無損檢測技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢測方面的應(yīng)用

孔 靜 謝 鳴

[摘要]我國是果品產(chǎn)量大國,從1993年開始,我國果品產(chǎn)量已經(jīng)躍居世界首位。本文介紹了目前國內(nèi)外主要的幾種無損檢測的方法,根據(jù)果蔬的物理特性對果蔬進(jìn)行評定和分級,方法簡單、快捷,測試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性高,有利于實現(xiàn)果品內(nèi)部品質(zhì)的在線分級控制,因此有廣泛的應(yīng)用前景。

[關(guān)鍵詞]無損檢測農(nóng)產(chǎn)品 分級

引言

自1993年開始,我國果品總產(chǎn)量超過印度、巴西和美國,躍居世界首位。因此,水果的品質(zhì)分析就顯得更加重要。水果品質(zhì)檢測主要包括硬度、糖度、酸度等多種指標(biāo)檢測,傳統(tǒng)的檢測方法主要采用的是化學(xué)方法,測量過程復(fù)雜,等待時間長,也就降低了其實際的使用意義。無損檢測技術(shù)(Nondestructive Determination Techonol ogies,簡稱NDT)主要指的是在不破壞或損壞被檢測對象的基礎(chǔ)上,利用農(nóng)產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)異?；蛉毕荽嬖谒鸬膶帷⒙?、光、電、磁等反應(yīng)的變化,來探測各種農(nóng)產(chǎn)品等內(nèi)部和表面缺陷,并對缺陷的類型、性質(zhì)、數(shù)量、形狀、位置、尺寸、分布及其變化做出判斷和評價。

一、農(nóng)產(chǎn)品無損檢測技術(shù)介紹

(一)核磁共振技術(shù)

核磁共振技術(shù)(NMR)是一種探測濃縮氫質(zhì)子的技術(shù),它對農(nóng)產(chǎn)品中的水、脂的混合團(tuán)料狀態(tài)下的響應(yīng)變化比較敏感。自1946年美國科學(xué)家F.Bloch和E.M.Purcell發(fā)現(xiàn)了核磁共振現(xiàn)象以來,核磁共振技術(shù)在研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)方面得到了廣泛應(yīng)用。核磁共振能生成果實內(nèi)部組織的高清晰圖像,不僅可用于檢測果品的壓傷、蟲害、成熟度,在測定蘋果、香蕉的糖度等方面也具有潛在價值。對于采收成熟度直接影響品質(zhì)的品種,利用核磁共振技術(shù)可大大提高收獲、運輸?shù)目煽啃浴Ｄ壳?該項技術(shù)真正用于果品的內(nèi)部檢測和質(zhì)量評價還有很多問題有待研究,但由于其卓越的優(yōu)點,將會是一種很好的果品無損檢測方法。

(二)聲學(xué)特征的應(yīng)用

聲學(xué)特性反映的是聲波和農(nóng)產(chǎn)品相互作用的基本規(guī)律,利用聲學(xué)特性主要是指根據(jù)農(nóng)產(chǎn)品在聲波作用下反射特性、散射特性、吸收特性、衰減系數(shù)和聲波傳播速度及本身聲阻抗、固有頻率等的變化與農(nóng)產(chǎn)品內(nèi)部組織變化如結(jié)構(gòu)、成分、物理狀態(tài)等物化特性信息間的關(guān)系進(jìn)行。用于檢測的超聲波一般為低能超聲波,在被檢測物中傳播時不會引起其物理或化學(xué)特性的變化。低能超聲測量中最常用的3個參數(shù)為:聲速、聲衰減系數(shù)、聲阻抗。聲學(xué)無損檢測技術(shù)與光學(xué)、電學(xué)及其他無損檢測技術(shù)相比,有適應(yīng)性強、投資較低、操作簡便快捷等優(yōu)點,適用于在線檢測,在農(nóng)產(chǎn)品檢測領(lǐng)域的應(yīng)用前景良好。

利用農(nóng)產(chǎn)品聲學(xué)特性對其內(nèi)部品質(zhì)進(jìn)行無損檢測和分級是生物學(xué)、聲學(xué)、農(nóng)業(yè)物料學(xué)、電子學(xué)、計算機等學(xué)科在農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)和加工中的綜合應(yīng)用,該技術(shù)適應(yīng)性強,檢測靈敏度高,對人體無害,成本低廉,易實現(xiàn)自動化,是果品無損檢測技術(shù)發(fā)展的重點領(lǐng)域。雖然國外學(xué)者對此技術(shù)已做了較多基礎(chǔ)研究,但這些研究基本上是研究農(nóng)產(chǎn)品聲學(xué)特性共振頻率、反射折射透射特性、吸收特性、衰減特性、傳播速度、聲阻抗等中的某一特性與農(nóng)產(chǎn)品某一品質(zhì)指標(biāo)的關(guān)系,而對多種聲學(xué)特性對農(nóng)產(chǎn)品某一內(nèi)部品質(zhì)指標(biāo)或多種內(nèi)部品質(zhì)指標(biāo)的綜合影響的研究報道很少,阻礙了聲學(xué)檢測精度的提高。

(三)近紅外分析法的應(yīng)用

近紅外光譜分析技術(shù)(Near Infrared Spectroscopy Analysis,簡稱NIR)是利用樣品中有代表性的有機成分在近紅外光譜區(qū)域的最強吸收波長不同,以及吸收的強度與有機成分呈線性關(guān)系的原理進(jìn)行定量分析。通過對已知有機成分含量的樣品與其近紅外光譜特征的回歸分析,建立定標(biāo)方程,即可對含有同一種有機成分的樣品進(jìn)行定量估測。

近紅外線波長為800～2500 nm,近紅外線照射在果實上,果實中構(gòu)成糖和酸的官能基(-OH,-CH2,-NH)吸收與相應(yīng)分子固有振動相一致的特定光線,近紅外分光法就是利用上述特性,從被吸收的光量非破壞檢測糖、酸、水分和葉綠素等成分的一種技術(shù)。該方法僅在建立標(biāo)定線時破壞果實測定其化學(xué)成分,標(biāo)定線做成后,只需測定樣品的近紅外線分光頻譜,就可得到成分的預(yù)測值,還能在瞬間同時測定多個成分。

(四)X射線檢測技術(shù)的應(yīng)用

X射線檢測技術(shù)是指利用X射線的穿透能力對果蔬品質(zhì)進(jìn)行檢測的一種方法。X射線具有很好的穿透能力,而物質(zhì)的密度大小又影響了其穿透量的多少,通過對透過穿透量多少的分析從而可以對物質(zhì)的內(nèi)部品質(zhì)進(jìn)行分析。檢測時所需的X射線強度弱,所以通常稱為軟X射線檢測技術(shù)。X射線檢測技術(shù)本來是為檢測一些不易拆卸分解的大型構(gòu)件或機械零件的內(nèi)部缺陷而開發(fā)應(yīng)用的,近來已被成功地移植到農(nóng)產(chǎn)品加工領(lǐng)域。

(五)機器視覺技術(shù)的應(yīng)用

20世紀(jì)70年代開始,計算機視覺技術(shù)開始被應(yīng)用到工業(yè)和農(nóng)業(yè)之中,主要進(jìn)行的是植物種類的鑒別、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢測和分級。由于圖像處理技術(shù)專業(yè)的出現(xiàn)以及計算機成本的降低,機器視覺技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢測與分級領(lǐng)域的應(yīng)用中越來越具有吸引力。

計算機視覺是以計算機和圖像獲取部分為工具,以圖像處理技術(shù)、圖像分析技術(shù)、模式識別技術(shù)、人工智能技術(shù)為依托,處理所獲取的圖像信號,并從圖像中獲取某些特定信息。計算機視覺技術(shù)無需接觸特定對象便可從獲取的圖像中得到大量的信息,通過對這些信息的分析得到物體尺寸、表面缺陷、外觀形狀、表面色度等具體信息,進(jìn)而實現(xiàn)外觀質(zhì)量的綜合評價。

現(xiàn)在,用于農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢測與分級的可見光快速檢測主要是基于計算機視覺的檢測技術(shù),利用光學(xué)傳感器或掃描攝像機攝像,綜合測出果品的表面顏色、對特定光的透光率、形狀和大小,并與事先貯存在計算機中的數(shù)據(jù)模型進(jìn)行對比,推算出成熟度和糖分。

(六)電子鼻技術(shù)的應(yīng)用

電子鼻技術(shù)是近年來興起的一種農(nóng)產(chǎn)品無損檢測的方法,電子鼻一般由氣敏傳感器陣列、信號處理子系統(tǒng)和模式識別子系統(tǒng)等3大部分組成。它以特定的傳感器和模式識別系統(tǒng)快速提供被測樣品的整體信息,從而指示樣品的隱含特征。與普通的化學(xué)分析儀器,如色譜儀、光譜儀等不同,電子鼻得到的不是被測樣品中某種或某幾種成分的定性與定量結(jié)果,而是給予樣品中揮發(fā)性成分的整體信息,也稱“指紋”數(shù)據(jù)。

由于在同一個儀器裝置里采用了多類不同的矩陣技術(shù),使檢測更能模擬人類嗅覺神經(jīng)細(xì)胞,根據(jù)氣味標(biāo)識和利用化學(xué)計量統(tǒng)計學(xué)軟件對不同氣味進(jìn)行快速鑒別。在建立數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上,對每一樣品進(jìn)行數(shù)據(jù)計算和識別,可得到樣品的“氣味指紋圖”和“氣味標(biāo)記”。

二、無損檢測技術(shù)的應(yīng)用前景

無損檢測技術(shù)作為一種新興的檢測技術(shù),在不破壞果蔬品質(zhì)的基礎(chǔ)上,對果蔬的品質(zhì)進(jìn)行檢測和分級,利用光學(xué)、電學(xué)以及電腦信息技術(shù)等的先進(jìn)技術(shù)對果蔬的品質(zhì)進(jìn)行準(zhǔn)確、快速的檢測。隨著我國人民生活水平的提高,我們對新鮮果蔬的品質(zhì)要求也越來越高,無損檢測技術(shù)適合加工高效率、大規(guī)模的要求,因此,這種檢測方法必將在未來的農(nóng)產(chǎn)品檢測和分級中得到廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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