農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)劣變在線探測技術(shù)研究

張詠梅 張建喜 畢然

摘要：針對我國農(nóng)產(chǎn)品物流環(huán)節(jié)易發(fā)生品質(zhì)劣變、且缺乏針對品質(zhì)劣變的監(jiān)測技術(shù)和設備的突出問題，面向果品、蔬菜、肉品和水產(chǎn)品配送過程需要，本文對農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)裂變在線探測技術(shù)與裝備進行了研究。重點對農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)裂變在線探測技術(shù)目前的主要技術(shù)難點和問題進行了分析，對適合我國國情的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量無損檢測技術(shù)與裝備新體系的構(gòu)建進行了闡述與技術(shù)分析，本文研究將提高我國農(nóng)產(chǎn)品物流管理水平與農(nóng)產(chǎn)品物流效率，有效避免大規(guī)模腐損事件。

關(guān)鍵詞：品質(zhì)劣變;在線探測

一、主要技術(shù)難點和問題分析

1. 多數(shù)生鮮農(nóng)產(chǎn)品主要采用冷鏈物流，特別是肉類和水產(chǎn)品，其運輸和貯藏溫度較低。本項研究的農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)劣變監(jiān)測器件需長期工作在低溫和振動環(huán)境中，如何設計合理的傳感器件結(jié)構(gòu)和監(jiān)測系統(tǒng)以滿足環(huán)境適應性，是本項研究的技術(shù)難點之一。本項研究避免使用受溫度影響大、功耗大的半導體傳感器，采用電化學傳感技術(shù)和光學傳感技術(shù)解決劣變中氣體的定量化測量，并應用工業(yè)級和汽車級器件實現(xiàn)傳感器和監(jiān)測系統(tǒng)的環(huán)境適應性要求。

2. 本項研究的目標不僅定位于突破國際前沿技術(shù)，更為重要的是要依靠所研究技術(shù)為農(nóng)產(chǎn)品物流提供支撐，解決生產(chǎn)和生活中的實際問題，工業(yè)上常用的商業(yè)化電子鼻、光譜分析儀等昂貴儀器難以服務于實際生產(chǎn)。因此，如何實現(xiàn)技術(shù)產(chǎn)品的低成本化是本研究的重點和難點之一。本項研究在開展過程中重點考慮方法的低成本實現(xiàn)問題，如：對農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)劣變氣體的指紋圖譜進行優(yōu)化研究，從而用最少的傳感器單元實現(xiàn)劣變識別;對于氧化還原性氣體，用氧化還原性氣體進行感知，用非色散紅外傳感方法實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)氣體感知，而避免使用分光方法等高成本方案。

3. 果品外觀品質(zhì)檢測中的運動目標快速獲取、分割、動態(tài)序列圖像融合。通過實驗設計、數(shù)據(jù)分析、技術(shù)改進、試驗驗證解決。果品外部品質(zhì)綜合檢測方法與檢測模型。通過圖像處理、特征提取、數(shù)學建模、模型校正進行解決。

4. 基于特定細菌表面生化特征和免疫納米磁珠的優(yōu)點對四種及以上被測病原菌進行復雜背景下、有選擇的樣品快速預處理和富集，以達到對樣品進行高效提純和分離?；诿庖邿晒饬孔狱c標記的同時快速檢測四種及以上病原菌，以達到提高檢測靈敏度和速度、減少樣本用量，從而降低檢測費用。

二、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量無損檢測技術(shù)與裝備新體系構(gòu)建

（1）農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)判別數(shù)據(jù)庫構(gòu)建

研究蔬菜、果品、肉品、水產(chǎn)品在不同環(huán)境參數(shù)物流過程中營養(yǎng)品質(zhì)、衛(wèi)生品質(zhì)、安全性與氣味、表面缺陷、微生物的變化規(guī)律，構(gòu)建農(nóng)產(chǎn)品不同品質(zhì)等級的判別數(shù)據(jù)庫。構(gòu)建農(nóng)產(chǎn)品不同品質(zhì)等級和新鮮度的氣味、近紅外光譜判別模型和貨架期預測模型。運用主成分分析、線性判別、聚類分析、統(tǒng)計過程質(zhì)量控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡等不同模式識別進行多模式品質(zhì)等級定性判別，采用偏最小二乘法建立氣味、近紅外光譜、表面缺陷與品質(zhì)指標的定量關(guān)系。

（2）農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)劣變氣體的高靈敏傳感技術(shù)研究和傳感器研制

基于農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)劣變與變質(zhì)氣體的相互關(guān)系，篩選和優(yōu)化適用于蔬菜、水果、肉品、水產(chǎn)品品質(zhì)劣變過程的氣體傳感器，研究硫化氫、氨氣等氣體的電化學傳感技術(shù)，優(yōu)化選擇離子選擇性氣敏電極，實現(xiàn)電極微弱信號的調(diào)理和采集，通過研究實時定標模式消減測量中的基線噪聲;研究乙醇、乙烯等氣體的非色散紅外傳感技術(shù)，構(gòu)建多次反射光學系統(tǒng)以提高光程，優(yōu)化選擇適用于冷鏈物流環(huán)節(jié)的各種氣體敏感波段，建立吸光度與氣體濃度的定量化計量模型。

（3）農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)劣變監(jiān)測系統(tǒng)（簡易電子鼻）研制

在感知器件研制基礎上，集成的氨氣、硫化氫、乙烯、乙醇等氣體傳感器，構(gòu)建農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流中品質(zhì)劣變的集成化監(jiān)測設備。研究陣列傳感器集成過程中的信號采集、時序同步、高速信號處理問題，研制可安裝于物流車（或冷庫）的車載式監(jiān)測設備，對運送過程中的多種氣體同時進行連續(xù)在線監(jiān)測并預警。研究多元傳感器集成中的低功耗設計方法，研制手持式監(jiān)測設備，可隨時在各運送環(huán)境對劣變氣體進行監(jiān)測。

（4）典型果品表面缺陷快速在線無損檢測技術(shù)研究與裝備研制

研究典型果品表面缺陷快速在線無損檢測技術(shù)研究與裝備研制研究典型果品損傷、蟲害、腐爛等表面缺陷的光學響應特性，綜合利用高/多光譜圖像技術(shù)、激發(fā)熒光技術(shù)和結(jié)構(gòu)光編碼技術(shù)，確定最佳圖像采集波段，突破高速、高精度檢測的動態(tài)序列圖像融合、特征提取及三維信息獲取等核心技術(shù)，建立果品表面缺陷、果梗和花萼的在線快速識別方法;開發(fā)輸送、翻轉(zhuǎn)和卸料一體化的水果檢測分級裝置，實現(xiàn)果品的自動定向及整齊、有序、高速在線排列;研制典型果品表面缺陷快速在線無損檢測和自動化分級生產(chǎn)線。

（5）多元病原菌和真菌毒素的快速檢測方法研究和設備研制

針對沙門氏菌、金黃色葡萄球菌等常見食源性致病菌，考察基于鞭毛、脂多糖等大分子的單克隆抗體免疫反應特性，選取具有高度特異性和靈敏度的抗體制備生物傳感材料，研制多源病原菌的熒光生物傳感檢測儀器。針對OTA、ZEA、DON等真菌霉素，采用不同偶聯(lián)比將其標記至微納磁球表面，研究微納磁球的阻抗頻譜特性，以及表面抗原標記密度、粒徑、磁場強度對檢測性能的影響。研制與免疫阻抗傳感器相匹配的便攜式阻抗測量儀器，實現(xiàn)真菌霉素的快速檢測。

（6）農(nóng)產(chǎn)品物流過程中品質(zhì)劣變在線探測技術(shù)集成示范

在課題研發(fā)基礎上，將果蔬、肉品、水產(chǎn)品物流過程中品質(zhì)劣變探測關(guān)鍵技術(shù)及設備集成、組裝、再創(chuàng)新，形成配套技術(shù)裝備成果。選擇重點、優(yōu)勢物流企業(yè)建立示范平臺，在典型冷鏈物流環(huán)節(jié)進行推廣應用示范，最終構(gòu)建形成金字塔型示范網(wǎng)絡，以期通過示范推廣在行業(yè)內(nèi)部產(chǎn)生顯著的輻射效應，保障冷鏈物流中農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)安全。在示范過程中，重點對設備的易操作性、準確性、穩(wěn)定性、輔助功能，以及對重大品質(zhì)劣變事件預警能力進行長期測試和評估，并研究技術(shù)對冷鏈物流運輸效率、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全水平的提升作用。在示范應用過程中不斷對技術(shù)和產(chǎn)品進行優(yōu)化和完善，為大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化應用奠定技術(shù)基礎。

參考文獻

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作者簡介：張詠梅（1975.4-），性別：女，籍貫：山東省濟寧市，民族：漢，學位：博士，職稱：教授，研究方向：生物技術(shù);

張建喜（1979.10-），性別：男，籍貫：山東濰坊，民族：漢，學位：碩士，職稱：高級工程師

研究方向：冷鏈物流，軟件工程;

畢然?（1982.6-），?性別：男，?籍貫：山東濟南，民族：漢，學位：碩士研究生，?職稱：高級工程師，研究方向：信息技術(shù)、人工智能、大數(shù)據(jù)技術(shù)。