综述：光谱技术在食品与农业中的应用与采纳挑战：一项批判性评论

本综述系统评述了光谱技术（NIR、Vis、MIR、FIR）在食品与农业领域（如品质评估、过程监控及污染物检测）的应用现状，并深入剖析其产业化面临的核心挑战（如模型校准、成本及标准化缺失），最后提出建立云端模型共享平台与实时数据分析工具以推动技术普及。

　　

光谱技术在食品与农业中的应用与采纳挑战

摘要

光谱技术已成为食品与农业领域不可或缺的分析工具，以其快速、无损的特性广泛应用于食品品质与成分评估。尽管技术显著进步，其在工业规模的应用仍受限，尤其对中小型企业（SMEs）而言。本综述批判性探讨了光谱技术在食品与农业中的当前应用，涵盖植物基、动物基、土壤及加工食品的品质评估、过程监控与分析，同时剖析了广泛采纳的障碍，包括校准过程、经济成本、数据复杂性及标准化缺失等问题。光谱技术已证明能有效识别多种食品基质中的关键营养素、腐败物、污染物及掺假物质，但标准化校准模型的缺乏、模型在不同仪器和设置间转移的困难以及高实施成本阻碍了其普及。为促进更广泛采纳，本综述强调建立在线平台以共享光谱模型的重要性，该平台将整合实时云端数据分析工具，集中当前分散于个别研究中的校准模型，从而增强互操作性、减少重复劳动，并促进协作模型开发与验证。

引言

近年来，光谱技术已成为许多科学与工业领域的基本分析工具。在食品与农业部门，光谱技术革新了品质评估方式，提供了快速、无损的替代方案，取代了耗时的传统分析方法。光谱技术本质上捕获电磁波与物质相互作用的信息，揭示样品的组成与结构细节。根据应用不同，光谱技术已用于分析农业商品中的品质属性，如水分、蛋白质、脂肪、糖含量及污染物（例如近红外NIR、可见光Vis、中红外MIR和远红外FIR区域）。NIR区域（700–2500 nm）是最常用区域，Vis区域为400–700 nm，MIR为2500–25000 nm，FIR为25000 nm至1 mm。每个光谱区域提供特定信息，使光谱成为多用途分析工具。

尽管研究人员报告了许多优势，但光谱技术在商业农业和食品品质控制中的采纳仍不均衡。虽然欧洲和北美有成功案例，如使用NIR光谱进行小麦品质评估和MIR光谱进行常规牛奶成分分析，但许多其他部门和地区尚未 embrace 这些技术。光谱技术通常用于简化并加速检测过程、检测杂质并确保食品安全标准。例如，研究人员证明NIR光谱可评估多种农产品的品质，检测不良成分并贡献于食品安全。然而，多个障碍阻碍了其工业应用，包括经济、技术、方法学和社会经济因素。

初始成本较高，涉及光谱仪器的采购，尤其是高光谱分辨率或配备特殊附件的精密类型，对中小型企业（SMEs）构成障碍。额外成本可能来自开发校准模型、定期仪器维护以及培训人员进行化学计量学分析。尽管常规光谱分析可通过预开发模型简化，但光谱数据解释、化学计量建模和预测模型验证的初始阶段仍对用户构成挑战。因此，仍需数据分析和化学计量学技能以优化模型。然而，与潜在损失（如整批小麦被拒收或易腐产品腐败）相比，这些成本可被证明合理。此外，许多食品行业仍依赖传统测量方法和长期建立的质量控制协议，这些因素持续减缓向光谱解决方案的过渡。

模型可转移性也是光谱技术工业采纳的一个挑战，涉及将一个仪器上开发的模型应用于另一个仪器。仪器规格、光谱分辨率、波长范围以及光谱数据收集时的环境条件的变化可能影响模型输出，导致错误预测如果模型未经必要重新校准部署。这种复杂性对拥有多个制造地点或各种产品线的行业构成问题，因为这些行业往往耗费大量资源尝试为每个案例定制模型。

除技术和经济边界外，社会经济维度显著贡献于光谱技术的有限使用。相当大比例的食品行业从业者对光谱技术的优点和基本原理缺乏足够理解，主要源于对其易用性、成本和有效性的误解。此外，不愿适应长期方法可能 complicate 光谱技术融入标准质量控制程序。改变这些社会经济根源需要开展有针对性的教育活动、外展倡议以及成功案例，展示行业在实施光谱技术后如何获益。

本综述旨在汇编材料并分析光谱技术在食品与农业相关领域中的广泛应用，特别关注阻碍其广泛采纳的因素。通过检视光谱领域研究人员的发表结果，我们旨在提供关键见解，以弥合研究进展与实际应用之间的差距。后续综述将检视光谱技术在植物产品、动物产品、土壤和加工食品品质控制中的应用，讨论推进光谱技术采纳的途径，包括仪器小型化、云端数据分析、云端模型共享平台以及行业-学术合作的创新。最终目标是让利益相关者清晰理解与光谱技术采纳相关的挑战与机遇。

品质检查与安全

光谱技术的使用允许快速、无损评估食品产品，这对确保其品质和安全至关重要。它有助于识别营养素、新鲜度、腐败、污染物和掺假物的存在。通过采用此技术，用户可确保产品符合食品安全协议和标准。

光谱技术工业采纳的障碍

光谱技术在食品与农业部门的整合有潜力改善品质控制、过程监控和产品安全。然而，其应用仍因经济、技术和操作障碍而受限。主要障碍类别包括大型初始投资挑战、生产线整合、数据相关问题等。

印度尼西亚案例：挑战与机遇

在印度尼西亚，采用光谱技术进行品质控制和食品安全 presents 优势和挑战，在这个拥有多样化农业景观的国家。各种农产品和强劲的出口导向突出了解光谱技术意识与采纳水平的重要性，关乎农业发展和行业标准。

光谱技术工业未来方向

光谱技术在食品和农业部门的未来充满希望，但当前障碍需通过创新、合作和监管机构政策支持来解决。随着行业对光谱技术在品质保证、过程监控和可持续性中价值的意识逐渐增长，焦点需转向更复杂问题，如成本、精密性和可访问性。未来发展的促成因素包括技术进步、协作努力和政策倡议。

结论

本批判性综述检视了光谱技术在食品和农业部门采纳的潜力与挑战。光谱技术提供了品质控制、安全评估和过程监控的可靠工具。然而，显著障碍依然存在，包括高初始成本、需要大型数据集、数据解释专业知识以及对此技术好处的有限意识。此外，实验室成功与实际应用之间的差距仍然存在，突显了持续研究、开发和行业参与的 need。通过应对这些挑战并利用新兴机遇，光谱技术可充分发挥变革食品和农业部门的潜力。