光谱无损检测技术在农产品产地溯源中的应用

2023-02-14 20:04:17 奥谱天成(厦门)光电有限公司


无损检测技术是一门新兴的综合性应用学科,它是在不破坏被检测对象物理状态和化学性质的前提下,准确获取其内外部性质、成分等理化信息的检测技术。相比于传统检测方法存在的检测效率低、准确度不高等弊端而言,无损检测技术具有更加高效、准确、且能做到实时检测等优点。

食品安全问题是重大民生工程之一,目前用于农产品产地溯源的技术层出不穷,传统的检测技术的主要有稳定同位素技术、矿物元素指纹技术和 DNA 溯源技术等,不同的技术特点不一,在农产品产地溯源中发挥着不同作用。相比于其他产地溯源技术而言,光谱检测技术凭借检测简捷、快速高效、绿色无污染、可在线实时检测等诸多优点,被广泛应用于水果、谷物、肉类等领域。

近红外光谱在农产品产地溯源中的应用

1、近红外光谱在水果溯源中的应用
不同地域来源的产品作物受气候、环境、土壤等因素的影响,其内部组分(水分、蛋白质、微量元素等)的结构和含量存在一定差别,这导致不同产品的光谱特征产生差异。同时,水果高含水率的特性会对近红外光谱的吸收造成强烈干扰,因此在对水果进行产地溯源的研究中,应采取对原始光谱进行预处理时将水分峰扣除等操作来减少误差。国内外学者对近红外光谱应用于苹果、柑橘和枣类等大宗水果的产地溯源研究颇多。
2、近红外光谱在谷物溯源中的应用
早年学者对谷物的溯源研究一般侧重于容重、体积与密度、颜色、光泽及营养成分含量等,这些特征耗时且准确率不高,严重制约了谷物的产地判别效率。近红外光谱用于常见谷物产地检测的效果是比较理想的,建立的模型能有效的区分不同种类的谷物产品,这也为其他有机物分类鉴别提供了新的思路和方法。未来需进一步深入研究不同地域谷物的掺假鉴别以保证谷物产品安全性和真实性。
3、近红外光谱在其他农产品溯源中的应用
除水果、谷物外,近红外光谱技术也被应用于其他可食用农产品产地的鉴别研究,且主要集中在植物源农产品和动物源农产品领域。这些研究初步证明了近红外光谱技术用于农产品的产地鉴别是可行的(见表 1)。通过表 1 可看出,基于近红外光谱建立的预测模型准确率是非常理想的,但被测样品是否有代表性,该项技术能否推广到其他或大部分可食用农产品中仍需大量研究。
表 1 近红外光谱在其他农产品产地鉴别中的应用

高光谱成像在农产品溯源中的应用

1、高光谱成像在水果溯源中的应用

高光谱成像技术用于水果溯源的应用近年来发展较快,与传统的近红外光谱相比,高光谱成像可充分反应被测样品的空间分布信息,因此能快速反应水果内部的空间分布。

2、高光谱成像在谷物溯源中的应用
高光谱成像技术结合化学计量学方法可有效的区分不同产地的谷物产品,但限于样本种类及数量,模型的有效性和稳健性还有待验证。

3、高光谱成像在其他农产品溯源中的应用
除此之外,高光谱成像技术的应用还集中在一些植物源农产品、肉类鉴别、食用油掺假分类方面。表 2 总结了一些常见的 HIS 在其他农产品产地溯源中的详细信息
表 2 高光谱成像在其他农产品产地鉴别中的应用

拉曼光谱在农产品溯源中的应用

1、拉曼光谱在水果溯源中的应用
拉曼光谱早期多应用于宝石、铁矿等领域,但运用拉曼光谱技术进行水果产地溯源的研究成果并不是很丰富,多用于水果领域的成分分析、药残检测等。
2、拉曼光谱在谷物溯源中的应用
由于谷物内部化学成分(淀粉、水分、矿物质)的含量与类型差异,拉曼光谱可根据其形成的光谱信息差异进行分析,这也为快速识别谷物的种类、产区和市场的有序监测提供了可能。

3、拉曼光谱在其他农产品溯源中的应用
除此之外,拉曼光谱的应用还集中在中药产地区分、蜂蜜和食用油掺假鉴别等方面,表3列举了一些拉曼光谱用于其他农产品分类检测的研究成果。可看出,拉曼光谱技术在食品认证领域正发挥着日益重要的作用。
表 3 拉曼光谱在其他农产品分类鉴别中的应用

总体而言,拉曼光谱因其优秀的指纹功能成为物质结构及其变化的有力工具,通过拉曼光谱数据建立合适的数学模型,可实现无损、快速、准确的农产品类别判断及掺假鉴别,这为市场的有序监控提供了可能。

结论与展望

目前国内外基于光谱的无损检测技术多应用于产品品质检测方面,在可食用农产品的产品鉴别方面仍有较大的开发潜力。未来我国在光谱技术的农产品产地溯源中的发展趋势主要有:

1、近红外光谱技术在果蔬、农作物等的检测中显示出了良好的应用前景,然而商业化的专用便携式近红外仪器很少,且目前现有的设备成本较高。进一步开发便捷、精确、可靠和通用的近红外光谱无损检测方法是将来研究方向。

2、高光谱成像技术可根据具体的检测对象要求,寻找最佳的检测波长等参数,减少数据量,设计对应的光谱图像系统。在不降低精度的前提下,降低成本和节约时间。随着科学技术的发展,无损检测方法越来越成熟,以数字化、图像化和信息化为代表的无损检测方法是未来检测方法发展的必然趋势。

3、随着激光、纳米技术的进步,拉曼光谱产生了不同的分析技术,未来在加强研发该项技术的同时,在结合化学计量学、建立数学模型等方面需进行深入探究;同时,小巧便捷、模型稳定性较高、成本较低的拉曼光谱分析仪将是仪器开发的关键所在。


○内容节选自:张海芳,纳日,韩育梅,苏晓燕.光谱无损检测技术在农产品产地溯源中的研究进展[J/OL].食品工业科技.


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