多光譜成像技術(shù)在食品營(yíng)養(yǎng)品質(zhì) 檢測(cè)方面的應(yīng)用方法

◎ 楊培培，蔡莉萍

（漯河食品職業(yè)學(xué)院，河南 漯河 462300）

2020 年是全面建成小康社會(huì)的收官之年，通過(guò)各族人民的不斷奮斗，經(jīng)濟(jì)也得到了發(fā)展，同時(shí)人們的思想觀念也發(fā)生了潛移默化的變化，吃、穿、住、行都取得了質(zhì)的飛躍，尤其是對(duì)于吃格外重視，從“吃得飽”發(fā)展到“吃得好”不只是一個(gè)字的改變，更是彰顯了人們對(duì)于生活的追求在不斷提升，變得更講究品質(zhì)，所以充分運(yùn)用多光譜成像技術(shù)進(jìn)行食品營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)檢測(cè)是近年來(lái)研究的熱點(diǎn)；主要應(yīng)用在食品營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)檢測(cè)和運(yùn)輸過(guò)程中的營(yíng)養(yǎng)成分變化檢測(cè)中。本文首先對(duì)多光譜成像技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，重點(diǎn)關(guān)注其在食品營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)檢測(cè)方面的具體應(yīng)用，而后總結(jié)了解目前運(yùn)用的具體方法，以及存在的問(wèn)題，以進(jìn)一步完善多光譜成像技術(shù)在食品營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)檢測(cè)中的運(yùn)用。

1 多光譜成像技術(shù)基本原理及特點(diǎn)

多光譜成像技術(shù)是近年發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興技術(shù)，以成像學(xué)和光譜學(xué)為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物的檢測(cè)。多光譜成像檢測(cè)技術(shù)作為一種分析工具，在生物醫(yī)學(xué)、食品檢測(cè)等多個(gè)研究領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

傳統(tǒng)的成像技術(shù)只能用一種或是兩種染料對(duì)特定的分子進(jìn)行標(biāo)記，而多光譜成像技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)多種熒光同時(shí)標(biāo)記。常用的熒光染料如熒光蛋白，作為一種信號(hào)分子，熒光蛋白可以示蹤細(xì)胞位移以及亞細(xì)胞的生物過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)檢測(cè)樣品的檢測(cè)。通過(guò)單色光激發(fā)后將多種熒光信號(hào)混雜，利用電荷耦合元件實(shí)現(xiàn)信息的采集，隨后通過(guò)信號(hào)解混系統(tǒng)將采集到的光進(jìn)行解混，最后將信號(hào)輸出，便可得到不同顏色標(biāo)記的生物樣品的成分或定位。

多光譜成像技術(shù)與普通成像技術(shù)最大的不同之處在于，結(jié)果是每張圖像每個(gè)像素點(diǎn)的高分辨光譜，而非肉眼所見(jiàn)得紅、藍(lán)、綠三色圖像。

2 目前多光譜成像技術(shù)運(yùn)用的局限性

2.1 消耗的成本過(guò)高

這里的成本并不是僅指經(jīng)濟(jì)成本，更多的是時(shí)間成本和人力成本；雖然多光譜成像技術(shù)是一項(xiàng)運(yùn)用科技手段來(lái)對(duì)食品的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)的方法，具有一定的智能性，但其依然需要耗費(fèi)大量的時(shí)間以及精力去完成這項(xiàng)工作，主要體現(xiàn)在設(shè)計(jì)這一環(huán)節(jié)，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(guò)上述對(duì)多光譜成像技術(shù)的介紹不難看出多光譜成像技術(shù)中有效的信息主要是集中在可見(jiàn)以及紅外光區(qū)域，而其他區(qū)域的光譜中究竟是否蘊(yùn)藏著有效信息不得而知，所以效率顯然是偏低的，對(duì)于這方面的提升還有待進(jìn)一步研究。

2.3 運(yùn)行時(shí)對(duì)傳統(tǒng)方法存在依賴性

雖然運(yùn)用多光譜成像技術(shù)可以在保證快速檢測(cè)的同時(shí)保證食品完整性，相較于傳統(tǒng)檢測(cè)方法具有一定的優(yōu)勢(shì)，但為了保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，仍然需要通過(guò)傳統(tǒng)的方式來(lái)進(jìn)行進(jìn)一步的確定，因此現(xiàn)階段多光譜成像技術(shù)仍存在一定的局限性。

2.4 運(yùn)行時(shí)對(duì)于環(huán)境的要求嚴(yán)苛

目前研究的多光譜成像技術(shù)主要還是應(yīng)用在實(shí)驗(yàn)室中，故而對(duì)環(huán)境的要求相對(duì)較高，目前還沒(méi)有在外界復(fù)雜的環(huán)境中運(yùn)用多光譜成像技術(shù)來(lái)進(jìn)行食品營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)檢測(cè)，能否適應(yīng)外界的環(huán)境依然是個(gè)未知數(shù)，需要研究人員做進(jìn)一步研究。

3 多光譜成像技術(shù)在食品營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)檢測(cè)中的應(yīng)用

多光譜成像技術(shù)在食品檢測(cè)中的運(yùn)用較為廣泛，在食品營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)檢測(cè)中，可以檢測(cè)食品是否安全，又可以對(duì)食品的營(yíng)養(yǎng)成分進(jìn)行檢測(cè)。

3.1 肉類(lèi)營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)檢測(cè)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，經(jīng)濟(jì)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(duì)肉的品質(zhì)提出了新的要求。“肉”已經(jīng)成為人們?nèi)椭胁豢扇鄙俚囊徊糠?，肉?lèi)在人類(lèi)的飲食中成為最重要的一種食物。通常所說(shuō)的肉類(lèi)一般包括畜肉、禽肉和水產(chǎn)品，其富含優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)、脂類(lèi)、脂溶性維生素、維生素B 族和礦物質(zhì)等，是平衡膳食的重要組成部分?，F(xiàn)階段，我國(guó)肉類(lèi)食品的消費(fèi)量逐漸增加，預(yù)計(jì)到2025 年，世界肉品年消費(fèi)量將增加到35 649 萬(wàn)t，中國(guó)肉品年消費(fèi)量增加至9 996 萬(wàn)t。因此，在進(jìn)入市場(chǎng)流通前，必須對(duì)肉品的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，以保障肉品質(zhì)量和實(shí)現(xiàn)不同質(zhì)量肉品等級(jí)分級(jí)。近些年，多光譜成像技術(shù)被廣泛運(yùn)用于生肉和肉制品中營(yíng)養(yǎng)成分的預(yù)測(cè)，這些成分可以影響肉品的營(yíng)養(yǎng)、感官評(píng)價(jià)、貨架期等。

3.2 果蔬類(lèi)食品營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)檢測(cè)

3.2.1 水果營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的檢測(cè)

水果蘊(yùn)含的纖維物質(zhì)，可以促進(jìn)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(hù)膚的功效。

水果的安全性和質(zhì)量都得到了人們的廣泛關(guān)注，水果在進(jìn)入市場(chǎng)前需要檢測(cè)外部特點(diǎn)和生物特征，保證進(jìn)入市場(chǎng)的水果的質(zhì)量。在檢測(cè)過(guò)程中，建立實(shí)時(shí)光譜檢測(cè)，利用紅外圖像的多光譜攝像系統(tǒng)進(jìn)行成像，從而節(jié)省成像時(shí)間，檢測(cè)效果也得到了提高。多光譜成像技術(shù)可以無(wú)損、快速檢測(cè)水果表面的污點(diǎn)、結(jié)疤、菌類(lèi)、土壤污染等，并對(duì)水果進(jìn)行分級(jí)，從而進(jìn)一步提高進(jìn)入市場(chǎng)的水果的質(zhì)量。多光譜成像技術(shù)可以直觀檢測(cè)水果，簡(jiǎn)化了檢測(cè)過(guò)程，提高了檢測(cè)效率；

水果市場(chǎng)發(fā)展態(tài)勢(shì)呈一片向榮的景象，這樣的大背下，保證水果的品質(zhì)至關(guān)重要，面對(duì)這一問(wèn)題，多光譜成像技術(shù)發(fā)揮了重要作用。多光譜成像技術(shù)借助其優(yōu)勢(shì)，還可以對(duì)水果中含有的糖分、果酸以及維生素、纖維素等營(yíng)養(yǎng)價(jià)值比較高的物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，從而水果品質(zhì)。除此之外，水果的營(yíng)養(yǎng)成分也是不斷變化的，而多光譜成像技術(shù)可以對(duì)水果營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)。

3.2.2 蔬菜類(lèi)食品營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)檢測(cè)

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(zhì)、水分、糖分和膳食纖維，除了為人類(lèi)提供能量和營(yíng)養(yǎng)外，還有預(yù)防某些疾病的功效。過(guò)去幾十年間，蔬菜消費(fèi)量隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們對(duì)健康膳食了解的深入而快速增長(zhǎng)，與此同時(shí)，消費(fèi)者對(duì)蔬菜營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的期望也逐漸變高。然而，蔬菜的保質(zhì)期較短不宜存放且在貯藏運(yùn)輸銷(xiāo)售過(guò)程中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)變化較快，對(duì)其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和消費(fèi)價(jià)格影響較大，因此有必要對(duì)蔬菜的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)進(jìn)行快速無(wú)損檢測(cè)?？扇苄怨绦挝锖渴侵赴扇苄蕴?、酸、維生素、礦物質(zhì)和纖維素等成分的綜合型指標(biāo)，是評(píng)價(jià)蔬菜營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的重要參數(shù)。但是，現(xiàn)行的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)使用的方法是折射儀法，用時(shí)長(zhǎng)且需要破壞樣品。因此，利用多光譜成像系統(tǒng)如何快速無(wú)損地檢測(cè)蔬菜一直是研究者們關(guān)注的重點(diǎn)。

3.3 糧油作物營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)檢測(cè)

糧油作物指谷類(lèi)作物、薯類(lèi)作物和豆類(lèi)作物，一般作為人的主食，為人類(lèi)提供淀粉、蛋白質(zhì)、油脂和膳食纖維等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。糧油作物種植范圍廣，種類(lèi)繁雜，品質(zhì)不一，因此多光譜成像技術(shù)對(duì)糧油作物的品質(zhì)檢測(cè)主要集中于來(lái)源的區(qū)分和品種的鑒別方面。

4 總結(jié)與啟示

通過(guò)上述的分析，可以知道多光譜成像技術(shù)確實(shí)在當(dāng)下食品營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)檢測(cè)上有其一定的用武之地，能夠通過(guò)檢測(cè)分析得知具體的食品營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)情況，實(shí)現(xiàn)快速和無(wú)損檢測(cè)，但依然要明確當(dāng)下對(duì)于這一方面的研究依然不足，這一技術(shù)的推廣運(yùn)用依然存在瓶頸未解決，所以需要更多的研究人員通過(guò)不斷的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化和提升。