農產品品質劣變在線探測技術研究

張詠梅 張建喜 畢然

摘要：針對我國農產品物流環節易發生品質劣變、且缺乏針對品質劣變的監測技術和設備的突出問題，面向果品、蔬菜、肉品和水產品配送過程需要，本文對農產品品質裂變在線探測技術與裝備進行了研究。重點對農產品品質裂變在線探測技術目前的主要技術難點和問題進行了分析，對適合我國國情的農產品質量無損檢測技術與裝備新體系的構建進行了闡述與技術分析，本文研究將提高我國農產品物流管理水平與農產品物流效率，有效避免大規模腐損事件。

關鍵詞：品質劣變;在線探測

一、主要技術難點和問題分析

1. 多數生鮮農產品主要采用冷鏈物流，特別是肉類和水產品，其運輸和貯藏溫度較低。本項研究的農產品品質劣變監測器件需長期工作在低溫和振動環境中，如何設計合理的傳感器件結構和監測系統以滿足環境適應性，是本項研究的技術難點之一。本項研究避免使用受溫度影響大、功耗大的半導體傳感器，采用電化學傳感技術和光學傳感技術解決劣變中氣體的定量化測量，并應用工業級和汽車級器件實現傳感器和監測系統的環境適應性要求。

2. 本項研究的目標不僅定位于突破國際前沿技術，更為重要的是要依靠所研究技術為農產品物流提供支撐，解決生產和生活中的實際問題，工業上常用的商業化電子鼻、光譜分析儀等昂貴儀器難以服務于實際生產。因此，如何實現技術產品的低成本化是本研究的重點和難點之一。本項研究在開展過程中重點考慮方法的低成本實現問題，如：對農產品品質劣變氣體的指紋圖譜進行優化研究，從而用最少的傳感器單元實現劣變識別;對于氧化還原性氣體，用氧化還原性氣體進行感知，用非色散紅外傳感方法實現穩態氣體感知，而避免使用分光方法等高成本方案。

3. 果品外觀品質檢測中的運動目標快速獲取、分割、動態序列圖像融合。通過實驗設計、數據分析、技術改進、試驗驗證解決。果品外部品質綜合檢測方法與檢測模型。通過圖像處理、特征提取、數學建模、模型校正進行解決。

4. 基于特定細菌表面生化特征和免疫納米磁珠的優點對四種及以上被測病原菌進行復雜背景下、有選擇的樣品快速預處理和富集，以達到對樣品進行高效提純和分離。基于免疫熒光量子點標記的同時快速檢測四種及以上病原菌，以達到提高檢測靈敏度和速度、減少樣本用量，從而降低檢測費用。

二、農產品質量無損檢測技術與裝備新體系構建

（1）農產品品質判別數據庫構建

研究蔬菜、果品、肉品、水產品在不同環境參數物流過程中營養品質、衛生品質、安全性與氣味、表面缺陷、微生物的變化規律，構建農產品不同品質等級的判別數據庫。構建農產品不同品質等級和新鮮度的氣味、近紅外光譜判別模型和貨架期預測模型。運用主成分分析、線性判別、聚類分析、統計過程質量控制、人工神經網絡等不同模式識別進行多模式品質等級定性判別，采用偏最小二乘法建立氣味、近紅外光譜、表面缺陷與品質指標的定量關系。

（2）農產品品質劣變氣體的高靈敏傳感技術研究和傳感器研制

基于農產品品質劣變與變質氣體的相互關系，篩選和優化適用于蔬菜、水果、肉品、水產品品質劣變過程的氣體傳感器，研究硫化氫、氨氣等氣體的電化學傳感技術，優化選擇離子選擇性氣敏電極，實現電極微弱信號的調理和采集，通過研究實時定標模式消減測量中的基線噪聲;研究乙醇、乙烯等氣體的非色散紅外傳感技術，構建多次反射光學系統以提高光程，優化選擇適用于冷鏈物流環節的各種氣體敏感波段，建立吸光度與氣體濃度的定量化計量模型。

（3）農產品品質劣變監測系統（簡易電子鼻）研制

在感知器件研制基礎上，集成的氨氣、硫化氫、乙烯、乙醇等氣體傳感器，構建農產品冷鏈物流中品質劣變的集成化監測設備。研究陣列傳感器集成過程中的信號采集、時序同步、高速信號處理問題，研制可安裝于物流車（或冷庫）的車載式監測設備，對運送過程中的多種氣體同時進行連續在線監測并預警。研究多元傳感器集成中的低功耗設計方法，研制手持式監測設備，可隨時在各運送環境對劣變氣體進行監測。

（4）典型果品表面缺陷快速在線無損檢測技術研究與裝備研制

研究典型果品表面缺陷快速在線無損檢測技術研究與裝備研制研究典型果品損傷、蟲害、腐爛等表面缺陷的光學響應特性，綜合利用高/多光譜圖像技術、激發熒光技術和結構光編碼技術，確定最佳圖像采集波段，突破高速、高精度檢測的動態序列圖像融合、特征提取及三維信息獲取等核心技術，建立果品表面缺陷、果梗和花萼的在線快速識別方法;開發輸送、翻轉和卸料一體化的水果檢測分級裝置，實現果品的自動定向及整齊、有序、高速在線排列;研制典型果品表面缺陷快速在線無損檢測和自動化分級生產線。

（5）多元病原菌和真菌毒素的快速檢測方法研究和設備研制

針對沙門氏菌、金黃色葡萄球菌等常見食源性致病菌，考察基于鞭毛、脂多糖等大分子的單克隆抗體免疫反應特性，選取具有高度特異性和靈敏度的抗體制備生物傳感材料，研制多源病原菌的熒光生物傳感檢測儀器。針對OTA、ZEA、DON等真菌霉素，采用不同偶聯比將其標記至微納磁球表面，研究微納磁球的阻抗頻譜特性，以及表面抗原標記密度、粒徑、磁場強度對檢測性能的影響。研制與免疫阻抗傳感器相匹配的便攜式阻抗測量儀器，實現真菌霉素的快速檢測。

（6）農產品物流過程中品質劣變在線探測技術集成示范

在課題研發基礎上，將果蔬、肉品、水產品物流過程中品質劣變探測關鍵技術及設備集成、組裝、再創新，形成配套技術裝備成果。選擇重點、優勢物流企業建立示范平臺，在典型冷鏈物流環節進行推廣應用示范，最終構建形成金字塔型示范網絡，以期通過示范推廣在行業內部產生顯著的輻射效應，保障冷鏈物流中農產品品質安全。在示范過程中，重點對設備的易操作性、準確性、穩定性、輔助功能，以及對重大品質劣變事件預警能力進行長期測試和評估，并研究技術對冷鏈物流運輸效率、農產品質量安全水平的提升作用。在示范應用過程中不斷對技術和產品進行優化和完善，為大規模的產業化應用奠定技術基礎。

參考文獻

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[3] 王宇菲，譚妹二，許桂香.基于電子鼻技術多算法檢測熱帶水果品質的實驗研究[J].軟件，2016，37（03）：40-43.

作者簡介：張詠梅（1975.4-），性別：女，籍貫：山東省濟寧市，民族：漢，學位：博士，職稱：教授，研究方向：生物技術;

張建喜（1979.10-），性別：男，籍貫：山東濰坊，民族：漢，學位：碩士，職稱：高級工程師

研究方向：冷鏈物流，軟件工程;

畢然?（1982.6-），?性別：男，?籍貫：山東濟南，民族：漢，學位：碩士研究生，?職稱：高級工程師，研究方向：信息技術、人工智能、大數據技術。