CT無損檢測技術在食品檢測中的應用

杜海云 張倩 貝峰

隨著我國科學技術、經(jīng)濟社會的迅速發(fā)展，人們越來越在意自己的身體健康，并注重食品質(zhì)量與安全，與此同時，食品企業(yè)與國家也加大了對食品安全與質(zhì)量等問題的關注。無損檢測技術近年來已越來越多地被應用于食品質(zhì)量安全檢測中，且發(fā)揮出了重要的作用。本文以CT無損檢測技術在食品檢測中的應用為主題，結合筆者自身的實際經(jīng)驗與工作實踐，簡述在食品品質(zhì)檢測中應用CT無損檢測技術的相關問題，旨在提供更多有關食品品質(zhì)的理論支持。

一、CT無損檢測技術的原理與裝置研究

通過X射線沿不同方向束對具有一定厚度的樣品進行多維度掃描，同時與計算機所獲取到的數(shù)據(jù)信息相結合，對其進行重建后得到的斷層面影像，即CT無損檢測技術。典型的CT技術系統(tǒng)由檢測器、光源、計算機以及旋轉樣品臺組成，其中光源的組成為X射線管，可用來發(fā)射X光子形成X射線。X射線作為一種電磁輻射光，具有能量高、短波長等特點，可穿透一系列不透明物質(zhì)。此外，在高能光子、電子的相互作用下亦可產(chǎn)生光子通量差異，引發(fā)電離效應，從而有利于放射線圖像的創(chuàng)建。旋轉樣品臺可使樣品穩(wěn)定旋轉，確保其均勻地受到X射線照射。電子傳感器是CT技術系統(tǒng)中的常用檢測器，主要可分為兩類：一類為直接探測器，一類為間接探測器。前者清晰度更好，在檢測具有低對比度、細微特征的樣品時應用效果更佳，后者對低能X射線更加敏感，因此常用于低劑量環(huán)境中的樣品檢測。計算機的用途主要是對數(shù)字信號進行重建、處理，并將其轉為可視灰度圖像，從而使人們對其進行有效識別。

二、CT無損檢測技術在食品檢測中的應用研究

現(xiàn)階段，在食品中應用CT無損檢測技術的目的主要為分析食品的微觀結構，對食品內(nèi)部缺陷進行評估，還可以評估新的產(chǎn)品配方。以下以蔬菜、水果為例闡述該項技術的具體應用。

1.蔬菜。隨著CT無損檢測技術日漸提升的圖像分辨率，其目前在新鮮食品中的應用極高。有研究者分別對-28℃、-80℃、-150℃以及-196℃中的干燥胡蘿卜片應用該項技術，結果發(fā)現(xiàn)胡蘿卜在-150℃的溫度中冷凍更有利于保留其形狀與細胞完整性。另有研究者將該項技術應用于柿子椒、蘑菇仔冷凍后的干燥微觀結構中，結果均表明該項技術可使凍干蔬菜片的外部形態(tài)以及蔬菜內(nèi)部的多孔微觀結構呈現(xiàn)出來，從而提供更多有關冷凍干燥蔬菜食品加工的技術支持。以上實例可以說明，CT無損檢測技術可將食物中的冰晶孔隙與分布圖像準確地繪制出來，更有利于幫助檢測者明確所檢查食物中的營養(yǎng)破壞等情況，從而最大限度地提高食品價值與質(zhì)量。

2.水果。在貯藏水果或水果自然生長時，若遭到害蟲入侵很容易導致其質(zhì)量惡化，從而降低經(jīng)濟價值，因此需要利用一種不會對水果造成破壞的技術為其劃分質(zhì)量等級。有學者在沒有損表征、量化的石榴中使用CT無損檢測技術檢測其內(nèi)部結構，發(fā)現(xiàn)該技術可清楚地將果實內(nèi)部成分顯示出來，從而更有利于將存在于其內(nèi)的缺陷石榴快速整理出來，從而有利于下一步的分類售賣、處理以及保存。在我們的日常生活中，水果儲存時間越長其質(zhì)量越低，食用口感、內(nèi)部質(zhì)量以及營養(yǎng)價值等方面均開始下降，甚至變壞、腐爛。常規(guī)檢測蘋果堅硬性的方法多采取穿刺檢測，但此類方法易對待測樣品造成破壞，而CT無損檢測技術可以完美避開上述缺點。有研究分別對存放了7天的金冠蘋果、爵士蘋果、布瑞本蘋果以及富士蘋果進行CT無損檢測，結果發(fā)現(xiàn)爵士蘋果細胞間隙較小，說明該類蘋果在存放相同的時間下口感相對松脆、堅實。此外，金冠蘋果與布瑞本蘋果的重建圖顯示，此類蘋果多為細長形細胞間隙，而富士蘋果為多孔結構的細胞間隙，爵士蘋果細胞間隙數(shù)量最少。以上研究均可說明，檢驗者通過觀察水果的微觀結構，并繪制相關的細胞間隙變化圖像，來對水果質(zhì)量進行區(qū)分，從而有利于商家分類銷售。

總之，相較傳統(tǒng)成像技術，CT無損檢測技術具有更高的分辨率以及更強的穿透能力、檢測結果更加準確、不會對樣本造成破壞等優(yōu)點。不過，該項技術也有一定的不足之處，比如檢測相對耗時較長、設備成本較高，對檢測員的數(shù)學知識、專業(yè)軟件的掌握情況要求較高等。在未來，隨著我國CT設備的不斷普及以及軟件、硬件的逐步完善，相信該項技術可以發(fā)展得更快、更好。