不同試驗方法檢測硫磺熏蒸枸杞品質對比分析

馮 楠，張若宇，坎 雜

（石河子大學機械電氣工程學院，新疆 石河子 832000）

不同試驗方法檢測硫磺熏蒸枸杞品質對比分析

馮 楠，張若宇，坎 雜

（石河子大學機械電氣工程學院，新疆 石河子 832000）

本試驗以硫磺熏蒸枸杞和正常枸杞為研究對象，利用高光譜成像系統和質構儀分別獲取光譜和質構特性數據，并進行對比分析。結果表明，利用高光譜成像技術能很好的區分硫磺熏蒸枸杞和正常枸杞，而質構特性很難有效區分硫磺熏蒸枸杞和正常枸杞。

食品安全；硫磺熏蒸；枸杞；質構檢測；高光譜成像檢測

枸杞是中國最常用的藥食同源物品[1]，具有多種藥理作用，如降血糖、降血脂、抗衰老、免疫調節、抗腫瘤、抗疲勞、生殖保護等[2]。枸杞還是營養滋補劑的重要原料[3]。近年來，有些不法商販為提升枸杞的賣相和價格，采用硫磺熏蒸等方法改善枸杞外觀色澤，以消除發霉和“黑碳”現象，獲取更高經濟利益。這不僅影響了枸杞的品質，而且帶來了嚴重的食品安全問題[4]。硫磺是一種化工原料，它燃燒產生二氧化硫，能起到漂白、保鮮作用，使物品顏色顯得明亮、鮮艷[5]。熏硫的藥物入煎后，附著在藥物表面的升華硫顆粒就會混懸在藥液中。若病人長期服用，會導致升華硫在人體內大量蓄積，危害身體健康。另外，升華硫氧化為亞硫酸，具有一定的毒性，可與蛋白質的巰基進行可逆性結合反應，刺激消化道黏膜，使人出現惡心、嘔吐、腹瀉等癥狀；攝入過量的亞硫酸鹽，會影響人體對鈣的吸收，破壞B族維生素；長期攝入則會對肝臟造成損害[6，7]。

硫磺熏蒸枸杞經加工處理后與正品枸杞的外觀和飽滿程度極其相似，目前國內還沒有能有效區分枸杞是否被硫磺熏蒸的方法。因此，石河子大學機械電氣工程學院分別利用枸杞的質構特性和光譜特性對硫磺熏蒸枸杞進行辨別試驗，以期得到一種有效的檢測方法。

高光譜成像技術融合了圖像和光譜技術，可同時獲取檢測對象的空間和光譜信息，具有全波段連續光譜信息及識別目標對象不同化學組分的能力，已逐漸被引入農產品品質檢測領域[8]。由于機器視覺技術和光譜技術具有快速、無損、可靠的優點，目前在農產品無損檢測中得到廣泛應用[9]。本試驗使用的高光譜采集系統由高光譜成像儀（ImSpector V10EQE，Finland）、鹵化物光源（3 900，Schott）、電移平臺（PSA200-11-X，Zolix）和電移平臺控制器（SC300 -1A，Zolix）組成，利用圖像處理軟件ENVI對采集圖像進行光譜分析。

質構檢測在食品產品評價和可接受性方面起著關鍵性作用，食品質構主要采用質構儀測定，質構儀又稱物性儀，通過模擬人的觸覺，用儀器的手段將人咀嚼食品的感覺用圖形和具體的數據表示出來，依據食品物性學的基本原理，獲得一系列樣品的物性參數（質構參數）。依據這些參數對樣品進行品質分類、質量控制和生產工藝的優化。本試驗使用英國Stable Micro Systems公司生產的TA.XT plus型質構儀，分別測試硫磺熏蒸枸杞及正常枸杞的硬度和咀嚼性質構特性數據。其中硬度是描述與食品變形或穿透產品所需的力有關的機械質地特性，是食品保持形狀的內部結合力；咀嚼性是指將固體食品咀嚼到可吞咽時需做的功的大小。利用判別分析方法對硫磺熏蒸和正常枸杞進行判別分析。

1 材料與方法

1.1 試驗材料和儀器

高光譜成像系統 （圖1）、TA.XT plus型質構儀（圖2）和硫磺熏蒸箱（實驗室自制，圖3）。試驗用枸杞采自新疆奎屯工八團，品種為寧杞5號。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗樣本制備

選取未經處理的枸杞100粒放入自制硫磺熏蒸箱，熏蒸8 h。熏蒸后拿出進行自然晾曬，形成硫磺熏蒸組，同樣選取100粒未經處理的枸杞進行自然晾曬，形成正常晾曬組。

圖1 高光譜成像系統

圖2 TA.XT plus型質構儀（英國）

圖3 硫磺熏蒸箱

1.2.2 數據采集與處理

1.2.2.1 高光譜數據采集與處理

選用高光譜圖像采集軟件SpectralCube進行圖像采集，采集前進行采集參數調試，最終確定曝光時間為23.5ms，圖像采集速度為1.23mm/s，物距42.5cm。黑白校正后進行采集。每次取20粒枸杞樣本，其中硫磺熏蒸和自然晾干的樣本各10粒。人工把樣本置于載物臺上排列4排，每排5粒，前兩排為自然晾曬枸杞，后兩排為硫磺熏蒸枸杞。

高光譜圖像采集軟件SpectralCube采集的圖像使用ENVI 4.6圖像處理軟件提取感興趣區域ROI。

1.2.2.2 質構數據采集與處理

選用TA.XT plus質構儀平臺，選擇P/2針狀探頭（直徑2 mm）。設定參數：測前速度2 mm/s；測試速度1 mm/s；測后速度10 mm/s；穿刺深度為樣本厚度的70%；感應力為5 g。以每顆枸杞橫放正中心位置進行穿刺測定，得到硬度和咀嚼性兩個參數值。

質構儀采集軟件Exponent生成的采集結果導入SPSS數據集。使用SPSS19.0統計分析軟件對數據進行相關分析，得到Spearman相關系數。

2 結果分析

2.1 光譜分析

利用ENVI軟件提取感興趣區域，統計區域內所有像素點，計算該區域在全波段范圍內的平均光譜曲線（圖4）。

圖4 正常枸杞和硫磺熏蒸枸杞的平均光譜曲線

從圖4可以看出，正常枸杞和熏蒸枸杞的光譜曲線在波長450～670 nm之間區別不大 （而常人可以看到的可見光波長一般為400～760 nm），而在670～1 000 nm波長之間，正常枸杞的光譜曲線呈上升趨勢，熏蒸枸杞的光譜曲線呈下降趨勢，故可通過光譜分析區分正常枸杞和熏蒸枸杞。

2.2 質構分析

利用質構儀測得硫磺熏蒸樣本組和正常樣本組的硬度和咀嚼性質構數據，并利用這2個質構特性對兩組樣本進行了相關分析，結果如表1所示。

表1 質構分析結果

從表1分析結果可以看出，熏蒸樣本和正常樣本硬度相關系數為0.133，P值為0.188；咀嚼性相關系數為0.083，P值為0.411，表明2種樣本在硬度和咀嚼性參數方面無明顯差異。

3 小結

本試驗研究結果表明，利用高光譜技術可有效鑒別正常枸杞和熏蒸枸杞；而利用質構分析方法不能有效區分正常枸杞和熏蒸枸杞，且操作相對復雜。因此，利用光學和光譜成像等技術可以簡便、快速進行枸杞的無損測定，可作為硫磺熏蒸枸杞可靠的檢測方法。

[1]孫芝楊，高藍洋.寧夏枸杞子的利用現狀以及應用前景[J].中國食品工業，2009（1）：54-55.

[2]張德強，董曉芳.寧夏枸杞的競爭力分析及其提高途徑[J].農業科學研究，2005（4）：83-86.

[3]龐楠楠，白玉，劉虎威.“蘇丹紅風波”引起的思考[J].大學化學，2009（1）：24-27.

[4]鐘越，雷鈞濤，李寧，等.正品枸杞與熏硫枸杞的鑒別[J].時珍國醫國藥，2009（2）：480-481.

[5]劉少偉，阮贊林.“色”的誘惑之染色枸杞危害[J].質量與標準化，2013（12）：25-26.

[6]郭忠，蔣守芳，張文德，等.食品中殘留二氧化硫的分析調查[J].中國衛生檢驗雜志，2005（8）：970-971.

[7]Elmasry G，Kamruzzaman M，Sun D，et al.Principles and applications of hyperspectral imaging in quality evaluation of agro-food products：a review[J].Critical Reviews in Food Science and Nutrition，2012，52（11）：999-1023.

[8]李江波，饒秀勤，應義斌.農產品外部品質無損檢測中高光譜成像技術的應用研究進展 [J].光譜學與光譜分析，2011（8）：2021-2026.

2015—03—24