🍎 用中红外光谱法（MIR/FTIR）分析乳与液态乳制品
三句话速览
经预处理和均质之后，把乳样通过光谱仪的流通池，仪器在选定的波长上测量中红外辐射的吸收。该检测依据 PN-ISO 9622:2015-09；方法的性质：仪器二次方法——结果出自建立在以参照方法测定过样品上的校准模型，而不是出自光谱本身。整个程序共 10 个步骤；主要用于：收购和与供应方结算时对生乳组成的评价、奶牛乳用性能测定（ICAR）——把中红外法作为常规方法测定脂肪、蛋白质、乳糖和尿素、乳品厂中加工乳、稀奶油和乳清组成的控制。
要点速览
- 标准: PN-ISO 9622:2015-09
- 类别: 食品化学
- 操作步骤数: 10
- 方法的性质: 仪器二次方法——结果出自建立在以参照方法测定过样品上的校准模型，而不是出自光谱本身
- 指南涵盖的基质: 生乳、加工乳、稀奶油、乳清；指南是为牛乳写的，经各自的校准后可用于其他畜种的乳
- 使用的限制: 仅限黏度较低、能被泵送通过分析仪流通系统的产品，以及在所用波长上不引起光学饱和的分析物
概述
中红外乳分析是乳品厂和乳用性能测定实验室大规模评价原料的基础：一次测量几十秒，一次给出组成的若干项参数。PN-ISO 9622:2015-09 等同采用（IDT）国际标准 ISO 9622:2013，该标准与国际乳品联合会共同制定，编号为 ISO 9622|IDF 141。这份标准不是某一项测定的操作规程——它是一套**指南**，用于以测量中红外波段辐射吸收的方式，定量测定乳与液态乳制品（生乳、加工乳、稀奶油、乳清）的组成。
其应用的核心：这是一种**二次**方法。标准自己说，光谱数据要通过建立在对受检总体有代表性样品上的校准模型，转换为各组分浓度的估计值。ICAR 给乳品测定实验室的指南把事情说得很直白：「参照方法」是用于校准常规方法的方法，并且应当是国际标准化的方法（ISO、IDF、AOAC）。对脂肪，参照方法是罗紫-哥特里重量法（ISO 1211 | IDF 1）；对总蛋白，是凯氏消解后的滴定（ISO 8968 | IDF 20，第 1 和第 3 部分）；对乳糖，是 HPLC（ISO 22662 | IDF 198）；作为二次参照方法，允许采用的包括脂肪的盖勃法（ISO 19662 | IDF 238）、乳糖的酶法（ISO 5765 | IDF 79）和 pH 差示法（ISO 26462 | IDF 214）。中红外光谱法本身则列在 ICAR 的标准化常规方法表中——并指向 ISO 9622 | IDF 141 和 AOAC 972.16。
注意版本和标题。现行版本 PN-ISO 9622:2015-09（采用 ISO 9622:2013）的标题是「Mleko i płynne przetwory mleczne — Wytyczne do stosowania spektrometrii w zakresie średniej podczerwieni」[乳与液态乳制品——中红外光谱法应用指南]，涵盖较广的参数和基质。提到测定乳脂肪、蛋白质和乳糖的那个标题属于上一版——PN-ISO 9622:2006（采用 ISO 9622:1999，适用范围：用于测定农场乳中脂肪、蛋白质和乳糖的分析仪），该版已于 2015 年 9 月 24 日撤销，并由 2015 年版取代。PN-ISO 9622:2015-09 的 PKN 目录卡片既没有「撤销日期」栏，也没有「被取代为」栏——这是现行版本（2006 年版 33 页，2015 年版 20 页；技术机构：KT 35 乳与乳制品）。
本说明不包含什么：标准的全文我们没有看到。适用范围、原理、仪器的构造以及影响测量的因素（第 1—6 章）我们依据 ISO 9622:2013 涵盖第 1—5 页的公开预览给出；关于校准、测定本身、稳定性控制和精密度的各章（7—12）不在预览之内——下文给出的重复性、斜率和偏倚的限值出自 ICAR 的指南，其中一部分由指南明确溯及 ISO 9622 | IDF 141，另一部分在标准没有给出数值时被标为参考性的。分析波长、校准模型的构建方式以及某一台具体分析仪的定量限，我们不作猜测——它们取自标准的正文和制造商的资料。
方法原理
经预处理并——如果需要——均质之后，用红外光谱仪测量样品，仪器以透射方式记录在中红外波段规定波长上被吸收的辐射量。光谱数据借助在对受检总体有代表性样品上建立的校准模型，换算为各组分浓度或其他理化参数的估计值；对某些参数（例如与冰点等效的量，英文 freezing point equivalent），还要把仪器其他传感器的信号一并引入模型。相应波长上的信号或者来自经傅里叶变换的干涉图（FTIR），或者借助光学滤光片得到；仪器和校准模型在用于估计某一参数的波长数目上各不相同。标准区分光谱校准（把多于两个波长的吸光度信号或其他传感器的信号结合起来、并经数学优化的模型）以及斜率和截距校准（仪器读数对参照方法结果的回归直线系数）。在基于固定波长吸光度的经典校准（MLR 模型）中，必须采用互校正，以补偿其余组分浓度变化的影响——互校正系数对每一个波长和每一种仪器型号都是各自专有的。
应用领域
- 收购和与供应方结算时对生乳组成的评价
- 奶牛乳用性能测定（ICAR）——把中红外法作为常规方法测定脂肪、蛋白质、乳糖和尿素
- 乳品厂中加工乳、稀奶油和乳清组成的控制
- 其他畜种（山羊、绵羊、水牛）乳及由其制得液态制品的分析——条件是每一种应用都有各自的校准和各自的控制程序
- 分析仪的内部质量控制：重复性、零点稳定性、线性、样品带入、均质器的效能
关键参数
| 参数 | 数值 |
|---|---|
| 方法的性质 | 仪器二次方法——结果出自建立在以参照方法测定过样品上的校准模型，而不是出自光谱本身 |
| 指南涵盖的基质 | 生乳、加工乳、稀奶油、乳清；指南是为牛乳写的，经各自的校准后可用于其他畜种的乳 |
| 使用的限制 | 仅限黏度较低、能被泵送通过分析仪流通系统的产品，以及在所用波长上不引起光学饱和的分析物 |
| 校准用参照方法（ICAR 的清单） | 脂肪——ISO 1211 | IDF 1（罗紫-哥特里重量法）；总蛋白——ISO 8968 | IDF 20 第 1 和第 3 部分（凯氏定氮）；乳糖——ISO 22662 | IDF 198（HPLC） |
| 均质器的检查 | 对脂肪含量为 4.0 % 的乳，未均质与已均质样品五次脂肪读数重复之差不得超过 0.04 %（对其他含量：脂肪含量 × 0.01） |
| 样品带入（carry-over） | 由水、水、乳、乳……次序的 20 个样品的序列测定；算出的 Ew 和 EM 必须小于 ±1 % |
| 线性 | 在该组分的典型范围内至少 10 个已知浓度的溶液，每个测三次；曲率指标 r 应小于 2 % |
| ICAR 的控制限（脂肪、蛋白质、乳糖） | 重复性 sr 为 0.014 个百分点（出自 ISO 9622 | IDF 141 的限值），互校正 ±0.02 个百分点；参考性地：平均偏倚 ±0.02 个百分点，斜率 1.00 ±0.03，日稳定性 ±0.05 个百分点，调零 ±0.03 个百分点 |
标准
- 标准编号
- PN-ISO 9622:2015-09
- 标准名称（波兰语）
- Mleko i płynne przetwory mleczne — Wytyczne do stosowania spektrometrii w zakresie średniej podczerwieni
- 标准名称（英语）
- Milk and liquid milk products — Guidelines for the application of mid-infrared spectrometry
分步操作程序
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仪器的准备
按制造商的说明启动分析仪。检查光学室干燥剂的状态——硅胶应在它开始变色之前更换。
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重复性的控制
把一个均匀且有代表性的样品连续检验至少 12 次；弃去前两个结果，以消除带入的影响。算出的重复性应落在该参数和该基质所对应的限值之内。按 ICAR，每台仪器启用时对一个控制样品作 10 次重复来评价重复性。
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零点的控制
定期分析零样品（水或零溶液）。漂移应当很小且符号随机，使累计漂移可以忽略；把漂移对时间作图很有帮助。对有出厂自动调零功能的仪器，应查看自动修正值。
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均质器的检查
连续做两次分析：未均质的全乳，以及同一样品经仪器均质器之后。对脂肪含量为 4.0 % 的乳，五次脂肪读数重复之差不得超过 0.04 %。注意：均质器完全失效的仪器给出的差值很小——这个试验的结果有时会误导人。
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线性的检查
配制至少 10 个已知浓度、覆盖该组分典型范围的溶液（由储备液作系列稀释）。每个样品测三次，取平均，求线性回归 y = bx + a，算出残差并对期望值作图。曲率指标 r 应小于 2 %。
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样品带入的检查
按下列次序检验 20 个连续的水样和全乳样：水、水、乳、乳、水、水……算出水→乳（Ew）和乳→水（EM）的带入；两个数值都必须小于 ±1 %。评价整个系统（含进样器）时，样品从 20 个独立的样品杯送入；只评价流通系统时，则手工送入，并在两次循环之间擦拭吸管。
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仪器的校准
在对受检总体有代表性的样品上建立或核查校准模型，其参照值以标准化方法取得（脂肪——ISO 1211 | IDF 1，蛋白质——ISO 8968 | IDF 20，乳糖——ISO 22662 | IDF 198）。对 MLR 模型，设定补偿其余组分影响的互校正。校准以及斜率和截距核查的详细做法见标准第 7 章——须读原文。
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样品的测量
按仪器制造商的要求制备样品并使其达到所需状态，然后送入流通系统。应用限于黏度较低、能被泵送通过系统的产品，以及不引起光学饱和的分析物。
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稳定性的日常控制
在工作过程中分析控制（引导）样品，以评价日稳定性和短期稳定性；按 ICAR 的建议，短期稳定性约每小时 3 次，调零每天 4 次，而斜率和偏倚分别按月和按周核查。
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超限的处置与检测报告
超出控制限时，在继续测量之前重新调整仪器的设定（标准第 10.5 章）。在检测报告中写明方法并援引 PN-ISO 9622:2015-09，同时说明结果出自以参照方法校准的仪器方法。
所需设备与仪器
| 设备 | 示例 | 参考价格 |
|---|---|---|
| 中红外乳分析仪 | 带干涉仪和傅里叶变换（FTIR）的仪器，或带光学滤光片的仪器，配流通池 | — |
| 分析仪内置的均质器 | 在测量前打碎脂肪球；其效能用单独的试验检查 | — |
| 带泵和进样吸管的流通系统 | 样品带入（carry-over）的来源——与自动进样器一同检查 | — |
| 自动进样器 | 流通式分析仪的典型配置；ICAR 要求在测量前立即把样品混匀，但各来源并未描述进样器中的混匀方式 | — |
| 光学室干燥剂（硅胶） | 应在它开始变色之前更换，且不得迟于制造商给出的期限——室内的湿气会改变光学零点和校准 | — |
| 制备控制样品与线性溶液的器具 | 称量各份的天平、样品恒温用的水浴 | — |
试剂、培养基与耗材
| 试剂 | CAS | 详情 |
|---|---|---|
| 零样品（水或零溶液） | — | 在工作过程中定期分析，用以控制零点的稳定性；漂移应当很小且方向随机 |
| 脂肪含量 8 % 的均质稀奶油 | — | 用于检查脂肪通道的线性——用脱脂乳或零溶液稀释 |
| 脱脂乳超滤所得的截留液 | — | 用于蛋白质通道的线性，用超滤液稀释；储备液的蛋白质含量约 5.5 %。也可用乳清蛋白浓缩物、酪蛋白酸钠、丙酸钙[须在 ICAR 指南中核查：丙酸钙不含蛋白质，作为蛋白质通道线性用溶液并无道理——来源中可能写的是酪蛋白酸钙；我们不作裁定，因为手头没有该指南]、脱脂乳粉或用蒸馏水稀释的浓缩脱脂乳代替 |
| 一水乳糖溶液 60 g/l | — | 用于乳糖通道的线性——用水或乳的矿物盐溶液稀释 |
| 控制（引导）乳样 | — | 用于日常和短期的稳定性控制；按 ICAR 在质量保证机制下制备（均匀性和稳定性的控制），其赋值与标准物质或参考物质相联系 |
职业健康与安全
- 生乳是潜在的感染性物料（其中包括致病微生物）——应戴手套作业，不得用口吸移液管，作业后洗手。
- 乳样有时用防腐剂稳定——作业前应查阅所用防腐剂的安全数据表并遵照执行。
- 分析仪内有红外辐射源和带电部件——工作时不得打开光学室，维修交由制造商。
- 均质器在高压下工作——仪器运行时不得拆开流通系统。
- 分析后的废物（乳、冲洗水）按本厂的废物管理程序收集；加有防腐剂的溶液不得倒入水槽。
常见问题
该检测依据哪项标准？
该检测依据的标准为 PN-ISO 9622:2015-09 — 《Milk and liquid milk products — Guidelines for the application of mid-infrared spectrometry》。
该方法的原理是什么？
经预处理并——如果需要——均质之后，用红外光谱仪测量样品，仪器以透射方式记录在中红外波段规定波长上被吸收的辐射量。光谱数据借助在对受检总体有代表性样品上建立的校准模型，换算为各组分浓度或其他理化参数的估计值；对某些参数（例如与冰点等效的量，英文 freezing point equivalent），还要把仪器其他传感器的信号一并引入模型。
测量范围和准确度是多少？
方法的性质：仪器二次方法——结果出自建立在以参照方法测定过样品上的校准模型，而不是出自光谱本身；指南涵盖的基质：生乳、加工乳、稀奶油、乳清；指南是为牛乳写的，经各自的校准后可用于其他畜种的乳；使用的限制：仅限黏度较低、能被泵送通过分析仪流通系统的产品，以及在所用波长上不引起光学饱和的分析物；校准用参照方法（ICAR 的清单）：脂肪——ISO 1211 | IDF 1（罗紫-哥特里重量法）；总蛋白——ISO 8968 | IDF 20 第 1 和第 3 部分（凯氏定氮）；乳糖——ISO 22662 | IDF 198（HPLC）。
完成检测需要多长时间？
整个程序共 10 个步骤。标准未对每个步骤给出时长——实际用时取决于实验室自身的操作程序。
需要哪些设备？
中红外乳分析仪、分析仪内置的均质器、带泵和进样吸管的流通系统、自动进样器、光学室干燥剂（硅胶）、制备控制样品与线性溶液的器具。
该检测用于哪些场景？
收购和与供应方结算时对生乳组成的评价；奶牛乳用性能测定（ICAR）——把中红外法作为常规方法测定脂肪、蛋白质、乳糖和尿素；乳品厂中加工乳、稀奶油和乳清组成的控制；其他畜种（山羊、绵羊、水牛）乳及由其制得液态制品的分析——条件是每一种应用都有各自的校准和各自的控制程序；分析仪的内部质量控制：重复性、零点稳定性、线性、样品带入、均质器的效能。
需要采取哪些安全防护措施？
生乳是潜在的感染性物料（其中包括致病微生物）——应戴手套作业，不得用口吸移液管，作业后洗手。；乳样有时用防腐剂稳定——作业前应查阅所用防腐剂的安全数据表并遵照执行。；分析仪内有红外辐射源和带电部件——工作时不得打开光学室，维修交由制造商。；均质器在高压下工作——仪器运行时不得拆开流通系统。；分析后的废物（乳、冲洗水）按本厂的废物管理程序收集；加有防腐剂的溶液不得倒入水槽。
哪家实验室可以开展此项检测？
该检测由通过 ISO/IEC 17025 认可的实验室开展。在 LabCoda 上可按标准编号检索 PN-ISO 9622。