無(wú)損檢測(cè)在食品品質(zhì)檢測(cè)中的運(yùn)用

馬昕

摘 要：隨著物質(zhì)生活水平的大幅度提升，人們對(duì)食品品質(zhì)也提出了更高的要求，運(yùn)用現(xiàn)代先進(jìn)科學(xué)技術(shù)保障食品品質(zhì)已成為公眾普遍關(guān)注的話題。本文介紹了無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)，探究了基于力學(xué)、光學(xué)、電磁學(xué)等原理的無(wú)損檢測(cè)在食品品質(zhì)檢測(cè)中的運(yùn)用情況，并以食物細(xì)菌檢測(cè)、重金屬等檢測(cè)為典型案例，分析了無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，以期為食品品質(zhì)檢測(cè)提供參考。

關(guān)鍵詞：無(wú)損檢測(cè);食品品質(zhì)檢測(cè);應(yīng)用力學(xué);電磁學(xué);生物傳感技術(shù)

Abstract：With the substantial improvement of material living standards， people also put forward higher requirements for food quality. The use of modern advanced science and technology to ensure food quality has become a topic of public concern. This paper introduces the characteristics of non-destructive testing technology， explores the application of non-destructive testing based on the principles of mechanics， optics， electromagnetics， etc. in food quality testing， and analyzes the application of non-destructive testing technology based on the detection of food bacteria and heavy metals as typical cases. Application advantages， in order to provide reference for food quality testing.

Key words：Non-destructive testing; Food quality testing; Applied mechanics; Electromagnetics; Biosensing technology

中圖分類號(hào)：TS207.3

近年來(lái)，食品安全事件頻發(fā)，暴露了我國(guó)在食品品質(zhì)檢測(cè)方面的漏洞，與此同時(shí)，食品品質(zhì)及安全問題也受到了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注[1]。傳統(tǒng)食品品質(zhì)檢測(cè)耗時(shí)長(zhǎng)、流程復(fù)雜，且投入資金多。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在食品品質(zhì)檢測(cè)中得以應(yīng)用，其能夠在保持初始物質(zhì)樣態(tài)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)食品光學(xué)、電學(xué)特性的檢測(cè)，反映出食品外表特征及內(nèi)部品質(zhì)，對(duì)食品品質(zhì)監(jiān)測(cè)有著重要的實(shí)踐意義與應(yīng)用價(jià)值。

1 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)概述

作為一種非破壞性檢測(cè)技術(shù)，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)主要是指在不破壞待測(cè)物質(zhì)原有狀態(tài)、不影響其化學(xué)性質(zhì)前提下，實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)物質(zhì)化學(xué)成分、物理信息等的檢測(cè)。無(wú)損檢測(cè)集中了材料科學(xué)、物理學(xué)、信息技術(shù)以及人工智能技術(shù)等多項(xiàng)技術(shù)，經(jīng)過(guò)多年實(shí)踐研究，其在食品品質(zhì)檢測(cè)中的價(jià)值已經(jīng)得到了專家學(xué)者及科技人員的一致認(rèn)可[2]。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在食品品質(zhì)檢測(cè)中的作用主要是通過(guò)數(shù)據(jù)信號(hào)采集、數(shù)據(jù)處理及信號(hào)控制3個(gè)部分實(shí)現(xiàn)的。其中數(shù)據(jù)及信號(hào)的采集是其中最為核心的部分，其直接關(guān)系著結(jié)果的準(zhǔn)確性。無(wú)損檢測(cè)的難點(diǎn)則是信號(hào)采集方式的選擇。完成數(shù)據(jù)采集后采用計(jì)算機(jī)現(xiàn)代化設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理?？刂菩盘?hào)則是在顯示器上將結(jié)果予以呈現(xiàn)。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)具有用時(shí)短、成分低的優(yōu)勢(shì)，還能推進(jìn)智能制造，使食品的加工更加智慧，比如在中央廚房裝備中，通過(guò)檢測(cè)菜的熟化程度，引導(dǎo)翻動(dòng)頻率和翻動(dòng)方式。特別是無(wú)損檢測(cè)技術(shù)進(jìn)入我國(guó)傳統(tǒng)食品工業(yè)后，可以幫助傳統(tǒng)食品加工從手工一步跨過(guò)機(jī)械化，直接進(jìn)入自動(dòng)化、智能化制造階段，實(shí)現(xiàn)跨越級(jí)的多級(jí)發(fā)展。隨著機(jī)械手、電子技術(shù)的普及，傳統(tǒng)的風(fēng)味得到完美保存，生產(chǎn)技術(shù)和工藝更加智慧更加智能。

2 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在食品品質(zhì)檢測(cè)中的應(yīng)用

2.1 基于光學(xué)原理食品品質(zhì)檢測(cè)

基于光學(xué)原理的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)主要包括紫外光譜法、近紅外光譜法、可見光譜法等。上述方法都是通過(guò)食品對(duì)光的反射、吸收以及投射等特性實(shí)現(xiàn)對(duì)食品內(nèi)部品質(zhì)的檢測(cè)。目前，光學(xué)原理無(wú)損檢測(cè)技術(shù)對(duì)食品的檢測(cè)主要被應(yīng)用于谷物、果蔬等產(chǎn)品化學(xué)成分、物理性質(zhì)及色度學(xué)等分析及檢測(cè)中[3]。果蔬與谷物食品無(wú)論在內(nèi)部成分還是外部特性方面都存在明顯差異性，經(jīng)過(guò)不同波長(zhǎng)射線照射，果蔬、谷物會(huì)產(chǎn)生出不同透射、反射及擴(kuò)散效果，一部分被食品內(nèi)部組織吸收，一部分則被表面反射。因此運(yùn)用光學(xué)原理進(jìn)行食品品質(zhì)檢測(cè)是切實(shí)可行的。該技術(shù)主要是通過(guò)檢測(cè)反射率及透光率，進(jìn)而得到食品品質(zhì)相關(guān)數(shù)據(jù)。高光譜遙感不僅可探測(cè)人眼無(wú)法感知的譜段范圍，更可以連續(xù)記錄數(shù)百個(gè)光譜波段，辨別人眼無(wú)法辨識(shí)的微小差異，如有農(nóng)藥殘留的蔬菜和沒有農(nóng)藥殘留的蔬菜。相較于傳統(tǒng)檢測(cè)方式，高光譜遙感食品檢測(cè)不僅具有無(wú)接觸、無(wú)損的特點(diǎn)，更可以大大提升檢測(cè)效率，讓食品安全檢測(cè)更加方便快捷。

2.2 基于聲學(xué)原理食品品質(zhì)檢測(cè)

聲波也是檢測(cè)食品品質(zhì)的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，其主要利用的是不同聲波在不同待測(cè)食品樣品檢測(cè)中的反射特性、吸收特性等的不同實(shí)現(xiàn)的。待測(cè)食品樣品具有自己的聲阻抗與固有頻率，再加上聲波傳播速度，兩者之間會(huì)相互作用，進(jìn)而形成一定的規(guī)律。如在檢測(cè)西瓜樣品時(shí)，對(duì)西瓜做出打擊動(dòng)作，不同成熟度西瓜產(chǎn)生的聲波是不同的。適熟西瓜打擊音波是有規(guī)律的，呈現(xiàn)出衰減波形。過(guò)熟的西瓜波形則不規(guī)律。因此，要想檢測(cè)西瓜的成熟程度可以借助聲學(xué)原理音波波形特點(diǎn)進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。

2.3 基于電磁學(xué)原理食品品質(zhì)檢測(cè)

電磁學(xué)原理下檢測(cè)食品品質(zhì)的技術(shù)主要包括主動(dòng)特性法與被動(dòng)特性法兩種，前者主要是借助待測(cè)食品自身的電磁學(xué)性質(zhì)進(jìn)行測(cè)量，后者則是將食品放置于電磁場(chǎng)中，在電磁場(chǎng)影響下營(yíng)造相應(yīng)的外部環(huán)境，對(duì)其特性進(jìn)行檢測(cè)[4]。電磁學(xué)是目前應(yīng)用最為廣泛的食品品質(zhì)檢測(cè)方式。如在檢測(cè)桃子在儲(chǔ)藏室的變化情況時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)其最佳測(cè)試頻率段低于15 kMHz，且儲(chǔ)藏時(shí)間越長(zhǎng)，等效阻抗越大、相對(duì)介電常數(shù)越小。當(dāng)桃子發(fā)生腐爛時(shí)，電特性數(shù)值會(huì)變大。有學(xué)者在研究中采用智能LCR測(cè)試儀對(duì)不同內(nèi)部品質(zhì)蘋果的電特性進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果顯示利用介電常數(shù)對(duì)水果內(nèi)部品質(zhì)進(jìn)行判定具有較高的可行性[5]。利用水氫核橫向弛豫時(shí)間對(duì)面團(tuán)水流動(dòng)性進(jìn)行測(cè)定，顯示面粉中的蛋白質(zhì)、化學(xué)物質(zhì)的加入并不會(huì)對(duì)面團(tuán)結(jié)合水量產(chǎn)生影響，采用核磁共振則能有效檢測(cè)出奶酪中的水分情況。這是因?yàn)槟汤伊鲃?dòng)性好壞很大程度由水分子交換決定。當(dāng)環(huán)境及化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，蛋白質(zhì)排列也會(huì)重組。

2.4 基于應(yīng)用力學(xué)食品品質(zhì)檢測(cè)

力學(xué)食品品質(zhì)檢測(cè)技術(shù)包括敲打解析法、超音波測(cè)定法等，其利用振動(dòng)頻率、黏彈性以及硬度等食品力學(xué)特性對(duì)食品品質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)。聲波與振動(dòng)法一方面能有效檢測(cè)出待測(cè)食品品質(zhì)指標(biāo)，另一方面能幫助判斷食品內(nèi)部是否存在缺陷，組織結(jié)構(gòu)情況等。如在對(duì)牛乳中脂肪含量進(jìn)行測(cè)定時(shí)，可以采用超音波法，不同待測(cè)食品對(duì)超聲波呈現(xiàn)的反射波有著明顯的差異性，根據(jù)這一特點(diǎn)可以了解待測(cè)食品的品質(zhì)。另外，該方法還被應(yīng)用于雞鴨牛羊等動(dòng)物肉質(zhì)、脂肪厚度檢測(cè)。

2.5 生物傳感技術(shù)下食品品質(zhì)檢測(cè)

隨著現(xiàn)代生物傳感技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用范圍也不斷擴(kuò)大，逐漸應(yīng)用于食品品質(zhì)檢測(cè)領(lǐng)域，主要涉及添加劑檢測(cè)、有害成分檢測(cè)以及基本成分鑒定等，除此之外還能夠檢出食品中是否含有有毒成分[6]。該檢測(cè)方法操作簡(jiǎn)單、無(wú)需大量試劑，具有較高的靈敏度，且不會(huì)產(chǎn)生污染。該檢測(cè)技術(shù)涉及物理、化學(xué)、生物等多個(gè)方面，有效融合了納米技術(shù)、現(xiàn)代生物技術(shù)及材料技術(shù)等多項(xiàng)核心技術(shù)，在食品添加劑檢測(cè)方面有著顯著的優(yōu)勢(shì)。如采用生物傳感器檢測(cè)食品中添加劑亞硫酸鹽情況。研究發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期食用亞硫酸鹽會(huì)增加哮喘風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)該添加劑的檢測(cè)不僅能減少食品中亞硫酸鹽的含量，而且能提升食品安全性，保障食品品質(zhì)。

3 無(wú)損檢測(cè)食品品質(zhì)典型案例

3.1 食物細(xì)菌檢測(cè)

作為食品質(zhì)量安全檢測(cè)的重要內(nèi)容，細(xì)菌檢測(cè)主要是通過(guò)對(duì)食品中細(xì)菌含量的測(cè)量，獲得食品新鮮程度、清潔程度的過(guò)程，其還能用于評(píng)估加工操作是否符合衛(wèi)生要求。傳統(tǒng)檢測(cè)由于設(shè)備落后，檢測(cè)缺乏科學(xué)性，結(jié)果說(shuō)服力不強(qiáng)，且存在一定的盲區(qū)。而無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用則能彌補(bǔ)傳統(tǒng)細(xì)菌檢測(cè)的缺陷。通過(guò)系統(tǒng)檢測(cè)獲得準(zhǔn)確的結(jié)果。如在檢測(cè)某品牌蘋果汁中所含大腸桿菌情況時(shí)，無(wú)損檢測(cè)結(jié)果顯示大腸桿菌為32.74%，另外有3.13%為非致命性細(xì)菌。采用傳統(tǒng)檢測(cè)結(jié)果顯示大腸桿菌檢出率為24%[7]。由此可見傳統(tǒng)技術(shù)檢測(cè)食品中細(xì)菌情況無(wú)法將大腸桿菌與其他種類細(xì)菌分離開來(lái)，結(jié)果誤差較大，難以為后續(xù)研究提供可靠的參考依據(jù)。另外，從兩種檢測(cè)方式所花費(fèi)時(shí)間來(lái)看，無(wú)損檢測(cè)較傳統(tǒng)檢測(cè)減少了25%耗時(shí)，體現(xiàn)了無(wú)損檢測(cè)的優(yōu)越性。

3.2 重金屬檢測(cè)

隨著近年來(lái)農(nóng)田污染程度的加劇及污染范圍的擴(kuò)大，食品重金屬檢測(cè)也成為食品安全關(guān)注的重點(diǎn)。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)對(duì)重金屬的檢測(cè)主要采用的是激光誘導(dǎo)，其能實(shí)現(xiàn)對(duì)食品中金屬元素的追蹤，對(duì)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行追蹤[8]。如在監(jiān)測(cè)土豆類果蔬中重金屬情況時(shí)，先對(duì)土豆進(jìn)行切片處理，然后將切片放置于檢測(cè)臺(tái)，進(jìn)行反復(fù)10次試驗(yàn)，獲得數(shù)據(jù)分別為7.38%、4.28%、6.29%、4.25%、7.13%、5.02%、4.69%、5.61%、5.52%和6.02%。通過(guò)上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)預(yù)判土豆中所含重金屬的含量，能夠獲得最為準(zhǔn)確的結(jié)果。

3.3 農(nóng)藥殘留檢測(cè)

目前，市場(chǎng)上售賣的蔬菜、水果等都或多或少的會(huì)存在農(nóng)藥殘留，其不僅影響居民身體健康，而且具有一定的毒害作用。在無(wú)損檢測(cè)技術(shù)支持下，采用高光譜法對(duì)食品中農(nóng)藥成分進(jìn)行檢測(cè)，能夠幫助鑒別殘存農(nóng)藥的總量。檢測(cè)時(shí)首先對(duì)果蔬根據(jù)所用農(nóng)藥類型的不同進(jìn)行分類，然后進(jìn)行針對(duì)性檢測(cè)，獲得可靠性結(jié)果。如對(duì)菠菜農(nóng)藥殘留進(jìn)行檢測(cè)，可以采用同位素追蹤法，結(jié)果顯示其殘留農(nóng)藥含量為10.25%，該結(jié)果能為食品安全提供保障。

4 結(jié)語(yǔ)

目前，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)成為食品品質(zhì)檢測(cè)的新技術(shù)與新手段，食品品質(zhì)檢測(cè)相關(guān)工作人員應(yīng)積極學(xué)習(xí)并熟練掌握無(wú)損檢測(cè)技術(shù)特點(diǎn)及操作方法，正確運(yùn)用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，為食品品質(zhì)分級(jí)提供可靠的依據(jù)，這不僅是食品安全的必然要求，同時(shí)也是提升食品競(jìng)爭(zhēng)力的必然選擇。

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作者簡(jiǎn)介：馬 昕（1992—），女，本科，講師;研究方向?yàn)槭称芳庸づc檢測(cè)。