農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量檢測中無損檢測技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐微探

劉文濤

（貴陽市息烽縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，貴州 貴陽 551100）

社會的發(fā)展離不開基本的物質(zhì)保障，農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量與每個(gè)人的切身利益都有直接關(guān)系，由此可見實(shí)現(xiàn)對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量的有效控制至關(guān)重要。當(dāng)前農(nóng)產(chǎn)品檢測方面還存在一些不足，需有效提升農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢測技術(shù)的水平，實(shí)現(xiàn)技術(shù)升級，對無損檢測技術(shù)加以改進(jìn)和優(yōu)化，增強(qiáng)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量把控力度。

1 農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量無損檢測技術(shù)

1.1 特征分析

無損檢測指的是在不影響被測物體性能的情況下，檢測農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量。檢測技術(shù)包括聲音、光學(xué)、磁性、電學(xué)，不會損壞被檢測對象的性能。檢測結(jié)果會給出質(zhì)量缺陷的位置、性質(zhì)、數(shù)量和大小。檢測被檢測對象是否存在缺陷、是否存在不均勻性。相比于傳統(tǒng)的檢測技術(shù)，無損檢測技術(shù)具有非破壞性，能在獲得檢測結(jié)果的同時(shí)，將不合格品剔除在外，原物不會發(fā)生損失。檢測規(guī)模不受數(shù)量限制，可用于抽樣檢測，也可用于普查[1]。無損檢測技術(shù)具有互容性，主要是檢測方法的互容性，也就是能對同一種農(nóng)產(chǎn)品同時(shí)或依次采用不同的無損檢測方法，也可以重復(fù)采用同一種檢測方法。無損檢測方法具有嚴(yán)格性，需使用專用的儀器和設(shè)備，從事該項(xiàng)工作的檢測人員也必須經(jīng)過嚴(yán)格的訓(xùn)練，能嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行操作。

1.2 技術(shù)基礎(chǔ)

聲學(xué)檢測是農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量無損檢測中的一種，該項(xiàng)技術(shù)會用到聲學(xué)測試工具，以完成對農(nóng)產(chǎn)品內(nèi)部的檢測。根據(jù)農(nóng)作物每秒發(fā)射超聲波的頻率和阻抗來確定檢測的結(jié)果。聲學(xué)檢測技術(shù)有著較強(qiáng)的適應(yīng)性，所使用的測試工具成本不高，實(shí)際操作也很方便，最終獲得的檢測結(jié)果精度比較高，尤其是在檢測農(nóng)產(chǎn)品的成熟度和軟硬度方面。運(yùn)用力學(xué)檢測技術(shù)實(shí)現(xiàn)對農(nóng)產(chǎn)品的無損檢測，能用于檢測農(nóng)產(chǎn)品的現(xiàn)狀，準(zhǔn)確判斷農(nóng)產(chǎn)品是否已經(jīng)成熟。光學(xué)檢測技術(shù)是一種光散射效應(yīng)，產(chǎn)生于特定作物內(nèi)側(cè)，該技術(shù)在檢測水果和蔬菜時(shí)比較常用，準(zhǔn)確性較高。實(shí)踐中，光學(xué)檢測技術(shù)表現(xiàn)出了較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性，能單獨(dú)用于研究農(nóng)作物的質(zhì)量，這也是該技術(shù)特有的優(yōu)勢。核磁共振檢測技術(shù)主要運(yùn)用于對破損農(nóng)作物的檢測，能獲得較為準(zhǔn)確的檢測結(jié)果。當(dāng)農(nóng)作物所含有的脂質(zhì)和水質(zhì)融合在一起，要保證能看清楚圖像再進(jìn)行檢測。

2 無損檢測技術(shù)在農(nóng)作物質(zhì)量檢測中的應(yīng)用優(yōu)勢

目前在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域無損檢測技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)比較廣泛，成為農(nóng)產(chǎn)品檢測中的重要方法之一。無損檢測技術(shù)不會對檢測的產(chǎn)品造成損害，也有著比較廣泛的應(yīng)用范圍。能實(shí)現(xiàn)對農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的系統(tǒng)性檢測，而且能檢測農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)地環(huán)境和投入品。農(nóng)產(chǎn)品檢測的指標(biāo)有營養(yǎng)成分、功能成分、產(chǎn)品外形。在產(chǎn)地環(huán)境方面，檢測的指標(biāo)包括重金屬的含量、土壤成分、化學(xué)殘留物。在投入品方面，檢測的指標(biāo)有農(nóng)藥、化肥和添加劑。能運(yùn)用在多種農(nóng)產(chǎn)品的檢測活動中，比如小麥、茶葉、蔬菜、水果和花卉。運(yùn)用無損檢測技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)對農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)境和產(chǎn)品安全性的有效分析，不僅能節(jié)省人工費(fèi)用，還能降低產(chǎn)品的檢測成本，獲得較高的產(chǎn)品檢測效率。

3 農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量檢測中無損檢測技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐

3.1 以高光譜圖為支撐的計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)

3.1.1 技術(shù)概述

通常情況下，檢測農(nóng)產(chǎn)品的成熟度、顏色、新鮮度會使用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)，該技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)是圖像識別技術(shù)。目前已經(jīng)建立了快速檢測法，主要針對農(nóng)產(chǎn)品的色度和新鮮度，比如牛肉和水果。社會不斷發(fā)展，推動計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)的進(jìn)步，已經(jīng)不再局限于可見光區(qū)域內(nèi)，拓展延伸至X射線、紅外線、遠(yuǎn)紅外線。以高光譜圖為例，是一種新型的計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)，在研發(fā)的過程中用到了特定長度的光波。于傳統(tǒng)的光譜有所不同，高光譜是三維的，也被稱為圖像塊，有著很高的分辨率，已經(jīng)達(dá)到納米的標(biāo)準(zhǔn)[2]。其中有兩個(gè)表示坐標(biāo)維度的信息，另外的一個(gè)維度信息表示的是波長。計(jì)算機(jī)視覺檢測技術(shù)以高光譜圖技術(shù)為基礎(chǔ)，目前已經(jīng)發(fā)展成為一種機(jī)器視覺系統(tǒng)，是目前農(nóng)產(chǎn)品檢測中的一種主流技術(shù)，有著很好的應(yīng)用前景。

3.1.2 應(yīng)用于產(chǎn)地檢測環(huán)節(jié)

就環(huán)境檢測而言，所涵蓋的項(xiàng)目有重金屬的含量、土壤的養(yǎng)分、硝態(tài)氮含量、農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地。在目前的發(fā)展階段中，有很多研究人員使用近紅外光譜研究土壤的成分，并分析一些其他的性質(zhì)。在研究的過程中，不僅會使用紅外光譜進(jìn)行檢測，還會用到化學(xué)分析方法，用于分析相同土壤的成分。從檢測的結(jié)果來看，兩種技術(shù)沒有較大差異。從技術(shù)角度來說，化學(xué)檢測方法所得到的檢測結(jié)果可行度更高，所以認(rèn)為紅外光譜所獲得的檢測結(jié)果是準(zhǔn)確的，因此該技術(shù)再土壤快速檢測和施肥檢測方面有很好的應(yīng)用前景。另外還有一部分研究人員使用紅外漫反射光譜研究同一種農(nóng)作物，建立了分析鑒別模型，以可溶性固形物含量為研究產(chǎn)地的基礎(chǔ)，該項(xiàng)研究內(nèi)容會有效推動農(nóng)產(chǎn)品無損檢測技術(shù)的發(fā)展。

3.1.3 用于檢測農(nóng)藥殘留

導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品存在化學(xué)污染物殘留的主要原因之一是投入品，農(nóng)產(chǎn)品投入品主要有農(nóng)藥、化肥、生長調(diào)節(jié)劑、添加劑。目前對農(nóng)產(chǎn)品投入品的評價(jià)有兩個(gè)方向，一是農(nóng)業(yè)投入品殘留分析，二是農(nóng)產(chǎn)品投入品自身質(zhì)量分析。目前已經(jīng)投入使用的檢測方法是氯氰菊酯檢測方法，能反映農(nóng)藥殘留濃度與紅外光譜特性相互之間存在的某種關(guān)系。除此之外，日本的研究者還探索出了傅立葉變換型衰減全反射方法，該方法能有效檢測蔬菜類農(nóng)產(chǎn)品葉片表面所殘留的殺菌劑含量，該檢測技術(shù)有著非常高的精確度。在此方面國內(nèi)的研究者也有深入的探索，對于農(nóng)藥殘留的檢測，紅外光譜技術(shù)具有很高的檢測價(jià)值。

3.2 電磁特性檢測技術(shù)的應(yīng)用

3.2.1 電磁特性檢測技術(shù)概述

電磁特性檢測技術(shù)是目前農(nóng)產(chǎn)品無損檢測中的一種常用手段，應(yīng)用該技術(shù)進(jìn)行檢測，被檢測物體在電場和磁場中會顯示出不同的電特性參數(shù)和磁特性參數(shù)，通過這兩項(xiàng)參數(shù)，獲得被檢測樣品的特性，通常情況下，電磁特性技術(shù)被運(yùn)用在設(shè)備中，因此該技術(shù)比計(jì)算機(jī)視覺檢測技術(shù)和近紅外檢測技術(shù)簡單，對所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理也比較容易。從相關(guān)的課題研究活動中，可得知高速單脈沖核磁共振技術(shù)在評價(jià)水果和蔬菜的質(zhì)量方面有一定研究價(jià)值，在評價(jià)成熟度方面有突出表現(xiàn)。

3.2.2 檢測農(nóng)產(chǎn)品的新鮮度、成熟度

農(nóng)產(chǎn)品在電磁場中其電、磁特性參數(shù)會發(fā)生變化，通過研究這種變換情況來表示農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)，能實(shí)現(xiàn)對農(nóng)產(chǎn)品綜合質(zhì)量的測定。該方法執(zhí)行設(shè)備的操作較為簡單，獲得數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)的過程也不復(fù)雜，能檢測農(nóng)產(chǎn)品的新鮮度、成熟度和內(nèi)部品質(zhì)。比如有研究者提出運(yùn)用電容來測量西瓜的體積，運(yùn)用電平衡來檢測農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量。獲得新的自動密度和新的自動分類系統(tǒng)，該體系能實(shí)現(xiàn)對西瓜空洞度的有效測量[3]。再比如使用LCR測量儀和平板電極系統(tǒng)來測量桃子，桃子在儲藏的過程中，相對介電常數(shù)和介質(zhì)損耗因素都會發(fā)生相應(yīng)的變化，通過這兩項(xiàng)參數(shù)就能反映出桃子保存期間的新鮮度。

3.3 近紅外光譜檢測技術(shù)的應(yīng)用

3.3.1 檢測辣椒品質(zhì)

傳統(tǒng)模式下，確定辣椒的品質(zhì)主要是通過辣椒的顏色、形狀、傷痕以及體積大小，運(yùn)用近紅外光譜進(jìn)行質(zhì)量檢測，在不破壞樣品的情況下判定各物質(zhì)的含量，原理是分子會有選擇性的吸收輻射光中某些頻率波段的光。在檢測的過程中，光譜采集不會花費(fèi)較長時(shí)間，而且不需要對樣品進(jìn)行預(yù)處理。檢測的項(xiàng)目有辣椒的SSC、維生素C、辣度、農(nóng)藥殘留辣椒摻色度。

3.3.2 檢測雞蛋品質(zhì)

近年來我國的雞蛋養(yǎng)殖行業(yè)發(fā)展迅速，其中存在的矛盾是雞蛋深加工與產(chǎn)量之間的失衡，蛋品的生產(chǎn)沒有達(dá)到相應(yīng)的工業(yè)化水平，不具備較高的分級精度。這就導(dǎo)致我國生產(chǎn)的雞蛋出口率不高，在國際市場上沒有很強(qiáng)的競爭力。雞蛋內(nèi)部含有大量的蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)是一種肽鏈，由大量氨基酸通過氨基和羧基形成的肽鍵連接而成，主要成分是含氫基團(tuán)?？蛇\(yùn)用近紅外光譜的形式進(jìn)行檢測，主要是因?yàn)檫@些含氫基團(tuán)在近紅外區(qū)域有很強(qiáng)的吸收譜帶。使用近紅外光譜技術(shù)進(jìn)行檢測，能有效檢測出雞蛋中與這些基團(tuán)有關(guān)的成分，包括哈夫單位、蛋白高度、蛋黃指數(shù)、蛋黃高度。除此之外，還能分析樣品的一些電學(xué)性質(zhì)，包括物質(zhì)的密度和黏度，另外還有蛋殼的厚度和硬度，在此基礎(chǔ)上就能實(shí)現(xiàn)對雞蛋的定性分析和定量描述[4]。目前以有研究者采用傅立葉變換近紅外光譜儀采集不同存儲條件下雞蛋的漫透射光譜，對雞蛋進(jìn)行一些與品質(zhì)有關(guān)指標(biāo)的分析，包括雞蛋的哈夫單位、蛋白pH值、蛋白高度、蛋形指數(shù)。從檢測的結(jié)果來看，隨著雞蛋的存儲天數(shù)逐漸增加，雞蛋的各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)也隨之發(fā)生變化，而且有著較高的相關(guān)性。就雞蛋的蛋白高度而言，儲存天數(shù)不斷增加，蛋白高度會逐漸變薄，蛋白pH值則逐漸上升，呈現(xiàn)出逐漸趨于平衡的態(tài)勢。

4 結(jié)語

綜上所述，農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量檢測中無損檢測技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)獲得相應(yīng)成就，以高光譜圖為支撐的計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)被應(yīng)用于檢測農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)地，也能檢測農(nóng)作物的農(nóng)藥殘留。電磁特性檢測技術(shù)能檢測農(nóng)產(chǎn)品的新鮮度、成熟度，近紅外光譜檢測技術(shù)能檢測雞蛋和辣椒等農(nóng)作物的品質(zhì)，在未來需進(jìn)一步提高無損檢測技術(shù)的實(shí)用性。