運用近紅外高光譜成像技術(shù)檢測羊肉脂肪及蛋白質(zhì)含量

范澤華 姚江河 陳杰

摘要：夏季是人們外出進行燒烤活動的主要季節(jié)，羊肉制品一直是燒烤架上最受歡迎的肉類制品。但在市場經(jīng)濟的不良引導下，羊肉制品開始受到來自人工飼料，化學添加劑的影響。這些加工過的羊肉制品相比于原生原味的羊肉制品在脂肪含量，蛋白質(zhì)含量都存在很大的差距。因此，對羊肉檢測部門推向一種新型有效的羊肉檢測技術(shù)是十分必要的。本文通過介紹運用近紅外高光譜成像技術(shù)在羊肉制品上的檢測，并說明了高光譜成像技術(shù)在羊肉制品檢測中產(chǎn)生的作用。并對今后如何拓展該技術(shù)在檢測領(lǐng)域的應用提出了一些設(shè)想。

關(guān)鍵詞：高光譜成像；檢測；脂肪；蛋白質(zhì)

基金項目：塔里木大學校長基金：TDZKQN201505；兵團科技支疆項目：2014AB037

中圖分類號： S762 文獻標識碼： A DOI編號： 10.14025/j.cnki.jlny.2016.14.069

往往在人們親身品嘗購買的羊肉時才能了解羊肉制品的口感，但其中的脂肪含量，蛋白質(zhì)含量人們并不能用肉眼看出。因此，有的羊肉吃下去會令人發(fā)胖，有的卻只能幫助消費者一飽口福。同時羊肉制品的價格因不同的質(zhì)量，而在市場上標以不同的價位。是否物有所值，消費者同樣無法判斷，因此利用高科技手段將羊肉制品根據(jù)其自身真實的脂肪含量與蛋白質(zhì)含量劃分價位標準，更加有利于消費者挑選適合自身意向的羊肉產(chǎn)品。近紅外高光譜成像技術(shù)在對羊肉的檢測方面發(fā)揮了自身的特殊功能。

1羊肉脂肪與蛋白質(zhì)檢測的現(xiàn)實意義

關(guān)于羊肉脂肪與蛋白質(zhì)含量，不僅僅是消費者對于羊肉制品的質(zhì)量要求，更是國家安全檢疫部門對不健康羊肉產(chǎn)品檢測的關(guān)鍵。市場上各類羊肉出現(xiàn)于街邊的燒烤攤、大排檔上，其消費市場之大是其他肉類所不能比擬的。因其較高的售賣利潤，大多數(shù)飼養(yǎng)羊的商戶會或多或少的在羊飼料中添加某些速成藥劑，這也直接導致了羊肉后期的成長過程中，有害成分的積淀，因此嚴格的羊肉檢測措施，是對公眾食品安全的一種高度負責。

在實際的羊肉檢測中，利用凱式定氮法與索式抽提法進行檢測是當前主要的檢測手段，但是由于在檢測之前需要將羊肉樣品進行繁瑣的預先處理，高昂的成本限制了這兩種方法在羊肉檢測中的推廣，尋求一次性具備大量檢測羊肉能力的檢測方式成為了當下需求。

2高光譜成像技術(shù)的檢測原理

2.1概念

高光譜成像技術(shù)是產(chǎn)生于上世紀80年代一項融合了多方面技術(shù)的掃描技術(shù)，在光學，光電子學，以及計算機信息處理技術(shù)上都有涉及，是傳統(tǒng)二維成像與光譜技術(shù)的完美結(jié)合體。該技術(shù)最初用于航天領(lǐng)域，用于衛(wèi)星圖片的拍攝與遙感系統(tǒng)的構(gòu)建。在后續(xù)的發(fā)展中，近紅外高光譜成像技術(shù)逐漸運用在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與農(nóng)業(yè)氣象方面。

2.2高光譜成像技術(shù)的工作原理

高光譜成像本身包含二維和三維的光學圖像，其中二維的坐標數(shù)據(jù)與三維的波長信息共同構(gòu)成了最終影像，其主要的成像方式包括：濾波片式與堆掃式。前者主要通過攝像頭與可更換濾波片組成，后者主要通過攝像頭和光譜儀的配合。在工作效方面，后者能采集更多的高光譜圖像數(shù)據(jù)，并能保持較高的精密度，便于尋找特征波長。

2.3高光譜成像技術(shù)的特點

高光譜成像技術(shù)主要具備以下特點：高分辨率的光譜圖像、寬廣的波長覆蓋范圍、圖像光譜一體的全方位展示效果、對樣本數(shù)據(jù)數(shù)量的需求較多。

3近紅外高光譜成像技術(shù)檢測羊肉脂肪和蛋白質(zhì)含量的步驟

3.1羊肉樣品準備與選取

具有效研究資料表明，養(yǎng)肉制品的脂肪含量與蛋白質(zhì)含量深受自身羊的性別、成長年齡，甚至基因遺傳變異條件的影響。其中羊自身品種更能明顯的在羊肉脂肪與蛋白質(zhì)含量上顯示出差別。因此，在羊肉樣品的選擇過程中選取了公羊、母羊、小羊、老羊的羊肉各一塊，并在相同年齡性別條件下選取綿羊與山羊的肉各一塊進行對比檢測。將羊肉分為相同大小，放于冰箱冷藏。

3.2高光譜成像系統(tǒng)的準備

首先將高光譜成像系統(tǒng)的各個組成部分準備調(diào)試好。包括光譜成像儀，輸出光源，一臺計算機，暗箱以及相應檢測軟件操作系統(tǒng)。

3.3樣品光譜圖像的采集

在將光譜成像系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置正確后，開始對不同羊肉樣品的光譜圖像采集。將羊肉樣品放置于職能檢測平臺上。同時暗箱關(guān)閉，封閉整個光譜檢測成像系統(tǒng)，令羊肉在無光線狀態(tài)下進行檢測。檢測完成之后注意用塑料袋密封保存。

4蛋白質(zhì)與脂肪含量的測定

在測定脂肪含量之前，需要將提取脂肪的無水乙醚準備好，利用無水乙醚的不斷抽提，將羊肉脂肪抽離出來，利用干燥箱將羊肉干化并壓為粉末，將兩者質(zhì)量對比。此時測出羊肉樣品中的脂肪含量對于蛋白質(zhì)含量的測定，主要通過凱式定氮法，借助凱式定氮儀將羊肉樣品中的總含氮量測出。最后在與蛋白質(zhì)系數(shù)相乘得出蛋白質(zhì)含量。

在測出蛋白質(zhì)與脂肪含量時，運用高光譜成像儀進行掃描，找出蛋白質(zhì)與脂肪的特征波長，并以此建立預測模型。其中脂肪含量預測與蛋白質(zhì)含量預測使用最小二乘法進行預測，效果較好。

5結(jié)論

運用近紅外高光譜成像技術(shù)檢測羊肉的脂肪與蛋白質(zhì)，是在羊肉質(zhì)量檢測程序上一張新型的檢測方法，這種方法具有以下優(yōu)點：成像速度快，檢測結(jié)果透明化，羊肉脂肪標準與蛋白質(zhì)信息反饋全面以及短時間檢測量大等。運用高光譜成像技術(shù)進行檢測，將成為羊肉質(zhì)量部門檢測羊肉優(yōu)劣的一個新手段，有效的解決了傳統(tǒng)檢測方式落后且效率低下的問題。未來，這種檢測技術(shù)還應該在其他食品檢疫領(lǐng)域展開功能研究。

參考文獻

[1]海龍.關(guān)于我國舍飼養(yǎng)羊業(yè)發(fā)展問題的探討[J].黑龍江動物繁殖，2012，（06）.

[2]閆振富，張艷舫，代寶柱.再度“養(yǎng)羊熱”發(fā)生原因及應對措施[J].北方牧業(yè)，2012，（20）.

[3]王培培，張德權(quán)，陳麗，饒偉麗.近紅外光譜法預測羊肉化學成分的研究[J].核農(nóng)學報，2012，（03）.

作者簡介：范澤華，碩士，塔里木大學信息工程學院，講師，研究方向：農(nóng)業(yè)遙感。