運用近紅外高光譜成像技術檢測羊肉脂肪及蛋白質含量

范澤華 姚江河 陳杰

摘要：夏季是人們外出進行燒烤活動的主要季節，羊肉制品一直是燒烤架上最受歡迎的肉類制品。但在市場經濟的不良引導下，羊肉制品開始受到來自人工飼料，化學添加劑的影響。這些加工過的羊肉制品相比于原生原味的羊肉制品在脂肪含量，蛋白質含量都存在很大的差距。因此，對羊肉檢測部門推向一種新型有效的羊肉檢測技術是十分必要的。本文通過介紹運用近紅外高光譜成像技術在羊肉制品上的檢測，并說明了高光譜成像技術在羊肉制品檢測中產生的作用。并對今后如何拓展該技術在檢測領域的應用提出了一些設想。

關鍵詞：高光譜成像；檢測；脂肪；蛋白質

基金項目：塔里木大學校長基金：TDZKQN201505；兵團科技支疆項目：2014AB037

中圖分類號： S762 文獻標識碼： A DOI編號： 10.14025/j.cnki.jlny.2016.14.069

往往在人們親身品嘗購買的羊肉時才能了解羊肉制品的口感，但其中的脂肪含量，蛋白質含量人們并不能用肉眼看出。因此，有的羊肉吃下去會令人發胖，有的卻只能幫助消費者一飽口福。同時羊肉制品的價格因不同的質量，而在市場上標以不同的價位。是否物有所值，消費者同樣無法判斷，因此利用高科技手段將羊肉制品根據其自身真實的脂肪含量與蛋白質含量劃分價位標準，更加有利于消費者挑選適合自身意向的羊肉產品。近紅外高光譜成像技術在對羊肉的檢測方面發揮了自身的特殊功能。

1羊肉脂肪與蛋白質檢測的現實意義

關于羊肉脂肪與蛋白質含量，不僅僅是消費者對于羊肉制品的質量要求，更是國家安全檢疫部門對不健康羊肉產品檢測的關鍵。市場上各類羊肉出現于街邊的燒烤攤、大排檔上，其消費市場之大是其他肉類所不能比擬的。因其較高的售賣利潤，大多數飼養羊的商戶會或多或少的在羊飼料中添加某些速成藥劑，這也直接導致了羊肉后期的成長過程中，有害成分的積淀，因此嚴格的羊肉檢測措施，是對公眾食品安全的一種高度負責。

在實際的羊肉檢測中，利用凱式定氮法與索式抽提法進行檢測是當前主要的檢測手段，但是由于在檢測之前需要將羊肉樣品進行繁瑣的預先處理，高昂的成本限制了這兩種方法在羊肉檢測中的推廣，尋求一次性具備大量檢測羊肉能力的檢測方式成為了當下需求。

2高光譜成像技術的檢測原理

2.1概念

高光譜成像技術是產生于上世紀80年代一項融合了多方面技術的掃描技術，在光學，光電子學，以及計算機信息處理技術上都有涉及，是傳統二維成像與光譜技術的完美結合體。該技術最初用于航天領域，用于衛星圖片的拍攝與遙感系統的構建。在后續的發展中，近紅外高光譜成像技術逐漸運用在生態環境監測與農業氣象方面。

2.2高光譜成像技術的工作原理

高光譜成像本身包含二維和三維的光學圖像，其中二維的坐標數據與三維的波長信息共同構成了最終影像，其主要的成像方式包括：濾波片式與堆掃式。前者主要通過攝像頭與可更換濾波片組成，后者主要通過攝像頭和光譜儀的配合。在工作效方面，后者能采集更多的高光譜圖像數據，并能保持較高的精密度，便于尋找特征波長。

2.3高光譜成像技術的特點

高光譜成像技術主要具備以下特點：高分辨率的光譜圖像、寬廣的波長覆蓋范圍、圖像光譜一體的全方位展示效果、對樣本數據數量的需求較多。

3近紅外高光譜成像技術檢測羊肉脂肪和蛋白質含量的步驟

3.1羊肉樣品準備與選取

具有效研究資料表明，養肉制品的脂肪含量與蛋白質含量深受自身羊的性別、成長年齡，甚至基因遺傳變異條件的影響。其中羊自身品種更能明顯的在羊肉脂肪與蛋白質含量上顯示出差別。因此，在羊肉樣品的選擇過程中選取了公羊、母羊、小羊、老羊的羊肉各一塊，并在相同年齡性別條件下選取綿羊與山羊的肉各一塊進行對比檢測。將羊肉分為相同大小，放于冰箱冷藏。

3.2高光譜成像系統的準備

首先將高光譜成像系統的各個組成部分準備調試好。包括光譜成像儀，輸出光源，一臺計算機，暗箱以及相應檢測軟件操作系統。

3.3樣品光譜圖像的采集

在將光譜成像系統參數設置正確后，開始對不同羊肉樣品的光譜圖像采集。將羊肉樣品放置于職能檢測平臺上。同時暗箱關閉，封閉整個光譜檢測成像系統，令羊肉在無光線狀態下進行檢測。檢測完成之后注意用塑料袋密封保存。

4蛋白質與脂肪含量的測定

在測定脂肪含量之前，需要將提取脂肪的無水乙醚準備好，利用無水乙醚的不斷抽提，將羊肉脂肪抽離出來，利用干燥箱將羊肉干化并壓為粉末，將兩者質量對比。此時測出羊肉樣品中的脂肪含量對于蛋白質含量的測定，主要通過凱式定氮法，借助凱式定氮儀將羊肉樣品中的總含氮量測出。最后在與蛋白質系數相乘得出蛋白質含量。

在測出蛋白質與脂肪含量時，運用高光譜成像儀進行掃描，找出蛋白質與脂肪的特征波長，并以此建立預測模型。其中脂肪含量預測與蛋白質含量預測使用最小二乘法進行預測，效果較好。

5結論

運用近紅外高光譜成像技術檢測羊肉的脂肪與蛋白質，是在羊肉質量檢測程序上一張新型的檢測方法，這種方法具有以下優點：成像速度快，檢測結果透明化，羊肉脂肪標準與蛋白質信息反饋全面以及短時間檢測量大等。運用高光譜成像技術進行檢測，將成為羊肉質量部門檢測羊肉優劣的一個新手段，有效的解決了傳統檢測方式落后且效率低下的問題。未來，這種檢測技術還應該在其他食品檢疫領域展開功能研究。

參考文獻

[1]海龍.關于我國舍飼養羊業發展問題的探討[J].黑龍江動物繁殖，2012，（06）.

[2]閆振富，張艷舫，代寶柱.再度“養羊熱”發生原因及應對措施[J].北方牧業，2012，（20）.

[3]王培培，張德權，陳麗，饒偉麗.近紅外光譜法預測羊肉化學成分的研究[J].核農學報，2012，（03）.

作者簡介：范澤華，碩士，塔里木大學信息工程學院，講師，研究方向：農業遙感。