均质处理对牛乳近红外光谱的影响

淘仪科技

生鲜牛乳作为一种天然乳浊液，在近红外光谱的测量过程中，粒径较大的脂肪球颗粒易上浮到牛乳表层，可能会影响牛乳近红外光谱的测量重复性，进而影响牛乳成分预测精度。

以入口温度为50℃，不同均质处理后的牛乳样品为研究对象，通过测量不同均质处理后的牛乳样品的近红外光谱图，以重复性误差为评估方法，可分析均质处理对牛乳近红外光谱测量重复性的影响规律。

均质处理对牛乳近红外光谱的影响规律

原乳和不同压力下的均质乳的近红外漫反射光谱曲线

牛乳的光谱曲线随波长的变化不受均质压力影响，且均质乳的吸光度明显小于原乳的吸光度。通过吸光度的计算公式可得，均质乳的漫反射光强要大于原乳的漫反射光强。

此外，不同压力下的均质乳的漫反射光谱曲线差异不大，均质乳的近红外光谱具有良好的稳定性。在全波长范围内，原乳和均质乳均有5个明显的吸收峰，分别位于972.83、1194.75、1440.33、1799.17和1909.13nm处（0MPa）。972.83、1440.33和1909.13nm处的吸收峰分别与水中O-H官能团的第二泛音、第一泛音和组合有关；而1194.75和1799.17nm处的吸收峰分别与C-H官能团的第二泛音和第一泛音有关。

为了更清楚地认识均质压力对牛乳吸光度的影响，将牛乳的近红外光谱分为短波（800~1100nm）、中波（1100~1700nm）和长波（1700~2500nm）。

不同波段下的牛乳（原乳和均质乳）的近红外光谱曲线

在20/5~90/5MPa之间，牛乳的吸光度不随均质压力增加而下降，即牛乳的吸光度与牛乳颗粒大小之间不存在明显的线性关系。此外，在1909.13nm处，均质乳的谱峰位置约向右偏移了5~20nm，而其余吸收峰的位置并未出现明显的偏移。

牛乳成分复杂，其中影响牛乳吸收系数的主要是牛乳成分含量；而影响牛乳散射特性的主要是脂肪球颗粒和蛋白质胶束。均质处理不仅降低了牛乳中颗粒的大小，还增大了牛乳中颗粒的数目。根据代表层理论，颗粒数目增加，使得牛乳中颗粒排列更加密集，不仅增强了颗粒的散射作用，还增大了牛乳的漫反射率，进而增大了均质乳的漫反射光强，最终导致均质乳的吸光度小于原乳的吸光度。

均质处理对牛乳近红外光谱测量重复性的影响规律

原乳和均质乳吸光度的测量重复性误差

测量重复性误差δA随波长的变化与吸光度具有相似的趋势。除90/5MPa外，其余压力下的均质处理明显降低了δA的值，说明适宜压力的均质处理能够明显改善牛乳近红外光谱的测量重复性。

在70/5MPa下，δA的值最小；但在90/5MPa下，δA的值最大，说明在70/5MPa下，近红外光谱的测量重复性最好；在90/5MPa下，近红外光谱的测量重复性最差。

在全波长范围内，牛乳（原乳和均质乳）样品的δA均有4个明显的峰。分别位于1057.34、1450、1897.95和2411.72nm处（90/5MPa）。查阅相关资料可知，1057.34nm处的峰可能与结合O-H官能团的第二泛音有关。1450nm处的峰可能与水中O-H官能团的第一泛音有关。1897.95nm处的峰可能与水中O-H官能团的组合有关。2411.72nm处的峰可能与C-H官能团的组合有关。

在 1057.34、1450 和 1897.95 nm 处，均质压力对 δA 的影响

在1057.34nm处，均质压力对δA的影响不明显。然而，在1450和1897.95nm处，均质压力对δA的影响较明显。在0~70/5MPa之间，随着均质压力增加，δA总体上呈下降趋势，并在70/5MPa下取得最小值，之后随着均质压力增加而增加，说明基于近红外光谱法的牛乳品质检测的适宜均质压力为70/5MPa。