不同試驗(yàn)方法檢測(cè)硫磺熏蒸枸杞品質(zhì)對(duì)比分析

馮 楠，張若宇，坎 雜

（石河子大學(xué)機(jī)械電氣工程學(xué)院，新疆 石河子 832000）

不同試驗(yàn)方法檢測(cè)硫磺熏蒸枸杞品質(zhì)對(duì)比分析

馮 楠，張若宇，坎 雜

（石河子大學(xué)機(jī)械電氣工程學(xué)院，新疆 石河子 832000）

本試驗(yàn)以硫磺熏蒸枸杞和正常枸杞為研究對(duì)象，利用高光譜成像系統(tǒng)和質(zhì)構(gòu)儀分別獲取光譜和質(zhì)構(gòu)特性數(shù)據(jù)，并進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明，利用高光譜成像技術(shù)能很好的區(qū)分硫磺熏蒸枸杞和正常枸杞，而質(zhì)構(gòu)特性很難有效區(qū)分硫磺熏蒸枸杞和正常枸杞。

食品安全；硫磺熏蒸；枸杞；質(zhì)構(gòu)檢測(cè)；高光譜成像檢測(cè)

枸杞是中國(guó)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(diào)節(jié)、抗腫瘤、抗疲勞、生殖保護(hù)等[2]。枸杞還是營(yíng)養(yǎng)滋補(bǔ)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(jià)格，采用硫磺熏蒸等方法改善枸杞外觀色澤，以消除發(fā)霉和“黑碳”現(xiàn)象，獲取更高經(jīng)濟(jì)利益。這不僅影響了枸杞的品質(zhì)，而且?guī)砹藝?yán)重的食品安全問題[4]。硫磺是一種化工原料，它燃燒產(chǎn)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(huì)混懸在藥液中。若病人長(zhǎng)期服用，會(huì)導(dǎo)致升華硫在人體內(nèi)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(zhì)的巰基進(jìn)行可逆性結(jié)合反應(yīng)，刺激消化道黏膜，使人出現(xiàn)惡心、嘔吐、腹瀉等癥狀；攝入過量的亞硫酸鹽，會(huì)影響人體對(duì)鈣的吸收，破壞B族維生素；長(zhǎng)期攝入則會(huì)對(duì)肝臟造成損害[6，7]。

硫磺熏蒸枸杞經(jīng)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(guó)內(nèi)還沒有能有效區(qū)分枸杞是否被硫磺熏蒸的方法。因此，石河子大學(xué)機(jī)械電氣工程學(xué)院分別利用枸杞的質(zhì)構(gòu)特性和光譜特性對(duì)硫磺熏蒸枸杞進(jìn)行辨別試驗(yàn)，以期得到一種有效的檢測(cè)方法。

高光譜成像技術(shù)融合了圖像和光譜技術(shù)，可同時(shí)獲取檢測(cè)對(duì)象的空間和光譜信息，具有全波段連續(xù)光譜信息及識(shí)別目標(biāo)對(duì)象不同化學(xué)組分的能力，已逐漸被引入農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢測(cè)領(lǐng)域[8]。由于機(jī)器視覺技術(shù)和光譜技術(shù)具有快速、無(wú)損、可靠的優(yōu)點(diǎn)，目前在農(nóng)產(chǎn)品無(wú)損檢測(cè)中得到廣泛應(yīng)用[9]。本試驗(yàn)使用的高光譜采集系統(tǒng)由高光譜成像儀（ImSpector V10EQE，F(xiàn)inland）、鹵化物光源（3 900，Schott）、電移平臺(tái)（PSA200-11-X，Zolix）和電移平臺(tái)控制器（SC300 -1A，Zolix）組成，利用圖像處理軟件ENVI對(duì)采集圖像進(jìn)行光譜分析。

質(zhì)構(gòu)檢測(cè)在食品產(chǎn)品評(píng)價(jià)和可接受性方面起著關(guān)鍵性作用，食品質(zhì)構(gòu)主要采用質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定，質(zhì)構(gòu)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(shù)據(jù)表示出來，依據(jù)食品物性學(xué)的基本原理，獲得一系列樣品的物性參數(shù)（質(zhì)構(gòu)參數(shù)）。依據(jù)這些參數(shù)對(duì)樣品進(jìn)行品質(zhì)分類、質(zhì)量控制和生產(chǎn)工藝的優(yōu)化。本試驗(yàn)使用英國(guó)Stable Micro Systems公司生產(chǎn)的TA.XT plus型質(zhì)構(gòu)儀，分別測(cè)試硫磺熏蒸枸杞及正常枸杞的硬度和咀嚼性質(zhì)構(gòu)特性數(shù)據(jù)。其中硬度是描述與食品變形或穿透產(chǎn)品所需的力有關(guān)的機(jī)械質(zhì)地特性，是食品保持形狀的內(nèi)部結(jié)合力；咀嚼性是指將固體食品咀嚼到可吞咽時(shí)需做的功的大小。利用判別分析方法對(duì)硫磺熏蒸和正常枸杞進(jìn)行判別分析。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料和儀器

高光譜成像系統(tǒng) （圖1）、TA.XT plus型質(zhì)構(gòu)儀（圖2）和硫磺熏蒸箱（實(shí)驗(yàn)室自制，圖3）。試驗(yàn)用枸杞采自新疆奎屯工八團(tuán)，品種為寧杞5號(hào)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)樣本制備

選取未經(jīng)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(jìn)行自然晾曬，形成硫磺熏蒸組，同樣選取100粒未經(jīng)處理的枸杞進(jìn)行自然晾曬，形成正常晾曬組。

圖1 高光譜成像系統(tǒng)

圖2 TA.XT plus型質(zhì)構(gòu)儀（英國(guó)）

圖3 硫磺熏蒸箱

1.2.2 數(shù)據(jù)采集與處理

1.2.2.1 高光譜數(shù)據(jù)采集與處理

選用高光譜圖像采集軟件SpectralCube進(jìn)行圖像采集，采集前進(jìn)行采集參數(shù)調(diào)試，最終確定曝光時(shí)間為23.5ms，圖像采集速度為1.23mm/s，物距42.5cm。黑白校正后進(jìn)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(tái)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(qū)域ROI。

1.2.2.2 質(zhì)構(gòu)數(shù)據(jù)采集與處理

選用TA.XT plus質(zhì)構(gòu)儀平臺(tái)，選擇P/2針狀探頭（直徑2 mm）。設(shè)定參數(shù)：測(cè)前速度2 mm/s；測(cè)試速度1 mm/s；測(cè)后速度10 mm/s；穿刺深度為樣本厚度的70%；感應(yīng)力為5 g。以每顆枸杞橫放正中心位置進(jìn)行穿刺測(cè)定，得到硬度和咀嚼性兩個(gè)參數(shù)值。

質(zhì)構(gòu)儀采集軟件Exponent生成的采集結(jié)果導(dǎo)入SPSS數(shù)據(jù)集。使用SPSS19.0統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析，得到Spearman相關(guān)系數(shù)。

2 結(jié)果分析

2.1 光譜分析

利用ENVI軟件提取感興趣區(qū)域，統(tǒng)計(jì)區(qū)域內(nèi)所有像素點(diǎn)，計(jì)算該區(qū)域在全波段范圍內(nèi)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(zhǎng)450～670 nm之間區(qū)別不大 （而常人可以看到的可見光波長(zhǎng)一般為400～760 nm），而在670～1 000 nm波長(zhǎng)之間，正常枸杞的光譜曲線呈上升趨勢(shì)，熏蒸枸杞的光譜曲線呈下降趨勢(shì)，故可通過光譜分析區(qū)分正常枸杞和熏蒸枸杞。

2.2 質(zhì)構(gòu)分析

利用質(zhì)構(gòu)儀測(cè)得硫磺熏蒸樣本組和正常樣本組的硬度和咀嚼性質(zhì)構(gòu)數(shù)據(jù)，并利用這2個(gè)質(zhì)構(gòu)特性對(duì)兩組樣本進(jìn)行了相關(guān)分析，結(jié)果如表1所示。

表1 質(zhì)構(gòu)分析結(jié)果

從表1分析結(jié)果可以看出，熏蒸樣本和正常樣本硬度相關(guān)系數(shù)為0.133，P值為0.188；咀嚼性相關(guān)系數(shù)為0.083，P值為0.411，表明2種樣本在硬度和咀嚼性參數(shù)方面無(wú)明顯差異。

3 小結(jié)

本試驗(yàn)研究結(jié)果表明，利用高光譜技術(shù)可有效鑒別正常枸杞和熏蒸枸杞；而利用質(zhì)構(gòu)分析方法不能有效區(qū)分正常枸杞和熏蒸枸杞，且操作相對(duì)復(fù)雜。因此，利用光學(xué)和光譜成像等技術(shù)可以簡(jiǎn)便、快速進(jìn)行枸杞的無(wú)損測(cè)定，可作為硫磺熏蒸枸杞可靠的檢測(cè)方法。

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2015—03—24