近红外光谱在农产品地理标志鉴别中的应用

崔超

农产品地理标志，是指标示农产品来源于特定地域，产品品质和相关特征主要取决于自然生态环境和历史人文因素，并以地域名称冠名的特有农产品标志（农业部2007年11号令《农产品地理标志管理办法》）。农产品地理标志既是一种知识产权，又是一种优质农产品区域公共品牌。但是，在利益的驱动下，未经授权企业的农产品打着地理标志的牌子在市场上销售，严重侵害了真正农产品地理标志的声誉。因此，对农产品地理标志的准确鉴别意义重大，不仅可以保护授权登记企业和消费者的权益，还可有效地维护农产品地理标志的品牌声誉。而基于仪器分析的农产品鉴别技术是农产品地理标志鉴别和保护的基础技术。同位素质谱技术、气相色谱技术、气相色谱-质谱联用技术、高效液相色谱技术、近红外光谱、荧光光谱、核磁共振光谱技术已被应用于农产品产地与品质分析，其中近红外光谱是一种便捷、高效、成本低廉、环境友好且适用于农产品分析的新型分析技术。

按照美国实验与材料学会（ASTM）的定义，近红外光谱是指波长在780～2526 nm（波数12820～3359 cm-1）范围内的电磁波。有机物分子中的含氢基团（0-H，N-H，C-H，S-H）在近红外光的照射下受到激发发生跃迁，引起的倍频和合频吸收峰，得到近红外光谱。这些吸收峰的特征频率较强且较稳定，不同基团或同一基团在不同环境中产生的光谱在吸收峰位置和强度上有所不同，有利于进行不同物质的分析判定。但是近红外光谱频谱复杂，不同倍频和频峰重叠严重，在光谱学界普遍被认为没有应用价值。随着仪器分析技术、计算机技术和化学计量学的发展，近红外光谱技术已成为20世纪90年代以来发展最快速的新型分析技术之一。由于近红外光谱技术是依据从复杂、重叠、变动的光谱中提取的微弱信息进行分析，因此需要采用化学计量学方法建立光谱特征与待测量之间稳定、准确的数学模型。目前近红外光谱技术在农产品地理标志鉴定方面常用的化学计量学定量方法有主成分分析、偏最小二乘法、线性判别分析、支持向量机、人工神经网络等。要建立分析性能稳定、准确数学模型，还需要以下条件：一是具有代表性的农产品地理标志样品（标准样品库）;二是标准样品库中各份农产品地理标志样品的近红外光谱图;三是运用计算机软件中的化学计量学方法建立农产品地理标志样品的近红外光谱图和待测量之间的对应模型;四是对所建立模型进行不断地检验和校准。当测定实际样品时，只需扫描待测样品的近红外光谱，通过预测定成分的对应模型就可以得到样品该成分的含量，从而进一步进行农产品地理标志产品的鉴定。由于化学成分含量的差异能反映产品种类、生长环境等产地信息，所以近红外光谱技术与色谱、质谱等其他分析技术相结合就可以提高农产品地理标志产品鉴定的准确性。

近红外光谱技术已经被应用于农产品地理标志产品的鉴别应用研究。目前，农产品地理标志产品中的五常大米、响水大米、西湖龙井茶叶、蒸青绿茶恩施玉露、黄骅冬枣和新疆核桃等可通过近红外光谱技术进行准确定性，准确率在91%以上。河南省（截至2021年7月）农产品地理标志产品登记数量160个，而近红外光谱技术应用于省内农产品地理标志产品的鉴别应用鲜有报道，潜力巨大。为了推广近红外光谱技术在河南省农产品地理标志鉴别中的应用，首先，应尽快研究制定适合近红外光谱技术在河南省农产品地理标志产品鉴别的技术标准，在近红外光谱库方面不断收集省内农产品地理标志产品的范围、种类和数量。其次，要加强产学研结合，与近红外生产厂家合作，加快适合河南省农产品地理标志专用近红外光谱仪的产业化开发，研究建立近红外基础硬件模块和近红外基础软件模块，同时实现农产品地理标志近红外信息资源的共享，降低用户使用近红外光谱技术的难度和成本。针对市场上出现的虚假农产品地理标志产品，便携式的近红外光谱仪的研发和应用很有必要，以实现农产品地理标志产品的快速鉴别。此外，近红外光谱分析理论基础方面的研究尤其重要，包括新的定性、定量化学计量学算法、仪器和数学模型稳定性等。最后，要加强人才队伍建设，培养一批专业技术过硬的技术骨干，为农产品地理标志产品的鉴定和保护保驾护航。

近年来，随着我国科学技术的迅速发展，“十四五”规划、《中国制造2025》等相关政策相继出台，积极鼓励科技创新。近红外光谱技术作为一项新型分析技术，凭借便捷高效、成本低廉、环境友好等特點，势必将迎来更为广阔的发展前景和应用领域。

（作者单位：河南省农产品质量安全检测中心）