激光技術在農產品質量檢測中的研究進展

俞華芬　秦麗

摘要：激光技術近年來已廣泛應用于農業和科研，激光技術是農產品內部質量和安全檢測的最新進展之一。本文介紹了幾種激光技術在農產品質量檢測中的應用，包括應用激光技術檢測甜、酸度、質地、pH值、成熟度、干物質等;激光誘導熒光技術在農藥殘留、葉綠素、成熟度中的應用;激光拉曼光譜檢測水果損害，農藥殘留。探索并期待激光探測的未來。

關鍵詞：激光技術;農產品;質量檢測

中圖分類號：S-3

文獻標識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20191115019

前言

激光技術在農產品質量檢驗中已經得到了越來越廣泛的應用，因其快速、安全的特點受到了業界的重視，本文從激光檢測技術入手，探討了激光在農產品質量檢驗領域的應用。以進一步探討激光技術在農產品檢測中的作用。

1 激光吸收和反射檢測技術

當激光用于照射諸如水果的農產品時，光可以滲透到農產品的內部組織中并與之相互作用，攜帶農產品內部組織特征的光的反射或吸收可以反映內部質量信息。使用激光對農產品的吸收特性可用于檢測水果的糖含量。由于水果的糖含量取決于其蔗糖含量，蔗糖只能吸收特殊的光和具有良好單色性的激光，因此通過測量隨蔗糖含量變化的特定光量，水果的糖含量可以最終決定。 RenfuLu使用成像光譜儀、相機和計算機來分析激光照射果實時的吸收和發射率。激光光子進入果實組織，經過一定量的光子反射和散射后，激光束由成像系統和計算機軟件系統處理。散射光的圖像表明了果實吸收的定量因素，可以測試果實的糖和質地，因此這種技術可以用來測試果實的味道。

激光檢測技術還可以應用于糖酸度、成熟度、pH等方面的檢測，比如imenezAR等研究了應用激光照射水果與普通光照水果后圖像的不同 ， 并研制成功水果自動分級系統。科學家們還發現通過激光檢測水果表面的氣味，可以判斷水果的質量，如趙燁設計的激光漫反射式糧食水分檢測系統，玉米和大豆籽粒水分預測系統誤差不超過10%。激光吸收技術通過利用現代信息化條件和信息化設施，已經逐漸成為現在日常農田中不可缺少的一種新型技術。有研究表明，現代激光技術對于植物內部糖成分的檢測以及內部綜合作用基本比例、基本條件的檢測，都有著十分大的推動作用和重要性。目前水果內部光合作用可以通過進行激光吸收和激光反射來實現對原有反應的基本加強，因此激光反應現不僅應用到植物內部光合作用的檢測方面，還不斷擴大使用范圍和使用領域使植物檢測領域中逐漸的運用到激光。通過利用激光實現對植物內部化學反應作用的推動，實現含糖量的有效提升，因此激光技術正在逐漸在農產品質量檢測中取得非常大的進展。

2 激光熒光檢測技術

農業科學家研究發現，激光也可以用來檢測農作物病害，當激光通過健康的農作物能夠吸收光合作用，如果對農作物的不健康或植物病害和害蟲，光不會完全利用光合作用，部分會分散到不同的地方。光的波長被反射回來。通過對光的性質分析，可以找出適合這種情況的補救措施。目前，圣保羅大學正在開發激光檢測柑橘類疾病，研究人員發現，使用激光橙色或綠色樹木，可以使范圍清查其他柑橘類樹木，樹木健康狀況不同，光照顏色不同，并研究利用該方法鑒別柑橘類潰瘍病苗木。江西農業大學理工學院組織的研究表明，激光吸收法對柑橘類潰瘍病苗木有一定的吸收作用。對水果表面農藥殘留和動物廢棄物污染的檢測及反射技術進行了研究，正在進行的水果表面測試結果表明，該方法具有更加客觀的應用前景。許多農業將在激光誘導熒光下發出，熒光光譜分析可以達到農產品質量檢測的目的。激光誘導熒光是指激發介質從基態躍遷到激發態，通過弛豫釋放到基態和激發態分子，釋放吸收的能量。它采取光子的形式。這是熒光的。分子熒光輻射來自最小振動每級產生第一電子激發態至基態的水平，與分子水平高低無光，因此分子熒光光譜與波長無關。它只取決于分子第一電子激發態最小振動能級和地面各級國家能級結構，分子熒光光譜直接反映了分子結構信息。由于每種材料的能級結構都不同，所以在相同條件下激發它們的熒光發射性能不同。通過測量熒光特征參數可以區分不同類型的材料。農產品質量檢測激光誘導熒光光譜系統的工作原理是利用紫外線作為激發光使樣品產生熒光，并利用光學分析系統檢測熒光光譜并收集計算機數據。激光熒光檢測技術是通過利用熒光反射譜以及激光條件反射等信息化的綜合利用的一種新型技術。而現在的熒光光譜在進行植物的反射和收集過程中，通過對植物內部各項色素比例的調和，以及色素對于不同光反應所展現出來的不同特性進行綜合利用，實現對植物內部色素比例以及植物內部的基本光合作用條件進行有效的分析。熒光還可以通過對植物內部的基本礦物質進行綜合的劃分，通過分析礦物質以及各項離子之間的調和比例和基本組成成分進行統一的整合，實現對植物內部的有效基本數據測試。因此熒光激光技術正逐漸運用到植物內部的基本成分比例的研究中，成為目前植物不可缺少的一種新型測試技術。

3 激光拉曼光譜檢測技術

激光拉曼光譜在農產品質量檢測方面的應用，包括檢測水果和蔬菜中的農藥殘留，肉制品的質量檢驗。激光拉曼光譜是一種綠色光譜技術，無需樣品預處理，具有高靈敏度和快速方便的特點。它可以測量分子的振動和化學結構，有效地反映單一或混合系統的結構特征。物質的分析和鑒定一直具有非常重要的作用，因此，隨著該領域研究的深入，激光拉曼光譜在食品質量檢測中的優勢日益凸顯。目前，激光拉曼光譜已成功用于檢測和鑒定各種農藥樣品。利用激光拉曼光譜法識別農藥殘留，分析速度快，對樣品無損傷，不受潮濕環境的限制。在新農藥檢測技術的發展中，光譜學是一種很有前途的技術。周小芳等用FT2Raman光譜儀測定水果表面的幾種農藥，激發波長為1064nm。兩者之間的顯著差異在于它們可以顯示不同農藥的特征峰。此外，表面增強拉曼光譜可用于識別水果中的幾種常見農藥殘留，該方法充分利用拉曼光譜法檢測農藥的敏感性，不僅可以檢測出單一的農藥殘留，還可以顯示2種農藥的殘留狀態。檢測紙漿中農藥殘留的靈敏度也很高。

在農產品質量檢測領域，研究了農藥殘留的拉曼光譜對果蔬無損檢測的應用。拉曼光譜檢測農藥殘留是一種新的嘗試，其原理是借助分子振動光譜識別物質，不同分子結構的農藥，振動譜會有所不同，因而可以作為分子指紋識別不同的32種農藥。拉曼光譜鑒定要獲得各種水果和蔬菜農藥拉曼數據，并測量各種農藥的拉曼光譜，分別形成數據庫和評價模型，利用拉曼光譜噴霧農藥果實，可以檢測果實表面的各種農藥含量。

Tamguchi開發了一種基于拉曼光譜的實時無損自動檢測分類虛擬儀器分類系統原型。實驗結果表明，拉曼光譜可用于蘋果磨損的無損檢測和分類。該虛擬評分系統可以準確地對蘋果進行分類。拉曼光譜可用于確定重要組分（例如動物蛋白質，脂肪等）的相對濃度和分布。紅外吸收結合拉曼散射可以在短時間內反映豬肉的水分含量。豬肉水分含量最高的光譜信息在900～1800cm-1的光譜中。拉曼光譜還可以顯示相關的振動信息。將光纖探測器引入拉曼光譜儀并與其他技術相結合，以實現鮮肉的質量檢測。雷內等人研究了熟牛肉腿肉的感官品質（味道，外觀，質地）與拉曼光譜之間的關系，結果表明，嫩牛肉和粗牛肉的主要差異在于蛋白質二級結構的變化，β-折疊組分的相對含量大于前者。此外，拉曼光譜可以反映更多有關魚類質量檢測的信息。而激光拉曼光譜檢測數除了應用在農產品的農藥檢測中，還可以用在水產品內部有毒物質含量檢測中。現在的激光拉曼光譜檢測技術逐漸應用到植物內部的有毒物質檢測，通過分析有毒物質在植物成分中的比例以及對植物成分所造成的影響和作用來分析有毒成分的排除方式以及正常的運行狀態。目前激光拉曼技術正通過分析植物內部的水成分和水組成元素實現對現代農業各種領域的農產品進行綜合的劃分，如豬肉、羊肉以及蔬菜等，因此激光拉曼檢測技術正成為一種高跨度性的高效率的新型檢測技術。

4 結束語

激光技術廣泛用于農產品質量檢測方面，本文僅涉及一些主要方面，涵蓋面難免有不足。隨著新技術的出現以及激光技術與其他新技術的結合，相信激光技術將在農產品質量檢測方面得到更加廣泛的應用，同時有關的應用技巧和相關技術也會增長更快。

參考文獻

[1] 李學榮， 張利國. 農戶清潔生產技術采納意愿及影響因素的實證分析[J]. 農業現代化研究， 2019， 40（2）：299-307.

[2]崔穎強， 徐湘寓. 物聯網技術在生鮮農產品配送中的應用研究[J]. 信息技術與信息化， 2019， 226（01）：134-136.

作者簡介：

俞華芬（1985-），女，本科，工程師。研究方向：農產品質量安全檢驗檢測。