许昌市红外技术研究所有限公司

红外技术在食品工业中的应用

红外（波长0.72~1000μm之间的电磁波）技术已逐渐应用于航天、航空、遥感、工业检测、食品、化工、石油工业等军民研究领域。人们根据红外光谱的不同波段合理的选择应用到其他所关心的领域，因为对红外波谱并没有一个明确的划分，在不同的研究领域有不同的划分，我们引入到食品工业中，习惯***近红外（0.72~3μm）用来进行快速检测，例如含水量检测和蛋白质含量的检测；中红外（3~40μm）已经被广泛用来进行掺假检测；远红外（40~1000μm）更多的用来加热和干燥，例如烤烟、果蔬的脱水处理；高红外（0.76~3）一般用来加热，***的光波炉就是高红外应用的典型例子。

一、原理

2.1 近红外检测原理

近红外光谱属于分子振动光谱的倍频和主频吸收光谱，主要是对含氢基团的吸收，其中包含了大多数类型有机化合物的组成和分子结构的信息。由于不同的有机化合物含有不同的基因，不同的基团有不同的能级。不同的基团和同一基团在不同的化学环境中对近红外光的吸收波长都有明显的差别，且吸收系数小，发热少，因此近红外光谱可作为获取信息的一种有效载体。近红外光照射时，频率相同的光线和基团将发生共振现象，光的能量通过分子偶极矩的变化传递给分子；而近红外光的频率和样品的振动频率不同，该频率的红外光就不会被吸收。因此，选用连续改变频率的近红外关照射某样品时，由于试样对不同频率近红外光的选择性吸收，通过试样后的近红外光线在某些波长范围内会变弱，另外一些波长范围内会变强，透射出来的红外光线就携带有机物组分和结构的信息。通过检测器分析透射或反射光线的光密度，就可以确定该组分的含量。这种通过透射光携带信息进行检测的方法，称为近红外透射检测法。

由于近红外技术能够及时快捷的对样品进行检测，在生产中可以在生产流水线上装配近红外装置，对原料和成品及半成品进行连续在线检测，有利于及时发现原料及产品品质的变化，便于及时调控，维持产品质量的稳定。

2.2 远红外干燥杀菌原理

由于红外线的谱带位于可见光和微光之间，具有光和波的性质，以光速在空间直线传播。它辐射到物体表面上能反射、透射和吸收，无介质热损失，随着波长的变化有质的变化，***表现为它的穿透力和热效应。水和含水物质的分子或基团的固有运动（振动或转动）频率，换成波长表示大致在2.5~200μm波带，远红外线频率相匹配。远红外线能穿入食物内部粒子之间的微小间隙，激起分子内能级变化，迫使分子运动加剧而内部发热，使其温度急剧升高。同时视频内部的液态水分在温度梯度的作用方向由内向外和湿度梯度方向一致，食品内部的水分热扩散以及表面水汽的蒸发都处于正向的***状态，从而***加速了干燥过程，缩短了干燥时间。同时湿食品中含有的***体接受了红外辐射后，变化凝固、代谢障碍、活性消失以至***。上述作用的综合叠加，实现了***、节能、杀菌的干燥过程。

2.3 高红外加热原理

近来在***，红外辐射加热技术又向短波长延伸，在杂志上也可见到“高红外”的名词，即“高密度红外辐射加热（high density infrared）”俗称高红外。

我们可以这样来描述高红外技术：

1.采用了高频率（短波）的红外辐射加热灯管；

2.采用了高密度的加热布局；

3.采用高辐射强度的加热方式。

红外波长越短，越容易被紧密排列分子吸收而产生热量。在对有机涂料的干燥固化过程中，金属容易吸收短波红外辐射，而有机涂料对短波红外辐射则是透明的。因此高红外管0.76~3μm波段能量透射空气与涂料，直接向金属工件加热，涂层内表面首先胶化固化，同时里层的水分和空气被赶出涂层外表面。虽然金属温度***400℃，但有机涂料表面并不先形成皮膜，这样***了加热的有效性。

二、红外技术在食品工业中的实际应用

3.1近红外技术在食品工业的应用

3.1.1 近红外技术的特点

1.无前处理、无污染、方便快捷

近红外光线具有很强的穿透能力，在检测样品时，不需要进行任何前处理可以穿透玻璃和塑料包装进行直接检测，也不需要任何化学试剂。和常规分析方法相比，既不会对环境造成污染，又可以节约大量的试剂经费。近红外仪器的测定时间短，几分钟几秒钟就可以完成检测，并打印出结果。

2.无破坏性

无破坏性是近红外技术的一大优点，根据这一优点，近红外技术可以用于果蔬原料及成品的无损检测。在果品储藏库中安装近红外装置，能够实现果蔬的自动检测，节省大量的人力物力。

3.在线检测

由于近红外技术能够技术快捷的对样品进行检测，在生产中，可以在生产流水线上配置近红外装置，对原料和成品及半成品进行连续在线检测，有利于及时的发现原料及产品品质的变化，便于及时调控，维持产品质量的稳定。光纤导管和光纤探头的开发应用使远距离检测成现实。并且远距离检测技术***适用于污染***、高压、高温等对人体和仪器有损害的环境应用，为近红外网络技术的发展奠定了基础。

4.多组分同时检测

多组分同时检测，是近红外技术得以大力推广的主要原因。在同一模式下，可以同时测定多种组分，比如在测小麦的模式中，可以同时测定其蛋白质含量、水分含量、硬度、沉淀值、快速混合比等指标，这样***简化了测定操作。不同的组分对测定结果都有一定的影响，因为在测定过程中，其他组分对近红外光线也有吸收。

3.1.2 近红外技术在食品工业中的应用

近红外技术的研究始于1930年。50年代curcio和petty利用近红外的投射光谱“不透明”体，测定其透射率具有一定的进行水分检测的研究。但是，大多数食品和农产品的无破坏、无损伤对近红外来说都是困难。60年代初，norris和buller将近红外的反射光谱技术用于分析谷物类农产品的湿度研究，揭示了这一技术在农产品及其加工领域、食品工业领域应用研究新的篇章。从而近红外技术在食品和农业产品加工中的应用实例及方法被不断的提出，主要应用在工程中的食品成分分析、品质检测以及在线的品质检测与控制。而品质检测和在线检测与控制往往是基于成分分析之上的。常规化学分析具有较高的准确度和***性，而且还是很多近代仪器分析技术的基础。但是，无论是化学分析还是仪器分析，其试样的前处理、实验本身的耗时性以及对物料的破坏性又是许多场合不允许的。例如：小麦和油菜籽按品质分仓输运，用标准化学分析测定小麦中蛋白质需2小时，油菜籽中油脂含量需18小时，赖氨酸含量大约需两天，而卡车的卸货时间仅需5分钟，到货后，用化学分析鉴定其品质，再进行按质分仓，需要很长的等待时间，势必影响整个经营步骤。

近红外技术则能以它的快速、准确和实时性及时反馈有关信息，弥补这一缺陷，因此受到越来越多的行业研究者的***。

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