基于無(wú)損檢測(cè)的生鮮品質(zhì)檢測(cè)方法探討

摘 要：隨著消費(fèi)者對(duì)食品質(zhì)量和安全性要求的提高，生鮮品質(zhì)檢測(cè)變得尤為關(guān)鍵。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)因其非破壞性、高效性和準(zhǔn)確性，在此領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力。本文探討基于無(wú)損檢測(cè)的生鮮品質(zhì)檢測(cè)方法，為生鮮產(chǎn)業(yè)提供有力支持。

關(guān)鍵詞：無(wú)損檢測(cè)；生鮮品質(zhì)；檢測(cè)方法

Discussion on Methods of Fresh Quality Detection Based on Non Destructive Testing

MENG Li1， JIA Caiyun1*， XIE Cuiyue2

（1.Liaocheng Institute of Product Quality Supervision and Inspection， Liaocheng 252000， China;

2.Liaocheng Hydrology Center， Liaocheng 252000， China）

Abstract： With the improvement of consumers’ requirements for food quality and safety， fresh quality inspection has become particularly critical. Non destructive testing technology shows great potential in this field because of its non-destructive， high efficiency and accuracy. This paper discusses the fresh quality detection method based on non destructive testing， which can provide strong support for the fresh industry.

Keywords： non destructive testing; fresh quality; detection method

生鮮食品作為人們?nèi)粘Ｉ钪械闹匾M成部分，其品質(zhì)直接關(guān)系到消費(fèi)者的健康和安全。傳統(tǒng)的生鮮品質(zhì)檢測(cè)方法往往具有破壞性，不僅浪費(fèi)資源，還可能影響食品的銷(xiāo)售和使用。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的引入為生鮮品質(zhì)檢測(cè)帶來(lái)了新的契機(jī)。本文旨在探討基于無(wú)損檢測(cè)的生鮮品質(zhì)檢測(cè)方法，以期為生鮮食品的品質(zhì)控制提供科學(xué)的依據(jù)和技術(shù)支持。

1 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)概述

無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是一種在不損害被檢測(cè)物體的前提下，利用物理、化學(xué)或光學(xué)原理，結(jié)合先進(jìn)儀器進(jìn)行缺陷檢測(cè)、化學(xué)分析及物理參數(shù)測(cè)量的技術(shù)[1]。它主要包括光學(xué)法、聲學(xué)法、力學(xué)法和X射線法等。近年來(lái)，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在食品檢測(cè)領(lǐng)域展現(xiàn)出重要作用，有助于提高生產(chǎn)效率，預(yù)防產(chǎn)品失效和安全事故。

2 基于無(wú)損檢測(cè)的生鮮品質(zhì)檢測(cè)方法

2.1 光學(xué)檢測(cè)法

光學(xué)檢測(cè)法通過(guò)測(cè)量生鮮食品對(duì)光的吸收、透射、反射等特性來(lái)評(píng)估其品質(zhì)。在檢測(cè)前要進(jìn)行樣品的選擇，根據(jù)檢測(cè)需求，從同一批次或不同批次的生鮮食品中隨機(jī)選取能夠反映整批食品品質(zhì)狀況的、具有代表性的樣品。

2.1.1 預(yù)處理

對(duì)于生鮮水果，表面有泥土、水分或雜質(zhì)的，要進(jìn)行清洗、擦干的食品，需保證光譜采集的準(zhǔn)確性。將預(yù)處理后的樣品放置在光譜儀的檢測(cè)臺(tái)上，讓樣品表面平整且與檢測(cè)器的距離和角度一致，以減少測(cè)量誤差。

2.1.2 光譜采集

根據(jù)待測(cè)食品的特性，設(shè)置光譜儀的參數(shù)，包括波長(zhǎng)范圍、分辨率、掃描次數(shù)等。生鮮類(lèi)食品設(shè)置可見(jiàn)光波長(zhǎng)為400～700 nm，近紅外波長(zhǎng)為700～2 500 nm。光譜儀發(fā)出連續(xù)或離散的光譜照射在樣品表面。樣品對(duì)光進(jìn)行吸收、反射或透射后，光譜儀接收這些光信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行記錄。為了提高測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性，需要對(duì)每個(gè)樣品進(jìn)行多次測(cè)量，并取平均值作為最終結(jié)果。

2.1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

對(duì)采集到的原始光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行噪聲去除、基線校正、光譜平滑等預(yù)處理，以提高光譜數(shù)據(jù)的質(zhì)量。從預(yù)處理后的光譜數(shù)據(jù)中提取與生鮮品質(zhì)相關(guān)的特征波長(zhǎng)或特征區(qū)域。這些特征通常與食品中的化學(xué)成分、物理狀態(tài)等密切相關(guān)。利用已知品質(zhì)參數(shù)的樣品光譜數(shù)據(jù)，結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)方法（如偏最小二乘法PLS、支持向量機(jī)SVM等），建立光譜數(shù)據(jù)與品質(zhì)參數(shù)之間的數(shù)學(xué)模型。將待測(cè)樣品的光譜數(shù)據(jù)輸入已建立的模型中，預(yù)測(cè)其品質(zhì)參數(shù)，如成熟度、糖度、新鮮度等。

2.1.4 結(jié)果判斷與報(bào)告

根據(jù)模型預(yù)測(cè)的結(jié)果，判斷待測(cè)樣品的品質(zhì)是否符合標(biāo)準(zhǔn)或預(yù)期要求。通過(guò)設(shè)定一定的閾值或范圍來(lái)判定樣品的品質(zhì)等級(jí)。將檢測(cè)結(jié)果整理成報(bào)告，包括樣品的基本信息、檢測(cè)時(shí)間、檢測(cè)人員、檢測(cè)儀器和品質(zhì)參數(shù)預(yù)測(cè)值等內(nèi)容。報(bào)告應(yīng)清晰明了，便于后續(xù)的質(zhì)量控制和追溯。

2.2 聲學(xué)檢測(cè)法

聲學(xué)檢測(cè)法的原理是通過(guò)測(cè)量聲波在食品中的傳播特性，如速度、衰減和反射等來(lái)評(píng)估食品的品質(zhì)。聲波在食品中的傳播特性與食品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、脂肪含量和嫩度等密切相關(guān)[2]。聲學(xué)檢測(cè)過(guò)程如下。①準(zhǔn)備耦合劑（如水或凝膠），使超聲波能夠有效地從探頭傳遞到食品樣品中。檢測(cè)生鮮食品時(shí)，要將樣品切割成適當(dāng)?shù)男螤詈痛笮?，如矩形、圓形或橢圓形[3]。這些形狀可以減少超聲波在樣品中的散射和衍射，能夠提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性。②將耦合劑涂抹在超聲波探頭的表面和樣品的接觸面上。將探頭放置在樣品上，并確保其與樣品表面緊密接觸。啟動(dòng)超聲波檢測(cè)儀器，開(kāi)始測(cè)量超聲波在樣品中的傳播特性。記錄并分析超聲波的傳播速度、衰減情況以及反射信號(hào)等參數(shù)。③根據(jù)超聲波的傳播特性，可以推斷出樣品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、脂肪含量和嫩度等信息。通過(guò)與已知品質(zhì)參數(shù)的樣品進(jìn)行比較，可以建立超聲波參數(shù)與食品品質(zhì)之間的關(guān)系模型。利用該模型，可以對(duì)未知品質(zhì)的樣品進(jìn)行預(yù)測(cè)和分類(lèi)。

2.3 力學(xué)檢測(cè)法

力學(xué)檢測(cè)法是通過(guò)測(cè)量食品在受到外力作用時(shí)的振動(dòng)、應(yīng)力或應(yīng)變等響應(yīng)特性來(lái)評(píng)估食品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、硬度、彈性及成熟度等品質(zhì)指標(biāo)。力學(xué)檢測(cè)法中的敲擊振動(dòng)檢測(cè)法是一種基于機(jī)械振動(dòng)與生鮮食品相互作用原理的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。通過(guò)敲擊裝置在樣品上產(chǎn)生敲擊振動(dòng)，并利用振動(dòng)檢測(cè)儀器測(cè)量樣品對(duì)敲擊振動(dòng)的響應(yīng)，包括振動(dòng)頻率、振幅和衰減等參數(shù)，用來(lái)評(píng)估樣品的硬度和成熟度等品質(zhì)指標(biāo)。敲擊振動(dòng)檢測(cè)法的過(guò)程如下。①選擇合適的敲擊振動(dòng)檢測(cè)儀器，準(zhǔn)備敲擊裝置，如小錘子或振動(dòng)器，用于在樣品上產(chǎn)生敲擊振動(dòng)。②選取待檢測(cè)的生鮮食品樣品，特別是水果等需要評(píng)估硬度和成熟度的食品，放置在穩(wěn)定的支撐面上。③使用敲擊裝置在樣品的特定部位產(chǎn)生敲擊振動(dòng)。通過(guò)振動(dòng)檢測(cè)儀器測(cè)量樣品對(duì)敲擊振動(dòng)的響應(yīng)，包括振動(dòng)頻率、振幅和衰減等參數(shù)，記錄并分析這些振動(dòng)參數(shù)，以評(píng)估樣品的硬度和成熟度。④根據(jù)樣品的振動(dòng)響應(yīng)，可以推斷出其硬度和成熟度等品質(zhì)指標(biāo)。通過(guò)與已知品質(zhì)參數(shù)的樣品進(jìn)行比較，可以建立振動(dòng)參數(shù)與食品品質(zhì)之間的關(guān)系模型。利用該模型，可以對(duì)未知品質(zhì)的樣品進(jìn)行預(yù)測(cè)和分類(lèi)。

2.4 X射線檢測(cè)法

X射線檢測(cè)法的原理主要是利用X射線的高穿透性。當(dāng)X射線穿透生鮮食品時(shí)，會(huì)與食品內(nèi)部的物質(zhì)發(fā)生相互作用，導(dǎo)致X射線強(qiáng)度的衰減。這種衰減的差異取決于食品內(nèi)部的物質(zhì)組成、密度和厚度等因素。通過(guò)分析X射線穿透樣品后的強(qiáng)度衰減數(shù)據(jù)，能夠檢測(cè)食品內(nèi)部的缺陷、異物或密度異常，從而評(píng)估樣品的品質(zhì)[4]。該方法在檢測(cè)食品中的金屬異物、骨頭碎片及密度異常方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。然而，由于其具有輻射性，應(yīng)用時(shí)需嚴(yán)格遵守輻射安全規(guī)定，控制輻射劑量，確保食品安全和檢測(cè)人員健康。使用該方法前需對(duì)儀器進(jìn)行校準(zhǔn)，設(shè)置合適的輻射劑量和曝光時(shí)間。在檢測(cè)時(shí)，需觀察X射線穿透樣品后的圖像，記錄并分析強(qiáng)度衰減數(shù)據(jù)，以評(píng)估樣品內(nèi)部品質(zhì)[5]。根據(jù)圖像和數(shù)據(jù)判斷樣品是否存在缺陷或異物，進(jìn)而判定樣品是否符合品質(zhì)要求。

3 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)分析

3.1 優(yōu)點(diǎn)分析

3.1.1 非破壞性

無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)在于非破壞性。傳統(tǒng)的檢測(cè)方法往往需要對(duì)食品進(jìn)行切割、取樣等處理，這無(wú)疑會(huì)破壞食品的完整性，影響其價(jià)值。而無(wú)損檢測(cè)技術(shù)則能夠在不破壞食品的前提下，對(duì)其進(jìn)行全面的品質(zhì)評(píng)估，從而保證了食品的完整性。

3.1.2 高效性

無(wú)損檢測(cè)技術(shù)具有高效性。傳統(tǒng)的檢測(cè)方法通常需要較長(zhǎng)的檢測(cè)時(shí)間，而無(wú)損檢測(cè)技術(shù)則能夠在短時(shí)間內(nèi)對(duì)食品進(jìn)行檢測(cè)，大大提高了檢測(cè)效率。這對(duì)于生鮮食品來(lái)說(shuō)尤為重要，因?yàn)樯r食品的品質(zhì)往往與時(shí)間密切相關(guān)，高效的檢測(cè)能夠確保食品在最佳時(shí)間內(nèi)得到評(píng)估和處理。

3.1.3 準(zhǔn)確性

無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的準(zhǔn)確性也是其顯著優(yōu)點(diǎn)之一。通過(guò)先進(jìn)的傳感器和數(shù)據(jù)處理技術(shù)，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)能夠準(zhǔn)確地獲取食品的品質(zhì)信息，如新鮮度、成分含量等。這為生鮮食品的品質(zhì)評(píng)估提供了有力的依據(jù)，有助于確保食品的安全和質(zhì)量。

3.2 局限性分析

3.2.1 設(shè)備成本較高

無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的設(shè)備成本較高，這在一定程度上限制了其廣泛應(yīng)用。特別是對(duì)于一些小型企業(yè)或個(gè)體經(jīng)營(yíng)者來(lái)說(shuō)，高昂的設(shè)備成本可能成為他們采用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的障礙。

3.2.2 操作復(fù)雜度較高

無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的操作復(fù)雜度較高，需要專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員進(jìn)行操作和分析。這對(duì)于一些缺乏技術(shù)支持的企業(yè)或個(gè)體來(lái)說(shuō)可能是一個(gè)挑戰(zhàn)。

3.2.3 檢測(cè)結(jié)果可能受到樣品表面狀態(tài)等因素的影響

無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的檢測(cè)結(jié)果可能受到樣品表面狀態(tài)等因素的影響。例如，樣品表面的污漬、劃痕等可能會(huì)影響傳感器的測(cè)量精度，從而影響檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此，在進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)前，需要對(duì)樣品進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，以確保檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在生鮮品質(zhì)檢測(cè)中的發(fā)展趨勢(shì)

4.1 更高精度

隨著傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)和人工智能算法的不斷進(jìn)步，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的精度將得到顯著提升。新型傳感器的研發(fā)和應(yīng)用將使得檢測(cè)信號(hào)更加敏感和準(zhǔn)確，能夠捕捉到更細(xì)微的品質(zhì)變化。同時(shí)，先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)和機(jī)器學(xué)習(xí)算法將對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行深度分析，提取出更多有用的品質(zhì)信息，從而提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性。例如，通過(guò)結(jié)合光譜技術(shù)、圖像識(shí)別技術(shù)和深度學(xué)習(xí)算法，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)生鮮食品中微量成分和微小缺陷的高精度檢測(cè)。

4.2 更快速度

未來(lái)，無(wú)損檢測(cè)設(shè)備將朝著小型化、便攜化和集成化的方向發(fā)展，使得檢測(cè)過(guò)程更加快速高效。同時(shí)，自動(dòng)化和智能化技術(shù)的應(yīng)用將進(jìn)一步提高檢測(cè)速度，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線檢測(cè)。例如，自動(dòng)化檢測(cè)流水線將能夠自動(dòng)完成樣品的上料、檢測(cè)和數(shù)據(jù)處理等全過(guò)程，大大提高檢測(cè)效率。

4.3 更低成本

雖然無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的設(shè)備成本較高，但隨著技術(shù)的成熟和規(guī)?；a(chǎn)的應(yīng)用，其成本有望逐漸降低。此外，新型材料和制造工藝的研發(fā)也將有助于降低設(shè)備成本。同時(shí)，通過(guò)優(yōu)化檢測(cè)流程和減少人工干預(yù)，可以降低檢測(cè)過(guò)程中的運(yùn)營(yíng)成本。未來(lái)，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)將更加普及和親民，能夠被更多企業(yè)和消費(fèi)者所接受。

5 結(jié)語(yǔ)

無(wú)損檢測(cè)技術(shù)以非破壞性方式，高效、精確、實(shí)時(shí)地檢測(cè)食品，為食品安全與質(zhì)量提供堅(jiān)實(shí)保障。盡管當(dāng)前該技術(shù)面臨設(shè)備成本高、操作復(fù)雜及檢測(cè)結(jié)果易受樣品表面影響等問(wèn)題，但隨著技術(shù)的進(jìn)步，這些難題將會(huì)被克服。傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)處理和人工智能的融合將推動(dòng)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)向更精準(zhǔn)、快速、智能且低成本方向發(fā)展，進(jìn)而提升產(chǎn)品質(zhì)量。

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作者簡(jiǎn)介：孟麗（1980—），女，山東聊城人，碩士，工程師。研究方向：食品安全檢測(cè)。

通信作者：賈彩云（1989—），女，山東聊城人，碩士，工程師。研究方向：食品安全檢測(cè)。E-mail： 745675076@qq.com。