生鮮牛乳中的脂肪球顆粒數(shù)目大且狀態(tài)不穩(wěn)定，在長時間的試驗過程中，脂肪球極易發(fā)生簇集，進(jìn)而上浮到牛乳表層并產(chǎn)生分層，導(dǎo)致近紅外光譜的測量重復(fù)性變差。此外，不同溫度下的脂肪球所處的狀態(tài)也不相同，可能會影響近紅外光譜的測量重復(fù)性，進(jìn)而影響牛乳成分預(yù)測精度。

牛乳近紅外漫反射光譜的測量方法

采用傅里葉變換近紅外漫反射光譜儀（Bruker公司，德國）獲取牛乳樣品的近紅外漫反射光譜。

該儀器的主要參數(shù)包括掃描范圍：833~2500nm，測量模式：積分球漫反射，變量個數(shù)：2074，分辨率：8cm^-1，背景掃描次數(shù)：32，樣品掃描次數(shù)：32。

在采集牛乳樣品的近紅外光譜之前，先打開儀器預(yù)熱30min以上，以便能夠獲取穩(wěn)定可靠的光譜數(shù)據(jù)。之后打開測量軟件，點擊測量界面的“測量背景單通道”按鈕，采集背景光譜R0作為參考光譜。背景設(shè)置好后，用1mL移液器取出2mL牛乳樣品置于小燒杯中，再將鍍金漫反射附件放入小燒杯內(nèi)，蓋于牛乳樣品上，排凈氣泡后將小燒杯置于恒溫水浴鍋內(nèi)進(jìn)行加熱。當(dāng)小燒杯中的牛乳樣品溫度達(dá)到所需的溫度并保持不變時，立即輕輕搖晃小燒杯2s左右，隨后立刻將小燒杯置于光譜儀的測量槽內(nèi)，并點擊測量界面的“測量樣品單通道”按鈕進(jìn)行近紅外漫反射光譜的采集。

溫度對牛乳近紅外光譜的影響規(guī)律

不同溫度下的牛乳近紅外光譜曲線。在全波長范圍內(nèi)，任意溫度下的牛乳樣品均有5個明顯的吸收峰，分別位于977.23、1201.95、1453.25、1795.43和1924.72nm處（25℃）。研究表明，977.23、1453.25和1924.72nm處的吸收峰主要與水中O-H官能團(tuán)的吸收有關(guān)，而1201.95和1795.43nm處的吸收峰主要與碳水化合物、脂肪及蛋白質(zhì)中C-H官能團(tuán)的吸收有關(guān)。

為了更清楚地認(rèn)識溫度對牛乳吸光度的影響，將牛乳的近紅外光譜分為短波（800~1100nm）、中波1100~1700nm）和長波（1700~2500nm）。結(jié)果表明，牛乳的吸光度隨溫度升高在不同的波段呈現(xiàn)出不同的變化規(guī)律。這主要由于不同位置的官能團(tuán)（X-H，X可能是O，C或N）的溫度敏感性不同造成的。例如，在977.23和1453.25nm處，牛乳的吸光度隨溫度升高而升高，并且譜峰的位置會向短波長方向移動；而1795.43nm處的峰隨溫度升高會向長波長方向移動。

牛乳內(nèi)激發(fā)態(tài)分子的數(shù)目是溫度的函數(shù)，而不同位置的吸收帶又起因于牛乳內(nèi)未被激發(fā)的基態(tài)分子對光的吸收，且吸收強(qiáng)度和位置的改變也是通過溫度對偶電常數(shù)和締合的影響引起的。溫度升高會降低水中氫鍵的締合作用，降低氫鍵簇的平均尺寸，增加游離基團(tuán)的吸光度。此外，溫度升高，O-H伸縮振動的譜帶會向短波長方向移動。因此，977.23和1453.25nm處的峰會向短波長方向移動。

溫度對牛乳近紅外光譜測量重復(fù)性的影響規(guī)律

測量重復(fù)性誤差δ_A隨波長的變化與吸光度具有相似的趨勢。δ_A在長波長（＞1400nm）的數(shù)值明顯大于短波長（＜1400nm），說明在1400nm以上波段進(jìn)行牛乳檢測時不易獲得較小的測量重復(fù)性誤差，即不易獲得較好的測量重復(fù)性。此外，在任意波長點處，40℃下的牛乳樣品均具有*小的δ_A值，說明在40℃下進(jìn)行牛乳近紅外光譜的測量能夠獲得*佳的測量重復(fù)性。

在全波長范圍內(nèi)，牛乳樣品（除25℃）的δ_A均有4個明顯的峰，分別位于1161.56、1467.23、1867.87和2292.31nm處（45℃）。1161.56nm處的峰可能與C-H官能團(tuán)的**泛音及水中O-H官能團(tuán)的組合有關(guān)。1467.23nm處的峰可能與水中O-H官能團(tuán)的**泛音有關(guān)。1867.87nm處的峰可能與水中O-H官能團(tuán)的組合有關(guān)。2292.31nm處的峰可能與C-H官能團(tuán)的組合有關(guān)。

在1467.23、1867.87和2292.31nm處，溫度對δ_A的影響較為明顯。在25~35℃之間，δ_A隨溫度升高而升高；在35~40℃之間，δ_A隨溫度升高而下降，并在40℃下達(dá)到*小，之后隨著溫度升高而升高，說明基于近紅外光譜法的牛乳品質(zhì)檢測的適宜測量溫度是40℃。

水作為牛乳中*重要的成分，約占牛乳總質(zhì)量的85%以上。對于近紅外光譜而言，水中O-H官能團(tuán)和脂肪（蛋白質(zhì)）中C-H官能團(tuán)的伸縮振動會對δ_A產(chǎn)生影響，尤其在1400nm以上波段。乳脂肪是牛乳中密度*小，粒徑*大的顆粒，其平均粒徑為3~4μm。在近紅外區(qū)域，乳脂肪存在相當(dāng)強(qiáng)烈的光散射效應(yīng)，影響牛乳的δ_A。

水在近紅外波段的吸收對溫度的敏感性較高，水中O-H官能團(tuán)的伸縮振動易受溫度影響。溫度升高導(dǎo)致伸縮振動的羥基數(shù)目減少而自由振動的羥基數(shù)目增多，除了會產(chǎn)生振動光譜的偏移，也會對牛乳在1160、1450和1850nm附近的δ_A產(chǎn)生影響。

從牛乳本身的物理性質(zhì)出發(fā)，作為一種天然的水包油乳液，牛乳的熱力學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定。溫度不同，乳脂肪所處的狀態(tài)也不同。乳脂肪的熔點約為37℃，當(dāng)溫度低于37℃時，部分乳脂肪為固態(tài)；而當(dāng)溫度高于37℃時，乳脂肪全為液態(tài)。那么在30~37℃之間進(jìn)行牛乳近紅外光譜的測量時，由于乳脂肪狀態(tài)不穩(wěn)定，極易影響牛乳的測量過程，導(dǎo)致其測量重復(fù)性較差。

對于近紅外光譜，不同溫度下的牛乳樣品在833~2500nm范圍內(nèi)均有5個吸收峰，分別位于977.23、1201.95、1453.25、1795.43和1924.72nm處（25℃）。此外，牛乳的吸光度隨溫度升高在不同的波段呈現(xiàn)出不同的變化規(guī)律。

測量重復(fù)性誤差 δA 隨波長的變化與吸光度具有相似的趨勢，且 δA 在長波長的值大于短波長。在全波長范圍內(nèi)，牛乳樣品的 δA 均有 4 個明顯的峰，分別位于 1161.56、1467.23、1867.87 和 2292.31 nm 處（45 ℃）。在 25~35 ℃之間，δA 隨溫度升高而升高；在 35~40 ℃之間，δA 隨溫度升高而下降，并在 40 ℃下達(dá)到*小，說明基于近紅外光譜法的牛乳品質(zhì)檢測的適宜測量溫度是 40 ℃。