基于X射線斷層掃描的食品霉變檢測方法

俞 伊，蔣知坊

（浙江華才檢測技術(shù)有限公司，浙江諸暨 311800）

食品安全與食品衛(wèi)生是民生的關(guān)鍵內(nèi)容，這一方向的研究具有重要意義。為保障食品安全，對(duì)食品進(jìn)行霉變檢測的研究，發(fā)展出了一種針對(duì)食品霉變檢測的X射線斷層掃描技術(shù)。X射線斷層掃描技術(shù)是指將X射線光束沿著食品樣品的不同方向，進(jìn)行多維度掃描[1]。將掃描過后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)終端，得到一個(gè)可用于描述食品衛(wèi)生與安全的多維度成像樣本。相較于常規(guī)的計(jì)算機(jī)掃描成像技術(shù)，此項(xiàng)掃描技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)食品細(xì)部結(jié)構(gòu)的穿透性更強(qiáng)、獲取后圖像整體的分辨率更高，并且具有多次檢測不會(huì)對(duì)食品外觀造成破壞性的特點(diǎn)。

目前在我國醫(yī)學(xué)領(lǐng)域CT技術(shù)持續(xù)更新的社會(huì)背景下，此項(xiàng)技術(shù)已被廣泛應(yīng)用到化學(xué)領(lǐng)域、材料學(xué)領(lǐng)域、生物學(xué)領(lǐng)域[2]。基于此項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢，近年來X射線斷層掃描技術(shù)在食品衛(wèi)生與食品安全等領(lǐng)域也略有涉及，但大部分研究成果在技術(shù)研究單位中僅以理論文件與研討方案等方式賦存，現(xiàn)如今尚未有食品衛(wèi)生安全檢測部門對(duì)此項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行深入研究。因此，本文將結(jié)合此項(xiàng)技術(shù)在其他領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用現(xiàn)狀，嘗試將其應(yīng)用到食品霉變的檢測過程中，為流向市場與社會(huì)群體的食品衛(wèi)生提供安全保障。

1 基于X射線斷層掃描的食品霉變檢測方法

1.1 基于X射線斷層掃描的食品霉變圖像獲取

為了確保食品霉變檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，本文引進(jìn)了X射線斷層掃描技術(shù)，對(duì)獲取霉變圖像進(jìn)行處理與重構(gòu)研究。在進(jìn)行掃描前，需要進(jìn)行霉變食品樣本的制備與儀器的選型[3]。此次進(jìn)行掃描作業(yè)的設(shè)備型號(hào)為Y.Cheetan，調(diào)試儀器作業(yè)參數(shù)，如表1所示。

表1 X射線斷層掃描作業(yè)參數(shù)

在完成對(duì)儀器參數(shù)調(diào)試后，將待檢測樣品使用泡沫板進(jìn)行固定處理，固定過程中應(yīng)注意避開食品樣品霉變位置。使用膠帶，將樣品粘貼在旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)上，完成上述相關(guān)操作后，固定旋轉(zhuǎn)臺(tái)，保持前端CT掃描儀器與探測裝置不動(dòng)。操作旋轉(zhuǎn)臺(tái)，每執(zhí)行一次旋轉(zhuǎn)行為，進(jìn)行一次樣本的掃描與數(shù)據(jù)采集，直到完成對(duì)樣品的360.0°旋轉(zhuǎn)。

在執(zhí)行上述掃描行為時(shí)，應(yīng)注意所有發(fā)生的旋轉(zhuǎn)行為，均應(yīng)由計(jì)算機(jī)自動(dòng)操作，不可人工干預(yù)掃描行為，否則獲取的霉變樣本的連續(xù)性將無法得到保障[4]。通常情況下，對(duì)獨(dú)立樣品的全過程掃描時(shí)長約為20.0 min，完成掃描后，計(jì)算機(jī)顯示端將得到1 024.0張樣品霉變部位的二維切片圖像。按照此種方式完成對(duì)食品霉變圖像的獲取。

1.2 融合參數(shù)分析的食品霉變部位圖像處理

在完成對(duì)圖像的獲取后，需要對(duì)獲取的霉變圖像進(jìn)行重組與可視化處理，并根據(jù)樣品相關(guān)參數(shù)進(jìn)行圖像的投影與映射，以此得到一個(gè)針對(duì)食品霉變部位的三維結(jié)構(gòu)成像。①在處理圖像時(shí)，將前端獲取的二維切片圖像導(dǎo)入Image J軟件中，選擇切片圖像中的正視圖、水平視圖及多維度視圖，構(gòu)建樣品的集成三維視圖。②在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用局部均值濾波處理算法，對(duì)獲取圖像過程中的噪聲進(jìn)行針對(duì)性處理。在處理過程中，應(yīng)控制圖像輪廓、結(jié)構(gòu)、紋理不發(fā)生變化[5]。③在完成對(duì)圖像的去噪處理后，按照交互閾值分割處理方式，將圖像中樣品與背景進(jìn)行剝離處理，再將圖像的背景調(diào)試為適

宜的灰度。在調(diào)試灰度的過程中，可根據(jù)成像的異常區(qū)域，定位食品霉變區(qū)域。選擇此區(qū)域內(nèi)的視圖，對(duì)其進(jìn)行三維渲染，觀察渲染過程中切片圖像內(nèi)部形態(tài)與微觀結(jié)構(gòu)的變化。渲染處理過程中，可根據(jù)食品組織不同部位的原有顏色進(jìn)行不同效果的渲染，將集中霉變區(qū)域從投影圖像中剝離，以此便可以得到一個(gè)針對(duì)食品霉變區(qū)域的局部細(xì)節(jié)圖像。通過此種處理方式，便可以實(shí)現(xiàn)對(duì)食品霉變的有效檢測。

2 對(duì)比實(shí)驗(yàn)

結(jié)合本文上述提出的檢測方法，為進(jìn)一步驗(yàn)證其應(yīng)用效果，選擇將基于圖像特征的檢測方法作為對(duì)照組，將本文提出的基于X射線斷層掃描的食品霉變檢測方法作為實(shí)驗(yàn)組，開展如下對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)中選擇的材料為某地區(qū)生產(chǎn)的小麥，其品種為周麥26，實(shí)驗(yàn)材料由某大學(xué)試驗(yàn)田所提供，在眾多實(shí)驗(yàn)材料當(dāng)中隨機(jī)選取部分實(shí)驗(yàn)籽粒作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。在實(shí)驗(yàn)前，為了避免多余雜質(zhì)對(duì)檢測結(jié)果造成誤差干擾，首先將實(shí)驗(yàn)所需的小麥籽粒放置在溫度為125 ℃的烘干機(jī)當(dāng)中烘烤12 h，通過初步測量得出，烘干后小麥籽粒的水分損失量是其初始含量的11.5%。在利用兩種檢測方法進(jìn)行檢測前，人為在小麥籽粒上施加霉菌，并控制其籽粒發(fā)霉的體積，比較實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組檢測方法得出的檢測結(jié)果與事先人為設(shè)置的小麥籽粒的發(fā)霉面積。隨機(jī)選擇實(shí)驗(yàn)小麥籽粒5顆，將其分別編號(hào)為#001、#002、#003、#004和#005，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組檢測結(jié)果對(duì)比表（單位：mm2）

從表1得出的數(shù)據(jù)可知，實(shí)驗(yàn)組得出的檢測結(jié)果與實(shí)際發(fā)霉面積相比其檢測誤差在0～0.05 mm2范圍以內(nèi)，而對(duì)照組得出的檢測結(jié)果與實(shí)際發(fā)霉面積相比，檢測誤差相差較大。因此，結(jié)合上述實(shí)驗(yàn)及得出的數(shù)據(jù)表明，本文提出的基于X射線斷層掃描的食品霉變檢測方法在實(shí)際應(yīng)用中能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)食品霉變的準(zhǔn)確檢測，將該方法應(yīng)用到實(shí)際中能夠?yàn)槭称钒踩峁└煽康谋Ｕ蠗l件。

3 結(jié)語

本文基于X射線斷層掃描技術(shù)的應(yīng)用，提出一種針對(duì)霉變食品的檢測方法，在完成設(shè)計(jì)后，通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)，證明了本文設(shè)計(jì)的檢測方法具有較強(qiáng)的實(shí)用性能，可實(shí)際應(yīng)用到食品衛(wèi)生與食品安全的檢測中。盡管現(xiàn)有資料從多個(gè)方面論述了此項(xiàng)技術(shù)在應(yīng)用中存在一定劣勢，但其優(yōu)勢遠(yuǎn)大于劣勢，因此，可在后續(xù)深入本文課題的研究時(shí)，可嘗試將此項(xiàng)技術(shù)與其他技術(shù)集成應(yīng)用，規(guī)避技術(shù)在使用中的劣勢，實(shí)現(xiàn)對(duì)食品衛(wèi)生與質(zhì)量安全的動(dòng)態(tài)化監(jiān)控。