近年来，近红外光谱技术在我国得到了迅猛的发展，相关的新产品新技术层出不穷。为了多方位展现我国在近红外光谱领域的最新成果，媒体和近红外光谱分会合作制作《近红外光谱新技术/应用进展》网络专题，同时也以此献礼近红外分会成立10周年，并寄语2021年国际近红外大会。

　　为了更深入的了解国产近红外光谱仪器技术的发展和应用现状，我们特别邀请了聚光科技研发部经理周新奇等给大家分享其对国产近红外光谱技术及应用发展的理解。

　　近红外产品研发路：便携、台式、在线仪器满足用户不同需求

　　聚光科技近红外产品的研发生产至今已有20多年的时间，目前已有超过2000套近红外产品服务于工农业生产的多个领域。

　　以自主研发为基础，开展近红外产品制造、销售和服务，为客户专业提供成套的近红外分析技术及应用方案，聚光近红外产品的目标是为工农业生产的待检物料提供准确可靠的分析数据，真实反映其质量情况。如要获得高品质的分析数据，稳定可靠品质一流的仪器是基础，再配套以成熟适用的分析模型，方能达成目标。质量一流的仪器价格相对较高，而国内分析仪器的市场现状是国产仪器价格一定要比同类进口仪器便宜。为了满足国内市场要求，聚光选择自主开发核心光谱仪，用较低的研发成本开发高品质的近红外分析仪，打造自己的近红外光谱平台，形成价格适中质量一流的近红外分析仪器产品。

　　在2006年到2009年的三年时间里，聚光精心打磨了一款光栅分光型的近红外光谱仪。此后在国家重大科学仪器专项近红外仪器项目资助下，该光谱仪平台性能发展得更优异，可靠性、稳定性及一致性有了进一步提升。在上述光谱仪平台基础上，聚光科技开发了多款不同型号的近红外分析仪器，如用于纺织品、塑料、果品等检测的便携式近红外分析仪SupNIR-1000系列产品，满足燃油、酒精等检测的SupNIR-2600产品，用于粮油饲料检测的台式近红外分析仪SupNIR-2700系列产品，用于液体在线近红外分析的SupNIR-4510和用于固态物分析的SupNIR-4692产品，以满足用户的不同需求。

　　在2014年，聚光科技因“舰队群”战略发展需要，成立实验室业务部，将近红外全线产品划入该业务部，同时成立杭州谱育科技发展有限公司，一套人马两块牌子，对内称实验室业务部，对外则称谱育科技。自此聚光近红外产品的发展走入一个新的阶段。

　　聚焦粮油行业 上下游同时扩展

　　近红外分析方法需要分析模型，而构建一个分析模型需要大量样品，只有在大宗产品的检测领域，才能在较短时间内获取足够多样品数量，易于构建成熟模型;同时大宗产品检验工作量大，可充分发挥近红外简单快速的特点，将质量管理人员从枯燥繁琐的检验劳动中解放出来。因此，在大宗产品检测领域选择近红外技术是一种必然。

　　聚光科技将近红外应用工作聚焦到大宗农产品方面，尤其在粮油中选择了小麦、菜籽、大豆等产品作为突破口。一方面近红外检测粮食、饲料等相关国标方法出台，为该技术的推广奠定了基础;另一方面进口仪器厂商的相关工作，推动了市场，教导了客户，为该类型仪器的推广铺平了道路。

　　经过10来年行业耕耘，聚光近红外分析仪在粮油行业已经扎下根，主推的近红外分析仪SupNIR-2720(如下图1)在业内已经产生良好口碑。这一方面归功于产品性能好质量优;另一方面也归功于产品生产开发及营销服务团队的不懈努力。

图1：SupNIR-2720近红外分析仪

　　SupNIR-2720最大的特点在于上照式设计，光源发出的光照射样品的上表面，敞开式漫反射方式检测，样品和光源间没有窗片等阻隔，减少了干扰和光损耗，有利于提高仪器信噪比。该仪器采用数据库进行数据管理，数据存储、查看、交换、统计和分析十分方便。操作软件将仪器管理、数据分析与管理、模型建立与管理三大功能集成。可以定制软件接口，供集团型用户访问数据，将软件与其集团办公系统、进销结算等IT系统对接，为客户管理的信息化、集中化处理提供便利。而且粮食、油料、饲料等各种品类各种指标的分析模型比较完备，用户拿到仪器即可开展准确可靠的样品检测，故而受到用户欢迎。

　　在面粉加工方面，聚光科技在与用户互动过程中逐渐积累了小麦、面粉的分析模型，模型效果越来越好，数据质量越来越高，近红外仪器不但能指导面粉生产商采购到品质价位合适的小麦，而且可用于产品的调配，稳定产品质量，甚至可以用于生产线的考核，创造效益。在此过程中，我们对该行业也越来越熟悉，推广也越来越顺利。据推测，目前聚光近红外仪器在全国面粉加工厂的占有率在30%以上。

　　下面按照工序流程重点谈谈使用SupNIR-2720近红外仪进行原粮检验和生产过程控制的方法：

　　1、原粮检验的控制：SupNIR-2720近红外分析仪10秒内能测量水分、容重、蛋白含量、湿面筋含量、吸水率、硬度、沉降值等，且样品不需要粉碎，解决原粮收购手抓牙咬眼睛看等感觉检验不足，避免了人情粮，建设以质论价公平合理的收购体系，好粮食就有机会上门，有好粮食才能生产出好面粉。

　　2、原粮出仓搭配的控制：小麦搭配是生产环节的起点，也是决定面粉最终质量的关键点。SupNIR-2720仪器准确分析出水分、容重、蛋白含量及湿面筋含量，以此指导配麦。其中，搭配后小麦检测水分值的高低，直接用来指导加水量的调节和控制。

　　3、入磨小麦的水分与二次加水量的控制：入磨水分的高低，对制粉工艺以及经济效益的影响比较大，控制入磨小麦的水分稳定很重要。SupNIR-2720近红外分析仪能够准确测定润麦 24 小时后小麦的水分，指导二次加水量调节和入磨小麦的搭配使用。

　　4、对制粉生产过程的控制：SupNIR-2720近红外分析仪可准确的测定成品面粉、次粉、麸皮及各个粉路的水分、灰分、蛋白、面筋、吸水率等各项指标。可以定时对成品粉或等级粉进行取样检测，如发现灰分超标，就可立即采用SupNIR-2720仪器启动几个粉路灰分指标的快速测定，判定出具体哪个粉路出现问题，指导粉路调整。

　　5、对粉筛筛理效果的监测控制：在某种意义上讲，面粉质量是“选”出来的，因为每个粉流的流量和质量都是筛网配置决定的。面粉企业应定期对制粉车间的工艺进行测定，并对筛网配备进行诊断和调整。通过SupNIR-2720仪器快速检测各粉路的水分和灰分，并且按照粉流的顺序形成时间序列图，即可准确的判断是哪个粉流有问题，是哪层筛网有问题，准确地指导调整筛网和物料分配。

　　在粮油加工领域取得突破后，聚光开始攻关国家粮食和物资储备局，努力将国产近红外分析仪打入国家粮食质检体系。2014年，聚光为国家粮食质检研制了高端网络化近红外分析仪SupNIR-3000(如下图2所示)。该型分析仪通过双模式自校正等创新设计，突破了近红外分析仪一致性瓶颈，结合稻谷、小麦、玉米、大豆、菜籽等大宗粮食油料水分、蛋白、淀粉、面筋、脂肪酸值、品尝评分等相关指标分析模型，形成了成熟的粮食快速分析专用的近红外分析系统，并在此基础上开展近红外网络化应用开发，构建了近红外仪器传感层、数据分析层和应用服务层的三层近红外网络分析系统(如下图3所示)。通过粮情数据采集、标准化、大型数据库系统的数据汇总分析，为粮情监测、决策提供数据支持，打破了国外进口近红外产品在国家粮食质检领域的垄断局面，几年来在多个省区粮食质检系统取得了不错的成绩。

图2：SupNIR-3000近红外分析仪

图3：近红外网络分析系统架构

　　为了满足粮食经纪人对收购粮食快检的需求，2016年，聚光推出粮食专用化的近红外分析仪SupNIR-1230(如下图4所示)，通过手机APP软件进行云分析。测量模型由云服务器提供，用户通过手机端操作，只需简单操作即可获得数据，方便快捷。配合大容量电池设计，非常适合于粮油收购等应用场景。结合某一特定种类的分析模型，形成了成熟的快检专用近红外分析仪及其云分析系统。该类型设备作为大豆蛋白的专用分析仪在东北销售量达到300台以上，并且形成了东北大豆传感网，目前入网数据达到13.98万条，并在持续增长。该应用市场的开拓，为准消费级近红外产品打开了一扇门，探索了一条可行道路。

图4：SupNIR-1230近红外分析仪

　　聚光在粮油领域能取得成功，主要得益于以下几个方面：一是产品质量过硬，一套近红外分析仪器工作5年，一般不会产生售后维护工作;二是分析结果准确可靠，用户使用仪器出检测数据十分放心;三是仪器操作十分简单，用户拿到设备即可使用，已经积累成熟的分析模型如下表1;四是众多专家、用户及朋友的热心帮扶。

表1：聚光近红外粮油成熟分析模型

	模型种类	项目	项目	项目	项目	项目	项目	项目	项目
1	小麦颗粒	水分	粗蛋白	湿面筋	硬度	沉降值	干面筋	脂肪酸值
2	面粉	水分	粗灰分	湿面筋	粗蛋白	吸水率	沉降值
3	大豆颗粒	水分	粗蛋白	粗脂肪	脂肪酸值	水溶性蛋白
4	豆粕	水分	粗蛋白	粗灰分	粗脂肪	粗纤维	PS	UA	氨基酸
5	稻谷-整粒	水分	粗蛋白	脂肪酸值	直链淀粉	胶稠度
6	精米颗粒	水分	粗蛋白	直链淀粉	食味品质	品尝评分
7	糙米颗粒	水分	粗蛋白	脂肪酸值
8	米粉	水分	粗蛋白	氮含量	粗脂肪	直链淀粉
9	米糠	水分	粗蛋白	粗灰分	粗脂肪	粗纤维	酸价
10	米糠粕	水分	粗蛋白	粗灰分	粗纤维	粗脂肪	氨基酸
11	玉米-颗粒	水分	粗蛋白	容重	粗脂肪	淀粉	粗灰分	粗纤维
12	玉米胚芽	水分	粗脂肪	粗蛋白
13	玉米胚芽粕	水分	粗蛋白	粗脂肪	粗纤维	粗灰分
14	芝麻饼	水分	粗脂肪
15	棉籽	水分	粗蛋白	含油量
16	棉籽粕	水分	粗蛋白	粗灰分	粗脂肪	粗纤维	PS
17	棉籽蛋白	水分	粗蛋白	粗灰分
18	花生粉	水分	含油量
19	花生粕	水分	粗蛋白	粗灰分	粗脂肪
20	花生仁饼	水分	粗蛋白	粗灰分	粗脂肪
21	油菜籽	水分	粗脂肪	硫苷	芥酸	油酸	亚油酸	亚麻酸	粗蛋白
22	菜粕	水分	粗蛋白	粗灰分	粗纤维	粗脂肪
23	油葵	水分	含油量
24	油葵粕	水分	粗蛋白	残油量
25	红花籽	水分	含油量	亚油酸
26	冻玉米	水分

　　从产品应用角度出发，聚光沿着行业的纵深进行扩展，向下游扩展进入饲料、精深加工等领域。在深加工领域白酒酿造行业即是一个较好的选择。中国传统白酒酿造的规模大，行业利润丰厚，拥有使用近红外进行检测分析的良好潜力。近红外方法可检测其原粮、入窖前及出窖后的酒醅，还可检测酒曲。

　　在发酵过程中酒醅的水分、酸度、淀粉影响了微生物的生长，决定了酒的品质，因此对酒醅上述指标的监测有十分重要的价值。《DB34/T 2561-2015 固态发酵酒醅常规指标的快速检测 近红外法》地标已经给出了相应的近红外检测酒醅方法，为近红外仪器在该领域开展工作奠定了基础。

　　酒醅的含水量比较高，通常含量在50%-65%，且酸度高，采用SupNIR-2720等敞开式漫反射检测方式最合适：样品中的酸不会腐蚀到仪器样品盘;装样后再检测下一个样品时，样品的清理很简单，即使清理不干净也不会影响下一个样品检测结果的准确度。在酿造过程中，上述台式近红外分析仪器不但可以用于入窖酒醅、出窖酒醅的检测，还可以检测原粮，有益于增强酒企的效益。

　　酿造过程对在线分析也有需求：在传统白酒生产中，多采用古法酿造，但行业具有机械化、自动化技术升级的需要。在线检测更有效地应用于过程控制，帮助提高自动化水平，实现精细化管理，产生效益。而且近红外技术本身相对成熟，技术门槛较低。使用近红外在线检测技术进行过程控制的可行度非常高。而且采用在线技术可减少人工取样工作量，降低劳动强度，对于酒企降低用工量，稳定质检队伍也大有裨益。

　　聚光科技在四川某酒厂成功实施了一套用于酒醅检测的近红外在线分析系统。其系统框架如下图5所示。在线近红外系统以在线近红外分析仪为核心，包括在线近红外仪表单元、分析探头以及有关辅助设施等组成部分。整个系统具有如下特点：可以同时测量水分、淀粉、酸度等多个参数，测量速度快，具有很高的测量精度，具备自动参比校准功能，从而很好地校正光学视窗污染的影响，系统结构坚固抗震动能力强，可适应于恶劣现场环境等特点。

图5在线系统结构示意图

　　该系统从分析探头接收到的光信号，经过光纤传输到仪表单元内，转化成为光谱信号，该光谱信号传输给在线分析软件后，通过近红外检测模型的演算得到测量值，该测量值回传给仪表单元，在仪表单元转化为控制信号后，通过电缆传送给中控系统，用于在线调控。下图6展示的是在线连续监测淀粉的趋势结果。该系统已经成功应用于其配粮系统，并获得省科技进步奖。

图6：在线监测酒醅淀粉的趋势图

　　近红外光谱技术在生产流通领域的应用前景

　　近红外仪器市场容量跟标准规范的关联度极大，因为近红外技术本身是二次分析技术，其检测结果不能用于仲裁，同时又没有标准物质可衡量其检测结果的准确性。在传统质监分析领域，近红外仪器的发展空间十分有限，但是该技术作为一种快速、简单的质控手段，在生产流通领域将有十分宽广的前途。谨以我们熟悉的粮油行业体会抛砖引玉，总结为下表。

	现状	未来趋势
市场状况	省市一级粮油检测单位基本全部配备、油料加工中大型单位基本配备	几乎全部粮食相关单位都会使用近红外技术，形成规模
仪器设备	进口设备较多，国产近红外分析仪器应用较少	国产品牌必然代替进口设备，突出中国制造优势
分析模型	小区域、小范围的模型	全国适用的模型、全球适用的模型
网络化应用	少数几家单位内部示范应用	形成国家级、区域站支撑的全国化的近红外应用网
标准	少数几个指标的近红外检测标准	建设全方位近红外方法标准

　　其中值得注意的是近红外分析网络化的发展。目前聚光协助部分粮食质检的省一级单位根据其自身需要，完成近红外粮食分析网的构建，同时也构建了区域性的粮食近红外分析网。随之这些网络作用的发挥，网络协同效益将会显现，届时近红外分析真正进入大数据时代。

　　当前，近红外仪器多种技术路线并存、百家争鸣、百花齐放。从做好分析仪器的角度出发，更好稳定性、更高一致性的近红外仪器是我们仪器研制从业者孜孜不倦的追求。谱育科技正在开发相关的技术平台，相信在不久的将来，即有相应的仪器面世。

　　(供稿：周新奇，慎石磊，李光)

领域：粮油及淀粉豆制品等制品,酒类,GMP生产QA/QC,原料药/中间体