近红外光谱(NIR)应用包含哪些?

农作物营养状况的测量

近红外扫描仪擅长测量反映作物营养状况的植物生理学的各个方面。

近红外工具通过检测叶子中的化学成分，提供有关氮、磷和钾等主要营养素浓度、缺乏或过量的信息。NIR 测试可以取代实验室中繁琐、漫长且复杂的分析。例如，它经常被用来代替相对繁琐的凯氏定氮法来定量植物中的氮。农民和农学家可以使用近红外光谱光合作用分析来检测植物中的氮缺乏情况。

同样，近红外技术可以检测谷物和其他作物叶子中的铁、镁和锌。已成功测定苹果、柑橘、苜蓿、甘蔗和块根作物的叶子营养状况。

如果分析显示缺乏任何元素，农民可以及时提供所需量的营养补充。因此，他们还可以避免过度使用肥料以及由此产生的植物毒性，并减少开支。

用于水果加工的近红外光谱

光谱测量在食品加工过程中有广泛的用途。NIR 工具的使用始于农场。

种植用于加工制成果汁、葡萄酒和其他液体的水果的农民非常重视糖含量。水果必须在正确的时间收获才能达到正确的糖含量。在田间严格跟踪成熟和成熟过程，以确定最佳收获时间。DM 含量用于选择更年期水果(例如苹果或芒果)的收获日期。对于非跃变型水果，例如浆果和葡萄，在收获后不会成熟太多，通过监测作物的 SSC 来确定收获时间。对于黑莓，糖含量和酸度都会受到检查。

用于分类和加工水果和蔬菜的近红外应用有多种：

采收后也会监测糖含量，以便使用处于相似成熟阶段的水果进行加工。

测量了几种新鲜消费产品的含水量，例如蘑菇、蔬菜、芒果、香蕉和草莓。

在通过干燥葡萄生产的葡萄干的生产过程中，在田间和干燥中心对水分含量进行监测，以确定干燥时间。

近红外光谱用于确定果汁的营养状况，例如石榴汁中的生物活性化合物。

在所有这些情况下，提供即时读数的非破坏性近红外工具是帮助实时决策的资产。F-750 农产品质量仪已成功测试各种水果的干物质、SSC、酸度、颜色和水分含量。

用于检测疾病、害虫和毒素的 NIR

近红外光谱可用于在生长中的农作物和储存的谷物出现视觉症状之前检测疾病。害虫、疾病和杂草产生的胁迫会改变植物的组成，也可以通过近红外光谱仪检测到。遥感图像在精准农业中利用这一原理，根据感染强度和范围对田地进行分级，以便种植者能够做出数据驱动的治疗决策。

镰刀菌(Fusarium asiaticum和Fusarium graminearum)是一种危害大麦植株的常见真菌病害，影响谷物的最终品质并降低产量。

稻瘟病引起的稻瘟病会降低产量并危害人们的健康。

这两种真菌均已使用近红外现场工具成功检测到，从而提供了及时有效的控制感染以限制损害的方法。

在收获后储存期间，水稻特别容易受到真菌感染。近红外技术已用于发现和量化米粒中产生黄曲霉毒素的曲霉菌的真菌感染。通过使用 950 和 1650 nm 波长检测黄曲霉毒素 B 1 的存在来鉴定真菌感染。

近红外技术还可以检测昆虫侵扰和谷物收获后的损坏。

通过近红外工具进行内部化合物检查可以检测种子中毒素的形成。例如，氨基酸 L-刀豆氨酸是一种有毒化合物，可以在谷物中形成并减少非反刍动物的食物摄入量。

用于质量控制的近红外光谱

用于在存储、运输和零售过程中对新鲜农产品和加工产品进行分类、分级和质量监控的近红外扫描仪是该技术的重要应用。Felix Instruments 系列基于 NIR 的质量评估设备专为这些任务而设计。

外观、颜色和质地对于确保消费者满意度至关重要。此外，在收获时对 DM 和 SSC 水平进行 NIR 测试使种植者能够生产出满足消费者口味的水果。通过质量计，零售商可以判断水果何时成熟到可以将货物从仓库转移到商店。

在出现视觉症状之前，通过近红外成像早期检测过熟的农产品，有助于剔除变质的产品，以防止乙烯扩散并导致附近其他农产品过早成熟。或者，也可以使用现成的用于点测量的商用近红外相机来检查购买时的水果质量。近红外图像在人眼可见之前就清楚地显示了瘀伤。

科学家们正在尝试建立近红外高光谱成像，通过检查总脂肪、单饱和脂肪酸、饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸来控制核桃的质量。

NIR 扫描仪还用于蜂蜜、油或橄榄等多种产品的质量控制，以确保良好的购买并提供购买选择建议。通过检测仅由橄榄产生的亲水酚，近红外测试可以确定橄榄油的真实性并检查其是否掺假。同样，近红外光谱可以发现绿色香蕉粉的掺假，从而提高出口和创收的可能性。

Felix Instruments 的 F-750 农产品质量计可以测量水果的内部颜色和硬度以及水果和蔬菜的内部腐烂情况。它还可用于检查液体，如果汁或葡萄酒，并测试橄榄油中的亲水酚。

借助 NIR 工具，农场和商店之间的质量控制变得很容易，并且可以经常进行，因为该方法快速且无损。近红外测试被认为对于减少粮食损失和确保粮食充足至关重要。

用于动物和乳制品质量控制的近红外光谱

近红外光谱不仅适用于植物，也适用于动物产品。动物产品的质量控制基于确定身体成分。在缺乏针对肉类产品的特定工具的情况下，科学家有时会使用可用的近红外扫描仪;例如，一些研究人员使用 F-750 农产品质量计成功测试了鱼类质量。

对于鱼类和贝类等水生动物，光谱测试的参数包括蛋白质、脂肪、水、矿物质、维生素、碳水化合物和提取物。就牛肉、猪肉和家禽而言，脂肪、蛋白质和水含量等参数可以区分肉的种类或部位。这些可用于确定掺假和原产地。

NIR 扫描是评估和监控奶酪生产和质量的标准程序。不同的奶酪由不同的脂肪和水成分定义，这些成分用于设定质量基准。近红外测试对于种植者和政府官员来说很方便，可以检查奶酪是否符合营销所需的国家和国际标准。

近红外扫描和成像也用于饲养动物。许多类型的饲料的收获后质量是根据干物质含量确定的。例如，土豆的营养质量用于计算动物的饲料量，以确保它们拥有最佳饮食。测量用于筒仓的玉米中的淀粉、糖和干物质，以确保青贮饲料的质量。或者农民测量牛奶质量以确定牛的饲料成分。

近红外成像用于检查残留饲料，以估计家禽消耗的饲料量。 

用于农业土壤测试的近红外光谱

土壤含有矿物质、水、空气、有机物和微生物。将有机物与矿物质分离是一项挑战，土壤中通常只存在 1-5% 的有机物。此外，传统的有机物估算方法冗长且涉及许多复杂的步骤。NIR 测量速度快，可以在农场或实验室进行，无需样品制备。

近红外光谱仪也已用于测试与农作物有关的土壤的其他方面。可以量化土壤的矿物质成分，如氮 (N)、磷 (P)、钾 (K)、铁 (Fe)、钙 (Ca) 和镁 (Mg)，以确定它们在肥料管理中对植物的可用性。

土壤中的水动态由土壤质地决定，是 NIR 可以测量并为灌溉管理提供建议的另一个关键参数。然而，它确实需要针对不同地点进行校准。

所以，近红外技术似乎是为农业量身定制的技术，不仅适用于研究，也适用于种植者、包装商和分销商。当今的设备非常复杂，可以提供易于实时理解和使用的快速测量。它们足够精确，可用于研究并补充现有设备，消除农场管理中的猜测，同时变得更加用户友好。近红外扫描仪应用更加广泛，并且是为点测量而开发的，成像应用逐渐普及。更小、更便携的工具比以往任何时候都更实惠，并将继续成为为食品供应链带来可量化科学价值的重要一步，从而节省利益相关者的时间、金钱和资源。