高光譜成像技術(shù)在食品品質(zhì)無損檢測中的應(yīng)用初探

□ 黃 瑜 新疆維吾爾自治區(qū)食品藥品審評查驗中心

1 高光譜成像技術(shù)在肉類無損檢測中的應(yīng)用

高光譜成像技術(shù)可以在實現(xiàn)食品品質(zhì)信息可視化表達(dá)的基礎(chǔ)上，為食品分級分類檢測體系的構(gòu)建提供保障。高光譜圖像提供的光譜空間分布信息在食品品質(zhì)無損檢測中發(fā)揮著重要的作用。以肉類檢驗為例，肉類食品無損檢測工作涉及了嫩度預(yù)測、微生物腐敗檢測和品質(zhì)分級等多項內(nèi)容[1]。高光譜成像技術(shù)建立在計算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)之上，在計算機(jī)識別技術(shù)應(yīng)用于肉類無損檢測以后，檢驗人員可以從以下因素入手，檢測肉的嫩度：一是肉的圖像紋理；二是肉的大理石花紋；三是肉的表面顏色。如在牛肉嫩度檢測工作實施過程中，檢驗人員在從牛排中提取光譜數(shù)據(jù)以后，利用多元變量建模算法對光譜數(shù)據(jù)與牛排嫩度標(biāo)準(zhǔn)測量值之間的相關(guān)度進(jìn)行分析。一些研究者在收集鮮牛排中的散射光的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了預(yù)測熟牛排嫩度的新型高光譜成像系統(tǒng)。在高光譜成像技術(shù)應(yīng)用于肉類無損檢測以后，正則判別函數(shù)也成為了檢驗人員檢驗肉類嫩度的工具，此種檢驗方式對嫩牛肉與較粗糙牛肉的分級準(zhǔn)確率達(dá)到了83.10%和90.19%。在檢驗工作開展過程中，實物樣品變化對光譜結(jié)果的影響是檢驗人員不可忽視的內(nèi)容。

2 高光譜成像技術(shù)在果蔬品質(zhì)無損檢測中的應(yīng)用

水果和蔬菜可以為人們提供豐富的營養(yǎng)物質(zhì)。一般情況下，水果（蔬菜）的外觀、色澤、硬度和新鮮度等因素是消費者關(guān)注的主要內(nèi)容。在高光譜成像技術(shù)應(yīng)用于果蔬無損檢測以后，檢驗人員不僅可以對水果（蔬菜）的理化性質(zhì)（如硬度、固形物含量、水分含量、含糖量和pH值等）進(jìn)行檢驗，也可以借助這一技術(shù)了解各個組分的空間分布。

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，果蔬硬度與可溶性固形物含量可以被看作是果蔬成熟度與收獲時間的決定因素。水果（蔬菜）的外觀、口味和化學(xué)組成等內(nèi)容也是食品檢測工作中不可忽視的內(nèi)容。產(chǎn)品分類分級與污染檢測等內(nèi)容是果蔬品質(zhì)檢驗工作中的重要內(nèi)容，在從果蔬樣品中提取光譜數(shù)據(jù)以后，檢驗者需要在構(gòu)建多元分析模型的基礎(chǔ)上，完成定量關(guān)系模型的構(gòu)建。根據(jù)高光譜成像技術(shù)的應(yīng)用情況，在反射模式下，檢驗者可以利用650～1 000 nm范圍內(nèi)的光譜，完成果蔬樣品硬度與可溶性固形物含量的檢驗工作。在散射模式下，一些研究者構(gòu)建了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的硬度與可溶性固形物檢測體系。以草莓的無損檢測為例，出于預(yù)測不同化學(xué)物質(zhì)的需要，檢驗人員可以利用波長為400～1 000 nm的高光譜成像系統(tǒng)，對草莓進(jìn)行無損檢測，此種研究方式建立在最小二乘回歸模型的基礎(chǔ)之上.根據(jù)這一檢驗方法的應(yīng)用效果，草莓中的水分含量相關(guān)度為0.91；可溶性固形物含量相關(guān)度為0.80；pH值的預(yù)測相關(guān)度為0.94[2]。這一結(jié)果表明高光譜成像技術(shù)在果蔬無損檢驗領(lǐng)域具有較為良好的應(yīng)用效果。

3 高光譜成像技術(shù)在其他食品無損檢測中的應(yīng)用

除肉制品無損檢測與果蔬無損檢測以外，高光譜成像技術(shù)也可以在奶制品及谷類食物的無損檢測工作中得到應(yīng)用。

3.1 高光譜成像技術(shù)在奶制品無損檢測中的應(yīng)用

高光譜成像技術(shù)在奶制品加熱、干燥和發(fā)酵等生產(chǎn)流程的品質(zhì)檢測中發(fā)揮著重要的作用。基于高光譜成像技術(shù)的奶制品品質(zhì)分布圖可以應(yīng)用于奶制品主要成分的均勻性的檢測過程之中。水分分布圖可以在奶制品烘干過程監(jiān)測領(lǐng)域得到應(yīng)用。在為人們提供奶制品的整體品質(zhì)參數(shù)的同時，高光譜成像技術(shù)也可以為人們提供像素點擊分辨率的空間分布信息。

3.2 高光譜成像技術(shù)在谷類食物無損檢測工作中的應(yīng)用

在谷類食物無損檢驗工作開展過程中，高光譜成像技術(shù)不僅可以對健康作物與遭受蟲害的作物進(jìn)行有效區(qū)分，也可以對以下內(nèi)容進(jìn)行檢驗：一是微生物對谷類作物的侵蝕情況；二是谷類作物的油脂含量。灰度共生矩陣與灰度直方圖紋理特征提取方法在谷類作物無損檢測中發(fā)揮著重要的作用。

4 結(jié)語

高光譜技術(shù)在食品無損檢驗中的應(yīng)用，可以讓人們對食品進(jìn)行合理分級與定價。快速性、高效性與準(zhǔn)確性是這一檢測技術(shù)的主要特點，隨著這一技術(shù)的發(fā)展，其在食品檢驗領(lǐng)域具有較為良好的應(yīng)用前景。