紅外（波長0.72~1000μm之間的電磁波）技術(shù)已逐漸應(yīng)用于航天、航空、遙感、工業(yè)檢測、食品、醫(yī)藥、化工、石油工業(yè)等軍民研究領(lǐng)域。人們根據(jù)紅外光譜的不同波段合理的選擇應(yīng)用到其他所關(guān)心的領(lǐng)域，因為對紅外波譜并沒有一個明確的劃分，在不同的研究領(lǐng)域有不同的劃分，我們引入到食品工業(yè)中，習慣上將近紅外（0.72~3μm）用來進行快速檢測，例如含水量檢測和蛋白質(zhì)含量的檢測；中紅外（3~40μm）已經(jīng)被廣泛用來進行摻假檢測；遠紅外（40~1000μm）更多的用來加熱和干燥，例如烤煙、果蔬的脫水處理；高紅外（0.76~3）一般用來加熱，現(xiàn)在流行的光波爐就是高紅外應(yīng)用的典型例子。

一、原理

2.1 近紅外檢測原理

近紅外光譜屬于分子振動光譜的倍頻和主頻吸收光譜，主要是對含氫基團的吸收，其中包含了大多數(shù)類型有機化合物的組成和分子結(jié)構(gòu)的信息。由于不同的有機化合物含有不同的基因，不同的基團有不同的能級。不同的基團和同一基團在不同的化學環(huán)境中對近紅外光的吸收波長都有明顯的差別，且吸收系數(shù)小，發(fā)熱少，因此近紅外光譜可作為獲取信息的一種有效載體。近紅外光照射時，頻率相同的光線和基團將發(fā)生共振現(xiàn)象，光的能量通過分子偶極矩的變化傳遞給分子；而近紅外光的頻率和樣品的振動頻率不同，該頻率的紅外光就不會被吸收。因此，選用連續(xù)改變頻率的近紅外關(guān)照射某樣品時，由于試樣對不同頻率近紅外光的選擇性吸收，通過試樣后的近紅外光線在某些波長范圍內(nèi)會變?nèi)?，另外一些波長范圍內(nèi)會變強，透射出來的紅外光線就攜帶有機物組分和結(jié)構(gòu)的信息。通過檢測器分析透射或反射光線的光密度，就可以確定該組分的含量。這種通過透射光攜帶信息進行檢測的方法，稱為近紅外透射檢測法。

由于近紅外技術(shù)能夠及時快捷的對樣品進行檢測，在生產(chǎn)中可以在生產(chǎn)流水線上裝配近紅外裝置，對原料和成品及半成品進行連續(xù)在線檢測，有利于及時發(fā)現(xiàn)原料及產(chǎn)品品質(zhì)的變化，便于及時調(diào)控，維持產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。

2.2 遠紅外干燥殺菌原理

由于紅外線的譜帶位于可見光和微光之間，具有光和波的性質(zhì)，以光速在空間直線傳播。它輻射到物體表面上能反射、透射和吸收，無介質(zhì)熱損失，隨著波長的變化有質(zhì)的變化，突出表現(xiàn)為它的穿透力和熱效應(yīng)。水和含水物質(zhì)的分子或基團的固有運動（振動或轉(zhuǎn)動）頻率，換成波長表示大致在2.5~200μm波帶，遠紅外線頻率相匹配。遠紅外線能穿入食物內(nèi)部粒子之間的微小間隙，激起分子內(nèi)能級變化，迫使分子運動加劇而內(nèi)部發(fā)熱，使其溫度急劇升高。同時視頻內(nèi)部的液態(tài)水分在溫度梯度的作用方向由內(nèi)向外和濕度梯度方向一致，食品內(nèi)部的水分熱擴散以及表面水汽的蒸發(fā)都處于正向的最佳狀態(tài)，從而大大加速了干燥過程，縮短了干燥時間。同時濕食品中含有的細菌體接受了紅外輻射后，變化凝固、代謝障礙、活性消失以至殺死。上述作用的綜合疊加，實現(xiàn)了高效、節(jié)能、殺菌的干燥過程。

2.3 高紅外加熱原理

近來在國內(nèi)外，紅外輻射加熱技術(shù)又向短波長延伸，在雜志上也可見到“高紅外”的名詞，即“高密度紅外輻射加熱（High Density Infrared）”俗稱高紅外。

我們可以這樣來描述高紅外技術(shù)：

1.采用了高頻率（短波）的紅外輻射加熱燈管；

2.采用了高密度的加熱布局；

3.采用高輻射強度的加熱方式。

紅外波長越短，越容易被緊密排列分子吸收而產(chǎn)生熱量。在對有機涂料的干燥固化過程中，金屬最容易吸收短波紅外輻射，而有機涂料對短波紅外輻射則是透明的。因此高紅外管0.76~3μm波段能量透射空氣與涂料，直接向金屬工件加熱，涂層內(nèi)表面首先膠化固化，同時里層的水分和空氣被趕出涂層外表面。雖然金屬溫度高達400℃，但有機涂料表面并不先形成皮膜，這樣保證了加熱的有效性。

二、紅外技術(shù)在食品工業(yè)中的實際應(yīng)用

3.1近紅外技術(shù)在食品工業(yè)的應(yīng)用

3.1.1 近紅外技術(shù)的特點

1.無前處理、無污染、方便快捷

近紅外光線具有很強的穿透能力，在檢測樣品時，不需要進行任何前處理可以穿透玻璃和塑料包裝進行直接檢測，也不需要任何化學試劑。和常規(guī)分析方法相比，既不會對環(huán)境造成污染，又可以節(jié)約大量的試劑經(jīng)費。近紅外儀器的測定時間短，幾分鐘幾秒鐘就可以完成檢測，并打印出結(jié)果。

2.無破壞性

無破壞性是近紅外技術(shù)的一大優(yōu)點，根據(jù)這一優(yōu)點，近紅外技術(shù)可以用于果蔬原料及成品的無損檢測。在果品儲藏庫中安裝近紅外裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)果蔬的自動檢測，節(jié)省大量的人力物力。

3.在線檢測

由于近紅外技術(shù)能夠技術(shù)快捷的對樣品進行檢測，在生產(chǎn)中，可以在生產(chǎn)流水線上配置近紅外裝置，對原料和成品及半成品進行連續(xù)在線檢測，有利于及時的發(fā)現(xiàn)原料及產(chǎn)品品質(zhì)的變化，便于及時調(diào)控，維持產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。光纖導(dǎo)管和光纖探頭的開發(fā)應(yīng)用使遠距離檢測成現(xiàn)實。并且遠距離檢測技術(shù)特別適用于污染嚴重、高壓、高溫等對人體和儀器有損害的環(huán)境應(yīng)用，為近紅外網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

4.多組分同時檢測

多組分同時檢測，是近紅外技術(shù)得以大力推廣的主要原因。在同一模式下，可以同時測定多種組分，比如在測小麥的模式中，可以同時測定其蛋白質(zhì)含量、水分含量、硬度、沉淀值、快速混合比等指標，這樣大大簡化了測定操作。不同的組分對測定結(jié)果都有一定的影響，因為在測定過程中，其他組分對近紅外光線也有吸收。

3.1.2 近紅外技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用

近紅外技術(shù)的研究始于1930年。50年代Curcio和Petty利用近紅外的投射光譜“不透明”體，測定其透射率具有一定的進行水分檢測的研究。但是，大多數(shù)食品和農(nóng)產(chǎn)品的無破壞、無損傷對近紅外來說都是困難。60年代初，Norris和Buller將近紅外的反射光譜技術(shù)用于分析谷物類農(nóng)產(chǎn)品的濕度研究，揭示了這一技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品及其加工領(lǐng)域、食品工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用研究新的篇章。從而近紅外技術(shù)在食品和農(nóng)業(yè)產(chǎn)品加工中的應(yīng)用實例及方法被不斷的提出，主要應(yīng)用在工程中的食品成分分析、品質(zhì)檢測以及在線的品質(zhì)檢測與控制。而品質(zhì)檢測和在線檢測與控制往往是基于成分分析之上的。常規(guī)化學分析具有較高的準確度和可靠性，而且還是很多近代儀器分析技術(shù)的基礎(chǔ)。但是，無論是化學分析還是儀器分析，其試樣的前處理、實驗本身的耗時性以及對物料的破壞性又是許多場合不允許的。例如：小麥和油菜籽按品質(zhì)分倉輸運，用標準化學分析測定小麥中蛋白質(zhì)需2小時，油菜籽中油脂含量需18小時，賴氨酸含量大約需兩天，而卡車的卸貨時間僅需5分鐘，到貨后，用化學分析鑒定其品質(zhì)，再進行按質(zhì)分倉，需要很長的等待時間，勢必影響整個經(jīng)營步驟。

近紅外技術(shù)則能以它的快速、準確和實時性及時反饋有關(guān)信息，彌補這一缺陷，因此受到越來越多的行業(yè)研究者的青睞。

表1 近紅外可靠性研究結(jié)果（原料：面粉）

3.2 遠紅外技術(shù)在食品行業(yè)中的應(yīng)用

基于遠紅外線的特性，目前國內(nèi)外食品專家正在大力研究這一技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用，主要應(yīng)用在以下幾個方面:

1.促進食品的成熟：國外食品專家已成功的實驗出利用遠紅外線使水產(chǎn)制品蛋白質(zhì)易于成膠，促進面筋的形成，達到成熟；雞蛋用遠紅外線照射受熱均勻，熱度一致，風味勝過水煮。在茶葉生產(chǎn)中，用遠紅外線照射可以使茶葉的溫度達到30~40℃凋萎，從而可以增加茶葉的香味，保持良好的品質(zhì)。

2.用于防腐殺菌：遠紅外線用于照射食品可以起到防腐殺菌的作用。例如：用遠紅外線照射剛采集的高水分的新鮮柑橘、蘋果等，能降低其水分含量，減少儲存過程中因水分過大而造成的腐爛現(xiàn)象。采用遠紅外線輻射加熱，還能殺死細菌和微生物，可以用于各種袋裝食品的滅菌處理，因為這些食品，不能使用傳統(tǒng)的高溫消毒方法，因此遠紅外的殺菌技術(shù)已廣泛用于奶制品、豆制品等食品加工業(yè)和保鮮技術(shù)當中。

3.脫水干燥處理：食品應(yīng)用紅外線脫水干燥具有加熱速度快、加熱方式均勻、傳熱效應(yīng)高等優(yōu)點。這種原理和微波爐的原理是一樣的，現(xiàn)今也出現(xiàn)了光波爐這種烹調(diào)技術(shù)。日本就開發(fā)出一種遠紅外線蔬菜干燥裝置。根據(jù)蔬菜的不同種類和狀態(tài)采取不同的措施，在短時間內(nèi)將蔬菜烘干。這樣不僅減少了蔬菜營養(yǎng)成分的流失，且蔬菜的外形變化不大，用冷水或溫水侵泡后，蔬菜能很快的恢復(fù)原狀。該裝置既能生產(chǎn)出冷凍干燥食品相媲美的干燥蔬菜，且成本比熱風干燥低很多。

4.遠紅外線烘烤食品：遠紅外線具有表面加熱均勻的性能，因此可用于烘烤食品。遠紅外烘烤食品的優(yōu)點在于不會產(chǎn)生類似膨化造成的內(nèi)外表面的水分分布不均勻、口感較差的現(xiàn)象，能使食物的內(nèi)外表面水分一致，口感好。常見用于炸魚，煎蛋等。

5.檢驗食品的營養(yǎng)：利用遠紅外線分析食品營養(yǎng)成分是遠紅外在食品工業(yè)中的又一新應(yīng)用，美國科學家利用紅外光譜法則測定麥類制品的面粉及烘烤食品原料的蛋白質(zhì)、微量元素、脂肪及含水量等。應(yīng)用這樣技術(shù)的目的在于實現(xiàn)食品質(zhì)量常規(guī)監(jiān)測程序的自動化。這種紅外線檢測儀的大小和影碟機類似，具有攜帶方便、分析速度快等特點，測定全過程僅2~3分鐘。

6.在榨油業(yè)中的應(yīng)用：日本輕金屬公司成功的開發(fā)出遠紅外線釀酒器，只需十幾個小時便能釀出美味的果子酒。這種釀酒器是利用鋁材經(jīng)過特殊處理加工后，再經(jīng)過加溫就會散發(fā)出遠紅外線，從而代替了傳統(tǒng)的自然放置釀酒工業(yè)。在類似電飯容器里裝上鋁制電氣加熱器便制成。使用時接通電源可以使鍋內(nèi)保持28℃，這一溫度促使果汁外流從而迅速的釀出果酒。

3.3 中波紅外摻假技術(shù)的應(yīng)用

物質(zhì)在中紅外光譜區(qū)具有一定的吸收特性，像中紅外技術(shù)已應(yīng)用于測定啤酒和酒精飲料中乙醇含量、原料肉中蛋白質(zhì)和脂肪含量、黃油中的脂肪和水分、牛奶的分析測定、某些食品的摻假檢測、食用油脂特性的研究等等，它已成為現(xiàn)代結(jié)構(gòu)化學、分析化學最常用和最不可缺少的工具之一。

3.4 高紅外加熱技術(shù)的應(yīng)用—光波爐

光波微波爐與傳統(tǒng)微波爐的工作原理不一樣，普通微波爐加熱（烹飪）由磁控發(fā)射的微波來完成，光波微波爐工作時分別選擇微波、光波或微波與光波組合等三種加熱方式。光波微波爐綜合微波自內(nèi)而外和光波自外而內(nèi)的加熱原理，使烹調(diào)者可根據(jù)食物的特點分別選擇微波、光波或微波與光波的組合等三種加熱方式。選擇微波和光波組合加熱時，光波源和磁控管可同時啟動，在數(shù)碼光波技術(shù)的作用下，數(shù)碼光波微波爐能綜合光波和微波同時以30萬公里/秒的速度在高度密閉的爐腔內(nèi)對食物進行從里到外加熱，由于加熱時間更短，不僅比一般微波爐加熱更快速，而且通過高密度智能化能更好的保持食物水分和營養(yǎng)成分不流失，其原理如前所述的遠紅外加熱原理。

4  總結(jié)和展望

紅外技術(shù)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于食品工業(yè)各個領(lǐng)域，特別是遠距離檢測技術(shù)適用于污染嚴重、高壓、高溫等對人體和儀器有損害的環(huán)境應(yīng)用，為近紅外網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，是我們應(yīng)該大力開發(fā)的項目，一些新技術(shù)、方法的提出和設(shè)備的制造也加速了這一領(lǐng)域的進步。

4.1新應(yīng)用領(lǐng)域及新儀器的開發(fā)

紅外技術(shù)的應(yīng)用將為儀器分析帶來一場革命。由于其方便快捷、無損傷等特性，適合在各行各業(yè)中應(yīng)用，因此應(yīng)擴大新的應(yīng)用領(lǐng)域。

4.2標準規(guī)范化

不同地區(qū)的不同單位，在紅外儀器的定標過程中往往采用各自檢測的標樣，不同單位的標樣之間存在著一定的差異，導(dǎo)致測定結(jié)果也有一定的差異。在一定大的區(qū)域建立一個統(tǒng)一的標準，可以消除用不同標樣帶來的誤差，使測定結(jié)果更具有可比性。

4.3發(fā)展在線檢測及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

在線檢測是及時解決生產(chǎn)中質(zhì)量問題的最有效途徑。光導(dǎo)纖維及傳感技術(shù)的發(fā)展使在線監(jiān)測成為現(xiàn)實，有望在企業(yè)生產(chǎn)過程中獲得廣泛的應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是近幾年發(fā)展最快的技術(shù)領(lǐng)域，將近紅外檢測技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，不僅可以實現(xiàn)異地定標、異地檢測及資料共享，同時也有利于掌握大區(qū)域內(nèi)樣品的總體情況。近紅外在線技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有很大發(fā)展空間。