紅外（波長(zhǎng)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(cè)、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?yàn)閷?duì)紅外波譜并沒(méi)有一個(gè)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(xí)慣上將近紅外（0.72~3μm）用來(lái)進(jìn)行快速檢測(cè)，例如含水量檢測(cè)和蛋白質(zhì)含量的檢測(cè)；中紅外（3~40μm）已經(jīng)被廣泛用來(lái)進(jìn)行摻假檢測(cè)；遠(yuǎn)紅外（40~1000μm）更多的用來(lái)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(lái)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(cè)原理

近紅外光譜屬于分子振動(dòng)光譜的倍頻和主頻吸收光譜，主要是對(duì)含氫基團(tuán)的吸收，其中包含了大多數(shù)類型有機(jī)化合物的組成和分子結(jié)構(gòu)的信息。由于不同的有機(jī)化合物含有不同的基因，不同的基團(tuán)有不同的能級(jí)。不同的基團(tuán)和同一基團(tuán)在不同的化學(xué)環(huán)境中對(duì)近紅外光的吸收波長(zhǎng)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(shí)，頻率相同的光線和基團(tuán)將發(fā)生共振現(xiàn)象，光的能量通過(guò)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(dòng)頻率不同，該頻率的紅外光就不會(huì)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(shí)，由于試樣對(duì)不同頻率近紅外光的選擇性吸收，通過(guò)試樣后的近紅外光線在某些波長(zhǎng)范圍內(nèi)會(huì)變?nèi)?，另外一些波長(zhǎng)范圍內(nèi)會(huì)變強(qiáng)，透射出來(lái)的紅外光線就攜帶有機(jī)物組分和結(jié)構(gòu)的信息。通過(guò)檢測(cè)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(guò)透射光攜帶信息進(jìn)行檢測(cè)的方法，稱為近紅外透射檢測(cè)法。

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

2.2 遠(yuǎn)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(wú)介質(zhì)熱損失，隨著波長(zhǎng)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(tuán)的固有運(yùn)動(dòng)（振動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)）頻率，換成波長(zhǎng)表示大致在2.5~200μm波帶，遠(yuǎn)紅外線頻率相匹配。遠(yuǎn)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(jí)變化，迫使分子運(yùn)動(dòng)加劇而內(nèi)部發(fā)熱，使其溫度急劇升高。同時(shí)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(kuò)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(guò)程，縮短了干燥時(shí)間。同時(shí)濕食品中含有的細(xì)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(shí)現(xiàn)了高效、節(jié)能、殺菌的干燥過(guò)程。

2.3 高紅外加熱原理

近來(lái)在國(guó)內(nèi)外，紅外輻射加熱技術(shù)又向短波長(zhǎng)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(lái)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(qiáng)度的加熱方式。

紅外波長(zhǎng)越短，越容易被緊密排列分子吸收而產(chǎn)生熱量。在對(duì)有機(jī)涂料的干燥固化過(guò)程中，金屬最容易吸收短波紅外輻射，而有機(jī)涂料對(duì)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(shí)里層的水分和空氣被趕出涂層外表面。雖然金屬溫度高達(dá)400℃，但有機(jī)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(shí)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(diǎn)

1.無(wú)前處理、無(wú)污染、方便快捷

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

2.無(wú)破壞性

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

3.在線檢測(cè)

由于近紅外技術(shù)能夠技術(shù)快捷的對(duì)樣品進(jìn)行檢測(cè)，在生產(chǎn)中，可以在生產(chǎn)流水線上配置近紅外裝置，對(duì)原料和成品及半成品進(jìn)行連續(xù)在線檢測(cè)，有利于及時(shí)的發(fā)現(xiàn)原料及產(chǎn)品品質(zhì)的變化，便于及時(shí)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(yuǎn)距離檢測(cè)成現(xiàn)實(shí)。并且遠(yuǎn)距離檢測(cè)技術(shù)特別適用于污染嚴(yán)重、高壓、高溫等對(duì)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(shí)檢測(cè)

多組分同時(shí)檢測(cè)，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(shí)測(cè)定多種組分，比如在測(cè)小麥的模式中，可以同時(shí)測(cè)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(biāo)，這樣大大簡(jiǎn)化了測(cè)定操作。不同的組分對(duì)測(cè)定結(jié)果都有一定的影響，因?yàn)樵跍y(cè)定過(guò)程中，其他組分對(duì)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(cè)定其透射率具有一定的進(jìn)行水分檢測(cè)的研究。但是，大多數(shù)食品和農(nóng)產(chǎn)品的無(wú)破壞、無(wú)損傷對(duì)近紅外來(lái)說(shuō)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(shí)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(cè)以及在線的品質(zhì)檢測(cè)與控制。而品質(zhì)檢測(cè)和在線檢測(cè)與控制往往是基于成分分析之上的。常規(guī)化學(xué)分析具有較高的準(zhǔn)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(wú)論是化學(xué)分析還是儀器分析，其試樣的前處理、實(shí)驗(yàn)本身的耗時(shí)性以及對(duì)物料的破壞性又是許多場(chǎng)合不允許的。例如：小麥和油菜籽按品質(zhì)分倉(cāng)輸運(yùn)，用標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)分析測(cè)定小麥中蛋白質(zhì)需2小時(shí)，油菜籽中油脂含量需18小時(shí)，賴氨酸含量大約需兩天，而卡車的卸貨時(shí)間僅需5分鐘，到貨后，用化學(xué)分析鑒定其品質(zhì)，再進(jìn)行按質(zhì)分倉(cāng)，需要很長(zhǎng)的等待時(shí)間，勢(shì)必影響整個(gè)經(jīng)營(yíng)步驟。

近紅外技術(shù)則能以它的快速、準(zhǔn)確和實(shí)時(shí)性及時(shí)反饋有關(guān)信息，彌補(bǔ)這一缺陷，因此受到越來(lái)越多的行業(yè)研究者的青睞。