛奶的过发酵，保证在整个牛奶的发酵过程中，控制产品的质量。另外还有研究利用近红外技术实现牛奶的标准化，在该文中通过实时监测牛奶主成分含量，控制掺入比例，从而保证牛奶质量的均匀一致。



前景预测
近红外技术依靠其快速准确，可同时检测多种成分且便于在线检测的特点，针对传统的质量检测技术难以适应生产的需求的新形式，必将逐渐受到越来越多人的关注。虽然目前近红外技术在我国乳品业等食品检测领域的研究还起步较晚，离实用阶段还有一段距离，但近红外技术作为一种新型的绿色分析技术，与乳品质量控制相结合，对于提高生产的质量控制和管理效率，降低生产成本，促进国民经济发展，具有极为现实而深远的意义。

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论文里面的描述都是美好的，但是都是些远景而已，甚至很多时候远景都不是，只是些拿项目拿钱的噱头，哈

设备厂家推荐有很多企业在使用，我们也想做一些尝试。如果通过项目拿了钱不做实事，那就失去道德了。