無損檢測在食品品質檢測中的運用

馬昕

摘 要：隨著物質生活水平的大幅度提升，人們對食品品質也提出了更高的要求，運用現代先進科學技術保障食品品質已成為公眾普遍關注的話題。本文介紹了無損檢測技術的特點，探究了基于力學、光學、電磁學等原理的無損檢測在食品品質檢測中的運用情況，并以食物細菌檢測、重金屬等檢測為典型案例，分析了無損檢測技術的應用優勢，以期為食品品質檢測提供參考。

關鍵詞：無損檢測;食品品質檢測;應用力學;電磁學;生物傳感技術

Abstract：With the substantial improvement of material living standards， people also put forward higher requirements for food quality. The use of modern advanced science and technology to ensure food quality has become a topic of public concern. This paper introduces the characteristics of non-destructive testing technology， explores the application of non-destructive testing based on the principles of mechanics， optics， electromagnetics， etc. in food quality testing， and analyzes the application of non-destructive testing technology based on the detection of food bacteria and heavy metals as typical cases. Application advantages， in order to provide reference for food quality testing.

Key words：Non-destructive testing; Food quality testing; Applied mechanics; Electromagnetics; Biosensing technology

中圖分類號：TS207.3

近年來，食品安全事件頻發，暴露了我國在食品品質檢測方面的漏洞，與此同時，食品品質及安全問題也受到了社會各界的廣泛關注[1]。傳統食品品質檢測耗時長、流程復雜，且投入資金多。隨著現代科學技術的不斷發展，無損檢測技術在食品品質檢測中得以應用，其能夠在保持初始物質樣態的基礎上，實現對食品光學、電學特性的檢測，反映出食品外表特征及內部品質，對食品品質監測有著重要的實踐意義與應用價值。

1 無損檢測技術概述

作為一種非破壞性檢測技術，無損檢測技術主要是指在不破壞待測物質原有狀態、不影響其化學性質前提下，實現對待測物質化學成分、物理信息等的檢測。無損檢測集中了材料科學、物理學、信息技術以及人工智能技術等多項技術，經過多年實踐研究，其在食品品質檢測中的價值已經得到了專家學者及科技人員的一致認可[2]。無損檢測技術在食品品質檢測中的作用主要是通過數據信號采集、數據處理及信號控制3個部分實現的。其中數據及信號的采集是其中最為核心的部分，其直接關系著結果的準確性。無損檢測的難點則是信號采集方式的選擇。完成數據采集后采用計算機現代化設備對數據進行處理?？刂菩盘杽t是在顯示器上將結果予以呈現。無損檢測技術具有用時短、成分低的優勢，還能推進智能制造，使食品的加工更加智慧，比如在中央廚房裝備中，通過檢測菜的熟化程度，引導翻動頻率和翻動方式。特別是無損檢測技術進入我國傳統食品工業后，可以幫助傳統食品加工從手工一步跨過機械化，直接進入自動化、智能化制造階段，實現跨越級的多級發展。隨著機械手、電子技術的普及，傳統的風味得到完美保存，生產技術和工藝更加智慧更加智能。

2 無損檢測技術在食品品質檢測中的應用

2.1 基于光學原理食品品質檢測

基于光學原理的無損檢測技術主要包括紫外光譜法、近紅外光譜法、可見光譜法等。上述方法都是通過食品對光的反射、吸收以及投射等特性實現對食品內部品質的檢測。目前，光學原理無損檢測技術對食品的檢測主要被應用于谷物、果蔬等產品化學成分、物理性質及色度學等分析及檢測中[3]。果蔬與谷物食品無論在內部成分還是外部特性方面都存在明顯差異性，經過不同波長射線照射，果蔬、谷物會產生出不同透射、反射及擴散效果，一部分被食品內部組織吸收，一部分則被表面反射。因此運用光學原理進行食品品質檢測是切實可行的。該技術主要是通過檢測反射率及透光率，進而得到食品品質相關數據。高光譜遙感不僅可探測人眼無法感知的譜段范圍，更可以連續記錄數百個光譜波段，辨別人眼無法辨識的微小差異，如有農藥殘留的蔬菜和沒有農藥殘留的蔬菜。相較于傳統檢測方式，高光譜遙感食品檢測不僅具有無接觸、無損的特點，更可以大大提升檢測效率，讓食品安全檢測更加方便快捷。

2.2 基于聲學原理食品品質檢測

聲波也是檢測食品品質的無損檢測技術，其主要利用的是不同聲波在不同待測食品樣品檢測中的反射特性、吸收特性等的不同實現的。待測食品樣品具有自己的聲阻抗與固有頻率，再加上聲波傳播速度，兩者之間會相互作用，進而形成一定的規律。如在檢測西瓜樣品時，對西瓜做出打擊動作，不同成熟度西瓜產生的聲波是不同的。適熟西瓜打擊音波是有規律的，呈現出衰減波形。過熟的西瓜波形則不規律。因此，要想檢測西瓜的成熟程度可以借助聲學原理音波波形特點進行無損檢測。

2.3 基于電磁學原理食品品質檢測

電磁學原理下檢測食品品質的技術主要包括主動特性法與被動特性法兩種，前者主要是借助待測食品自身的電磁學性質進行測量，后者則是將食品放置于電磁場中，在電磁場影響下營造相應的外部環境，對其特性進行檢測[4]。電磁學是目前應用最為廣泛的食品品質檢測方式。如在檢測桃子在儲藏室的變化情況時，可以發現其最佳測試頻率段低于15 kMHz，且儲藏時間越長，等效阻抗越大、相對介電常數越小。當桃子發生腐爛時，電特性數值會變大。有學者在研究中采用智能LCR測試儀對不同內部品質蘋果的電特性進行檢測，結果顯示利用介電常數對水果內部品質進行判定具有較高的可行性[5]。利用水氫核橫向弛豫時間對面團水流動性進行測定，顯示面粉中的蛋白質、化學物質的加入并不會對面團結合水量產生影響，采用核磁共振則能有效檢測出奶酪中的水分情況。這是因為奶酪流動性好壞很大程度由水分子交換決定。當環境及化學性質發生變化時，蛋白質排列也會重組。

2.4 基于應用力學食品品質檢測

力學食品品質檢測技術包括敲打解析法、超音波測定法等，其利用振動頻率、黏彈性以及硬度等食品力學特性對食品品質進行檢測。聲波與振動法一方面能有效檢測出待測食品品質指標，另一方面能幫助判斷食品內部是否存在缺陷，組織結構情況等。如在對牛乳中脂肪含量進行測定時，可以采用超音波法，不同待測食品對超聲波呈現的反射波有著明顯的差異性，根據這一特點可以了解待測食品的品質。另外，該方法還被應用于雞鴨牛羊等動物肉質、脂肪厚度檢測。

2.5 生物傳感技術下食品品質檢測

隨著現代生物傳感技術的發展，其應用范圍也不斷擴大，逐漸應用于食品品質檢測領域，主要涉及添加劑檢測、有害成分檢測以及基本成分鑒定等，除此之外還能夠檢出食品中是否含有有毒成分[6]。該檢測方法操作簡單、無需大量試劑，具有較高的靈敏度，且不會產生污染。該檢測技術涉及物理、化學、生物等多個方面，有效融合了納米技術、現代生物技術及材料技術等多項核心技術，在食品添加劑檢測方面有著顯著的優勢。如采用生物傳感器檢測食品中添加劑亞硫酸鹽情況。研究發現長期食用亞硫酸鹽會增加哮喘風險。對該添加劑的檢測不僅能減少食品中亞硫酸鹽的含量，而且能提升食品安全性，保障食品品質。

3 無損檢測食品品質典型案例

3.1 食物細菌檢測

作為食品質量安全檢測的重要內容，細菌檢測主要是通過對食品中細菌含量的測量，獲得食品新鮮程度、清潔程度的過程，其還能用于評估加工操作是否符合衛生要求。傳統檢測由于設備落后，檢測缺乏科學性，結果說服力不強，且存在一定的盲區。而無損檢測技術的應用則能彌補傳統細菌檢測的缺陷。通過系統檢測獲得準確的結果。如在檢測某品牌蘋果汁中所含大腸桿菌情況時，無損檢測結果顯示大腸桿菌為32.74%，另外有3.13%為非致命性細菌。采用傳統檢測結果顯示大腸桿菌檢出率為24%[7]。由此可見傳統技術檢測食品中細菌情況無法將大腸桿菌與其他種類細菌分離開來，結果誤差較大，難以為后續研究提供可靠的參考依據。另外，從兩種檢測方式所花費時間來看，無損檢測較傳統檢測減少了25%耗時，體現了無損檢測的優越性。

3.2 重金屬檢測

隨著近年來農田污染程度的加劇及污染范圍的擴大，食品重金屬檢測也成為食品安全關注的重點。無損檢測技術對重金屬的檢測主要采用的是激光誘導，其能實現對食品中金屬元素的追蹤，對獲得的數據進行追蹤[8]。如在監測土豆類果蔬中重金屬情況時，先對土豆進行切片處理，然后將切片放置于檢測臺，進行反復10次試驗，獲得數據分別為7.38%、4.28%、6.29%、4.25%、7.13%、5.02%、4.69%、5.61%、5.52%和6.02%。通過上述試驗數據預判土豆中所含重金屬的含量，能夠獲得最為準確的結果。

3.3 農藥殘留檢測

目前，市場上售賣的蔬菜、水果等都或多或少的會存在農藥殘留，其不僅影響居民身體健康，而且具有一定的毒害作用。在無損檢測技術支持下，采用高光譜法對食品中農藥成分進行檢測，能夠幫助鑒別殘存農藥的總量。檢測時首先對果蔬根據所用農藥類型的不同進行分類，然后進行針對性檢測，獲得可靠性結果。如對菠菜農藥殘留進行檢測，可以采用同位素追蹤法，結果顯示其殘留農藥含量為10.25%，該結果能為食品安全提供保障。

4 結語

目前，無損檢測技術已經成為食品品質檢測的新技術與新手段，食品品質檢測相關工作人員應積極學習并熟練掌握無損檢測技術特點及操作方法，正確運用無損檢測技術，為食品品質分級提供可靠的依據，這不僅是食品安全的必然要求，同時也是提升食品競爭力的必然選擇。

參考文獻：

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作者簡介：馬 昕（1992—），女，本科，講師;研究方向為食品加工與檢測。