近红外光谱技术在醋品质分析中的应用

蔡伟源 罗培余

食用醋是一种专门的酸味调味品，它的酿造历史十分悠久。随着科学技术的发展，很多的食品都出现了一定程度上的掺假和伪造现象，这不但影响了食醋的品质，还有可能威胁消费者的生命健康，损害群众的消费者权益。食用醋的PH值和可溶性固形物含量决定了醋的最终品质，是判断食醋质量优劣的关键指标。传统食醋品质检测方法步骤太多、成本过高，已经无法满足现代化醋品质的检验要求。而近红外光谱技术在醋检测过程中不会造成样品污染，具有分析速度快、成本低、检测精度高、操作方便等优势，在多个检验领域中得到认同，并广泛应用于食品检测中。采用近红外光谱技术定理分析醋的理化指标时，要先对醋的原始近红外光谱进行预处理，利用最小二乘法（PLS）创建可溶性固形物含量和食醋总酸的光谱模型，最后进行效果对比。

中国食醋行业现状分析

在我国人民日常生活中，醋是必不可少的一种调味品，市场需求稳定。中国调味品协会在2006年统计的醋情况，年产量达到200万吨以上，生产厂家大约6000家，品牌企业占比40%，以小作坊形式存在的有60%，我国拥有很大的生产和销售市场。尽管食醋在调味品总产量约占25%，却在整体调味品市场内发展缓慢且生产技术落后，分析原因，主要是因为食醋品种不多、包装不新颖、伏附加值低，导致食醋的整体市场形象受到影响，价格无法提高，陷入一个很尴尬的境地。图1为我国食醋行业2003年至2012年的发展图示。

醋品质的传统检测方法

醋品质的传统检测方法有卫生指标检验法、理化指标分析法以及感官评判法三种。其中理化指标检验是采用化学和物理分析手段对食醋中的可溶性固形物、总酸和不挥发酸等指标进行科学合理的分析和检测，根据指标来判断食醋的品质。理化指标检验法可信度较高，但是此种方法会耗费很长时间来检测，检测费用高，要找专业的检测人员来进行此项操作，会受到时间和空间的影响，不适合在线实时检测。随着食醋种类的不断增多，很多商人对感官评定法的要求越来越高，这是一种主观形式的感觉判断，评定人员可以根据食醋的香味、形态等综合特征来对醋品质进行判断，但是每个人对味道的要求不同，感官评定指标没有明显的界限，评定者要有很高的品评水平才能够胜任，还有个人经验、性别、体质等的影响，给感官评定带来了很大的麻烦，结果难以确定。

近红外光谱技术在醋品质分析中的应用探讨

近紅外光谱技术概述。近红外光是一种电磁波，介于可见光和中红外光之间，近红外光波长为780～2500nm。近年来，近红外光谱技术在农产品品质分析中占据重要地位，是一种关键的分析手段。它的工作原理为：利用物质分子基团中的弯曲、振动及伸缩时的固有振动频率，每种成分的光有不同的光吸收特性，为近红外光谱分析奠定了数据基础。红外活性分子与近红外光子之间会发生作用，出现近红外光谱吸收现象。和以往的技术相比，近红外光谱技术的品质测试速度更快，分析结果在一分钟之内就能得到，不需要进行复杂的预处理操作，能够在一次样品光谱采集过程中得到多项待测指标，污染小，对检测样品不造成破坏，能够有效的节约成本。

近红外光谱技术分析材料与具体方法。（1）仪器设备和样品材料。实验采用的是QC- leader傅里叶变换近红外光谱仪与相应的透射元件，光谱范围在600～2600nm，光谱分辨率为10nm，每一种食醋样品扫描4次，取样品的平均值为近红外透射光谱值。利用MATLAB软件对光谱信息进行处理和具体分析。本次实验用到的食醋样品都来源于市面上售卖的普通陈醋，醋年份为1～3年，每个年份的不同的两种陈醋分别抽取20瓶，共60瓶样品，每个年份中随机抽取4瓶为验证集，剩余的48瓶为校正集。

（2）模型评价参数。采取相关参数（R）、验证集均方根误差（RMSEP）、校正集均方根误差（RMSEC）来评判光谱模型的预测和稳定性。相同范围内的食醋浓度，R值愈趋近于1，准确度愈高；校正集均方根误差（RMSEC）值愈小，模型拟合程度愈高；验证集均方根误差（RMSEP）愈小，模型的预测性愈强，RMSEP和RMSEC值接近程度越高，那模型的稳定性愈好。

醋品质测量结果比较和分析。PLS模型是在全光谱内创建的模型，其中含有很多与可溶性固形物和食醋总酸没有联系的变量因素，这些无关信息影响着模型的预测能力。一般情况下，PLS模型在建立时一定要对光谱进行选择，如果没有相应的要求，可以随机选择光谱范围。根据醋的理化指标、校正集和验证集的关系建立了最佳模型结果进行比较和分析，如表1所示。

综上所述，利用近红外光谱技术对醋品质定量分析理化指标具有一定的可行性，研究结果表明采用适合的光谱预处理和选择合理的光谱范围对于建立光谱预测模型性能有重要的意义，实验过程中选择了不同类型、不同品牌、不同年份、总酸含量不同的20种醋进行分析研究，在定量分析醋的理化指标含量过程中，由于条件的限制，只检测分析了食醋总酸、可溶性固形物量两项重要指标，但检测对象的相关数据仍然具有很好的利用价值。目前，利用近红外光谱技术来检测农产品品质已经成为研究的热点内容，因为近红外光谱检测技术的测量速度更加快速、操作方便简单、消耗成本低，进一步提高了我国的醋品质测量分析水平。