多光譜成像技術在食品營養品質 檢測方面的應用方法

◎ 楊培培，蔡莉萍

（漯河食品職業學院，河南 漯河 462300）

2020 年是全面建成小康社會的收官之年，通過各族人民的不斷奮斗，經濟也得到了發展，同時人們的思想觀念也發生了潛移默化的變化，吃、穿、住、行都取得了質的飛躍，尤其是對于吃格外重視，從“吃得飽”發展到“吃得好”不只是一個字的改變，更是彰顯了人們對于生活的追求在不斷提升，變得更講究品質，所以充分運用多光譜成像技術進行食品營養品質檢測是近年來研究的熱點；主要應用在食品營養品質檢測和運輸過程中的營養成分變化檢測中。本文首先對多光譜成像技術進行簡單介紹，重點關注其在食品營養品質檢測方面的具體應用，而后總結了解目前運用的具體方法，以及存在的問題，以進一步完善多光譜成像技術在食品營養品質檢測中的運用。

1 多光譜成像技術基本原理及特點

多光譜成像技術是近年發展起來的一門新興技術，以成像學和光譜學為基礎實現對目標物的檢測。多光譜成像檢測技術作為一種分析工具，在生物醫學、食品檢測等多個研究領域應用廣泛。

傳統的成像技術只能用一種或是兩種染料對特定的分子進行標記，而多光譜成像技術可以實現多種熒光同時標記。常用的熒光染料如熒光蛋白，作為一種信號分子，熒光蛋白可以示蹤細胞位移以及亞細胞的生物過程，從而實現對對檢測樣品的檢測。通過單色光激發后將多種熒光信號混雜，利用電荷耦合元件實現信息的采集，隨后通過信號解混系統將采集到的光進行解混，最后將信號輸出，便可得到不同顏色標記的生物樣品的成分或定位。

多光譜成像技術與普通成像技術最大的不同之處在于，結果是每張圖像每個像素點的高分辨光譜，而非肉眼所見得紅、藍、綠三色圖像。

2 目前多光譜成像技術運用的局限性

2.1 消耗的成本過高

這里的成本并不是僅指經濟成本，更多的是時間成本和人力成本；雖然多光譜成像技術是一項運用科技手段來對食品的營養品質進行檢測的方法，具有一定的智能性，但其依然需要耗費大量的時間以及精力去完成這項工作，主要體現在設計這一環節，且儀器成本較高，不適于普遍推廣。

2.2 采集的波段有限，信息利用率低

通過上述對多光譜成像技術的介紹不難看出多光譜成像技術中有效的信息主要是集中在可見以及紅外光區域，而其他區域的光譜中究竟是否蘊藏著有效信息不得而知，所以效率顯然是偏低的，對于這方面的提升還有待進一步研究。

2.3 運行時對傳統方法存在依賴性

雖然運用多光譜成像技術可以在保證快速檢測的同時保證食品完整性，相較于傳統檢測方法具有一定的優勢，但為了保證檢測結果的準確性，仍然需要通過傳統的方式來進行進一步的確定，因此現階段多光譜成像技術仍存在一定的局限性。

2.4 運行時對于環境的要求嚴苛

目前研究的多光譜成像技術主要還是應用在實驗室中，故而對環境的要求相對較高，目前還沒有在外界復雜的環境中運用多光譜成像技術來進行食品營養品質檢測，能否適應外界的環境依然是個未知數，需要研究人員做進一步研究。

3 多光譜成像技術在食品營養品質檢測中的應用

多光譜成像技術在食品檢測中的運用較為廣泛，在食品營養品質檢測中，可以檢測食品是否安全，又可以對食品的營養成分進行檢測。

3.1 肉類營養品質檢測

隨著我國經濟的不斷發展，經濟總量的不斷提升，人們的生活水平也在不斷提高，在飲食方面也對肉的品質提出了新的要求。“肉”已經成為人們三餐中不可缺少的一部分，肉類在人類的飲食中成為最重要的一種食物。通常所說的肉類一般包括畜肉、禽肉和水產品，其富含優質蛋白質、脂類、脂溶性維生素、維生素B 族和礦物質等，是平衡膳食的重要組成部分。現階段，我國肉類食品的消費量逐漸增加，預計到2025 年，世界肉品年消費量將增加到35 649 萬t，中國肉品年消費量增加至9 996 萬t。因此，在進入市場流通前，必須對肉品的營養品質進行檢測，以保障肉品質量和實現不同質量肉品等級分級。近些年，多光譜成像技術被廣泛運用于生肉和肉制品中營養成分的預測，這些成分可以影響肉品的營養、感官評價、貨架期等。

3.2 果蔬類食品營養品質檢測

3.2.1 水果營養品質的檢測

水果蘊含的纖維物質，可以促進人們身體的新陳代謝。且水果中的維生素可滿足人體所需，具有延緩衰老、美容護膚的功效。

水果的安全性和質量都得到了人們的廣泛關注，水果在進入市場前需要檢測外部特點和生物特征，保證進入市場的水果的質量。在檢測過程中，建立實時光譜檢測，利用紅外圖像的多光譜攝像系統進行成像，從而節省成像時間，檢測效果也得到了提高。多光譜成像技術可以無損、快速檢測水果表面的污點、結疤、菌類、土壤污染等，并對水果進行分級，從而進一步提高進入市場的水果的質量。多光譜成像技術可以直觀檢測水果，簡化了檢測過程，提高了檢測效率；

水果市場發展態勢呈一片向榮的景象，這樣的大背下，保證水果的品質至關重要，面對這一問題，多光譜成像技術發揮了重要作用。多光譜成像技術借助其優勢，還可以對水果中含有的糖分、果酸以及維生素、纖維素等營養價值比較高的物質進行檢測，從而水果品質。除此之外，水果的營養成分也是不斷變化的，而多光譜成像技術可以對水果營養品質進行動態檢測。

3.2.2 蔬菜類食品營養品質檢測

蔬菜作為健康膳食的重要組成部分，富含維生素（尤其是維生素A 與維生素C）、人體所需的礦物質、水分、糖分和膳食纖維，除了為人類提供能量和營養外，還有預防某些疾病的功效。過去幾十年間，蔬菜消費量隨著經濟發展和人們對健康膳食了解的深入而快速增長，與此同時，消費者對蔬菜營養品質的期望也逐漸變高。然而，蔬菜的保質期較短不宜存放且在貯藏運輸銷售過程中營養物質變化較快，對其營養價值和消費價格影響較大，因此有必要對蔬菜的營養品質進行快速無損檢測。可溶性固形物含量是指包括可溶性糖、酸、維生素、礦物質和纖維素等成分的綜合型指標，是評價蔬菜營養品質的重要參數。但是，現行的檢測標準使用的方法是折射儀法，用時長且需要破壞樣品。因此，利用多光譜成像系統如何快速無損地檢測蔬菜一直是研究者們關注的重點。

3.3 糧油作物營養品質檢測

糧油作物指谷類作物、薯類作物和豆類作物，一般作為人的主食，為人類提供淀粉、蛋白質、油脂和膳食纖維等營養物質。糧油作物種植范圍廣，種類繁雜，品質不一，因此多光譜成像技術對糧油作物的品質檢測主要集中于來源的區分和品種的鑒別方面。

4 總結與啟示

通過上述的分析，可以知道多光譜成像技術確實在當下食品營養品質檢測上有其一定的用武之地，能夠通過檢測分析得知具體的食品營養品質情況，實現快速和無損檢測，但依然要明確當下對于這一方面的研究依然不足，這一技術的推廣運用依然存在瓶頸未解決，所以需要更多的研究人員通過不斷的實驗進行進一步的優化和提升。