近红外光谱技术在直接检测骆驼奶粉中常见微塑料污染方面的应用评估

《Food Chemistry》：Evaluation of near infrared spectroscopy for direct detection of common microplastics contamination in camel Milk powder

基于近红外光谱检测骆驼奶粉中微塑料污染的研究，通过制备240种不同浓度（0.01%-1.00%）的微塑料（PE、PP、PS、PET）添加样品，采用傅里叶变换NIR光谱结合PCA和PLS-DA分析，发现N-H和C-H振动区域可区分污染与非污染样本，PLS-DA模型对PP和PS分类准确率达0.789-0.798，但对PE和PET检测精度有限。该技术为高值乳制品的快速筛查提供了可行方案。

　　

万春旭|刘颖|谢静|陈峰|沈慧洁|荣丽丽

北京农业职业学院智能农业工程学院，中国，102442

摘要

食品中的微塑料（MPs）污染，尤其是在高价值的乳粉中，引发了新的健康和质量问题。本研究评估了近红外（NIR）光谱技术作为一种快速、无损的工具，用于直接检测和定量乳粉中的典型微塑料（PE、PP、PS和PET）。共制备了240个添加了微塑料的样品（添加浓度为0.01–1.00%（重量百分比）），并使用傅里叶变换NIR光谱技术进行了分析。主成分分析（PCA）显示，未受污染样品与添加了微塑料的样品在光谱上有明显的分群，这种分群主要是由N-H和C-H振动带的差异驱动的。经过GLSW预处理的PLS-DA模型对未受污染样品（分类误差为0.004）和各种微塑料类型（分类误差在0.008到0.026之间）都具有较高的分类准确性。PLS模型在检测PP和PS时表现优异（R2CV分别为0.789和0.798），而检测PE和PET时的准确性则处于中等水平。这些结果表明，NIR光谱技术是一种可行的、高通量的方法，可用于筛查乳粉中的微塑料污染，为其在高端食品产品的常规质量控制中的应用提供了支持。

引言

微塑料（MPs）是指直径小于5毫米的塑料碎片，由于它们会通过食物链进入人体，因此引起了广泛的公众关注（Kadac-Czapska等人，2023年；Zhang等人，2025年）。一旦进入人体，微塑料可能引发炎症反应、器官损伤和内分泌紊乱；长期积累还可能与免疫系统和生殖系统的潜在不良影响有关（Süssmann等人，2026年；Zeng等人，2025年）。

对于食品和环境样品等复杂基质中的微塑料分析，传统方法通常包括分离和富集步骤，随后通过光谱显微成像或扫描电子显微镜-能量色散光谱仪进行识别和定量（Das等人，2025年；Ompala等人，2024年）。虽然这些方法能够精确地表征微塑料的形态、类型和含量，但劳动密集且耗时的分离步骤大大限制了分析的通量。最近的研究表明，可以使用中红外微光谱技术直接筛查样品中的微塑料，而无需预先分离（Andoh等人，2024年；Li等人，2025年；Xie等人，2025年）。此外，基于质谱的技术也被用于识别和定量复杂基质中的微塑料（González Herrera等人，2026年；Huang等人，2025年）。尽管这些方法避免了分离和富集的需要，但它们往往受到高仪器成本和低样品通量的限制，不适合大规模的常规筛查。近红外（NIR）光谱技术具有明显的优势，包括无损性、快速分析和环保性，并已成功应用于饲料、灰分和土壤基质中微塑料的定性和定量检测（Bec等人，2024年；Kan等人，2024年；Liu等人，2025年；Wu等人，2024年）。饲料、灰分和土壤都是粉末状基质，与乳粉类似。NIR光谱技术作为微塑料的高通量筛查工具具有很大的潜力；然而，其在乳粉分析中的应用尚未得到探索。

骆驼乳粉是一种通过脱水和干燥骆驼奶制成的固体乳制品。由于骆驼的妊娠期特别长（大约13个月），骆驼乳粉富含乳铁蛋白、不饱和脂肪酸、维生素和矿物质等生物活性成分，产量较低，因此价格较高，通常是牛乳粉或山羊乳粉的5到8倍（Gebrehiwot & Banat，2025年）。消费者经常购买骆驼乳粉是因为认为它具有健康益处。对这种高价值产品进行全面的微塑料污染筛查不仅对于提高其食品安全和质量保证至关重要，也有助于增强消费者信任并建立负责任的品牌形象。

微塑料污染可能发生在乳制品供应链的各个阶段，挤奶过程、技术处理和包装是主要的污染风险点。先前使用红外光谱技术分析16个商业脱脂乳粉样品的研究发现了29种不同的微塑料类型，其中聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、聚苯乙烯（PS）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）最为常见（Visentin等人，2024年）。基于此，本研究以骆驼乳粉为模型基质，系统地制备了含有控制浓度的PP、PE、PS和PET微塑料的添加样品。获取并分析了所有样品的NIR光谱特征，以评估NIR光谱技术在快速、直接和定量评估骆驼乳粉中微塑料污染方面的可行性。

部分摘录

添加了微塑料的骆驼乳粉样品的制备

从中国新疆维吾尔自治区动物科学研究所收集了23个具有代表性的骆驼乳粉样品。这23个样品来自三个不同的生产商和批次，确保了样品的代表性。从丰台聚合物材料有限公司购买了四种常见的微塑料（聚丙烯PP、聚乙烯PE、聚苯乙烯PS和聚对苯二甲酸乙二醇酯PET），每种微塑料的粒径均为150微米。

添加了典型微塑料的骆驼乳粉的近红外光谱特性

添加了四种典型微塑料（PE、PET、PP、PS）的骆驼乳粉样品的近红外（NIR）光谱被分为三个浓度范围：0.01–0.30%、0.30–0.70%和0.70–1.00%。每个组的平均光谱与纯骆驼乳粉和纯微塑料的光谱进行了比较（图1）。在0.01–1.00%的浓度范围内，没有观察到特定于微塑料的明显吸收峰；添加了微塑料的样品光谱与纯样品的光谱非常相似

结论

本研究证明了近红外（NIR）光谱技术在直接、快速和无损检测骆驼乳粉中的微塑料污染方面的可行性。尽管在低浓度范围（0.01–1.00%）内没有明显的聚合物特异性吸收峰，但在N-H和C-H振动区域出现了微妙但一致的光谱变化，这使得能够有效区分未受污染和受污染的样品。PCA成功地将纯骆驼乳粉与添加了微塑料的样品区分开来。

作者贡献声明

万春旭：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 初稿，数据分析。刘颖：撰写 – 审稿与编辑。谢静：撰写 – 审稿与编辑。陈峰：撰写 – 审稿与编辑。沈慧洁：撰写 – 审稿与编辑。荣丽丽：撰写 – 初稿，数据分析，概念构思。

资金支持

本研究得到了新疆省“公开招标选拔最佳候选人”项目的财政支持。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。