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红外光谱技术在肉类产品检测中的应用
2018-10-28 08:44
红外光谱技术在肉类产品检测中的应用


由不同肉类品种生产的肉制品,其水分、蛋白质和脂肪酸的组成也不同,这些不同导致了在特定波长下光谱产生差异。其中,O—H、C—H、N—H、C=O和氢键等在红外射线照射下产生振动响应,记录为红外光谱。红外光谱包含近红外(12 500~4 000 cm-1)和中红外(4 000~400 cm-1)2 个区域。O—H、C—H、N—H、C=O和氢键等在近红外区域,产生振动和谐波;而中红外光谱则能反映这些官能团的弯曲、拉伸和摇摆运动,表现出分子更多的详细信息。当分子中各原子以同一频率、同一相位在平衡位置附近作简谐振动时,分子振动的能量与红外射线的光量子能量正好对应就会产生红外光谱。简单来说,即当分子的振动状态改变时,就可以发射红外光谱,也可以因红外辐射激发分子而振动而产生红外吸收光谱。分子的振动和转动的能量不是连续的而是量子化的。但由于在分子的振动跃迁过程中也常常伴随转动跃迁,因此振动光谱呈带状。因此,每种肉类样品都有由其组成和结构决定的独有的红外吸收光谱,据此可以对分子进行结构分析和鉴定。

  在中红外区域中,4 000~1 500cm-1为官能团区,4 000~500cm-1为指纹区。在官能团区,可检测到醛类物质(2 900~2 700 cm-1)中O—H和N—H(3 700~2 500 cm-1)、C—H(3 300~2 800 cm-1)的拉伸。三建(C≡N、C≡C、C=C=C)在光谱中的特征区域为2 700~1 850 cm-1;双键(C=C、C=N、C=O)为1 950~1 450 cm-1。

  与中红外相比,近红外对食品的穿透能力更强;但是在多数近红外测量时需要一定的参照校准,使其应用存在选择性和限制性。而在傅立叶变换(Fourier-transform,FT)中,干涉仪和傅立叶变换可将光源发出的频率分离,从而使每一个频率通过样品的能量值都能够被测量。干涉仪的使用不仅缩短了检测时间和降低噪音,还提高了检测的灵敏度和精确度。由于波数的信号质量与衡量该波数所用时间的平方根成正比,因此缩短检测时间也提高了信噪比(signal to noise ratio,RS/N)。

  由于不同脂肪酸组成的甘油三酯是一个单组分系统,光谱分析对油脂和脂肪的分析具有明显优势,它可以使油脂和脂肪在整齐形式下直接被测量。因此,在许多肉类物种鉴定研究中,将脂肪从肉样品中提取出来,并对其进行实际的光谱分析,用以对不同肉类物种的分类和量化。

  红外测量肉类食品时,反射模式有镜面反射和漫反射。在镜面反射中,由于红外辐射不能透过肉类样品表面,因此响应值仅由样品表面产生,而不会产生吸收响应。在漫反射中,红外辐射穿透样品表面进入内部,与样品基质相互作用后再返回样品表面,从而产生吸收响应。但当样品粒径远远大于照射光的波长时,就会产生散射效应。

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