農產(chǎn)品無(wú)損農殘檢測系統

隨著(zhù)人民消費物質(zhì)的不斷豐富，人類(lèi)對可食農產(chǎn)品的要求不再滿(mǎn)足于農產(chǎn)品的數量，在競爭日益激烈的背景下，農產(chǎn)品品質(zhì)的優(yōu)劣決定了銷(xiāo)路，因此農產(chǎn)品品質(zhì)的檢測就顯得非常重要。農產(chǎn)品品質(zhì)檢測是保證農產(chǎn)品質(zhì)量和安全的關(guān)鍵環(huán)節，但是，無(wú)論是采用化學(xué)分析還是儀器分析方法，其實(shí)驗本身的耗時(shí)性及對物料的破壞性是許多場(chǎng)合所不允許的，所以利用近紅外光譜、機器視覺(jué)、X射線(xiàn)、超聲波等方法，實(shí)現了對農產(chǎn)品營(yíng)養成分（蛋白質(zhì)、脂肪、淀粉、糖度等）、功能成分（維生素、生物堿等）、有害成分（硫甙、芥酸、焦油、毒素）等內部品質(zhì)以及大小、顏色、缺陷、形狀、病害等外部品質(zhì)指標的檢測，如表：

產(chǎn)品類(lèi)別	檢測指標
谷物和油料作物	蛋白質(zhì)、含油量、淀粉(直鏈淀粉和支鏈淀粉)、水分、各種氨基酸、纖維素等以及作物產(chǎn)地、季節等品質(zhì)
乳制品、肉類(lèi)、魚(yú)類(lèi)、蛋類(lèi)	蛋白質(zhì)、乳糖、脂肪、乳酸、固型物、水分、酪蛋白、鹽分、熱量、氨基酸、脂肪酸、纖維素、新鮮及冷凍程度、碘價(jià)、酸值、黃色素、紅色素、酒精、乳酸、谷氨酸、葡萄糖、產(chǎn)品種類(lèi)、真偽
水果蔬菜	酸度、含糖量、維生素、水分、纖維素、可溶性固形物等品質(zhì)、產(chǎn)地鑒定、分類(lèi)定性判別
飼料	干物質(zhì)、粗蛋白、粗纖維、灰分、消化能、代謝能、氨基酸、植酸磷、喹乙醇等品質(zhì)
煙草、茶葉	總氮、游離氨基酸、水分、尼古丁、煙堿、茶多酚、咖啡堿、總糖、還原糖、灰分、香料、保濕劑等，產(chǎn)地、登記分類(lèi)
紅酒、白酒、啤酒、飲料、咖啡	乙醇、含氮量、pH值、麥芽糖、咖啡因、葡萄糖、果糖、蔗糖、酸度、有機酸、產(chǎn)地、真偽等品質(zhì)
轉基因食品	蛋白或DNA的變化以及標記基因的轉變、轉基因食品的鑒定

無(wú)損檢測技術(shù)是在不損壞被檢測對象的前提下，利用被測物外部特征和內部結構所引起的對熱、聲、光、電、磁等反應的變化探測其性質(zhì)和數量的變化。根據檢測原理不同，無(wú)損檢測大致可分為光學(xué)特性分析法、聲學(xué)特性分析法、機器視覺(jué)技術(shù)檢測方法、電學(xué)特性分析法、電磁與射線(xiàn)檢測技術(shù)等五大類(lèi)，涉及近紅外光譜、射頻識別（RFID）、超聲波、核磁共振、X光成像、X光衍射、機器視覺(jué)、高光譜成像、電子鼻、生物傳感器等技術(shù)。農產(chǎn)品的品質(zhì)檢測主要包括水果、蔬菜的檢測與分級；畜禽、水產(chǎn)品類(lèi)的檢測與分級；經(jīng)濟作物的檢測與分級（煙葉、茶葉、咖啡、蜂產(chǎn)品）；谷物籽粒的檢測與分級（如大豆、花生、玉米、芝麻、大米）等；根據農產(chǎn)品品種及其物理特性的多樣性，不同的農產(chǎn)品需要用不同的無(wú)損檢測方法和檢測裝置來(lái)檢測。對于農產(chǎn)品而言，其品質(zhì)的無(wú)損檢測方法通常是從外部給農產(chǎn)品以光、聲、電、力等類(lèi)型的能量，利用相應的傳感器得到從檢測對象中輸出的能量，將輸出能量與對象品質(zhì)有關(guān)的物理化學(xué)信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)并建立數學(xué)模型，從而在不破壞農產(chǎn)品品質(zhì)有關(guān)的物理化學(xué)信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)并建立數學(xué)模型，在不破壞農產(chǎn)品的情況（即在無(wú)損狀態(tài)）下檢測出定性或定量的品質(zhì)信息。無(wú)損檢測具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）所用的對象可以反復使用，便于必要的連續跟蹤測定；

（2）可檢測外觀(guān)品質(zhì)，也可檢測內在品質(zhì)；

（3）檢測速度快，能夠實(shí)現農產(chǎn)品品質(zhì)的在線(xiàn)檢測；

（4）操作簡(jiǎn)便，無(wú)需具備專(zhuān)業(yè)知識；

（5）節約試劑，綠色、環(huán)保。

光學(xué)特性分析法

由于農產(chǎn)品的內部成分和外部特性不同，在不同波長(cháng)光線(xiàn)照射下會(huì )有不同的吸收或反射特性，即農產(chǎn)品的分光反射率或吸收率在某一特定波長(cháng)內會(huì )比其他部分大，根據此特性結合光學(xué)檢測裝置能實(shí)現農產(chǎn)品品質(zhì)的無(wú)損檢測。目前用于農產(chǎn)品質(zhì)量的光學(xué)檢測主要有3種方法：規則反射光法、漫反射光法和透射光法。

聲學(xué)特性分析

利用農產(chǎn)品的聲學(xué)特性對其品質(zhì)進(jìn)行無(wú)損檢測是指農產(chǎn)品在聲波作用下的反射特性、散射特性、透射特性、吸收特性、衰減系數和傳播速度及其本身的聲阻抗與固有頻率等，反映了聲波與農產(chǎn)品相互作用的基本規律。故根據農產(chǎn)品的聲學(xué)特性即可判斷其品質(zhì)如何，并據此進(jìn)行分級。利用農產(chǎn)品聲學(xué)特性對其品質(zhì)進(jìn)行無(wú)損檢測和分級是生物學(xué)、聲學(xué)、農業(yè)物料學(xué)、電子學(xué)、計算機等學(xué)科在農產(chǎn)品生產(chǎn)和加工中的綜合應用，該技術(shù)適應性強，檢測靈敏度高，對人體無(wú)害，成本低廉，易實(shí)現自動(dòng)化，是農產(chǎn)品無(wú)損檢測技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域。

計算機視覺(jué)檢測技術(shù)

計算機視覺(jué)是以計算機和圖像獲取部分為工具，以圖像處理技術(shù)、圖像分析技術(shù)、模式識別技術(shù)、人工智能技術(shù)為依托，處理所獲取的圖像信號，并從圖像中獲取某些特定信息。計算機視覺(jué)技術(shù)無(wú)需接觸特定對象便可從獲取的圖像中得到大量的信息，通過(guò)對這些信息的分析得到物體尺寸、表面缺陷、外觀(guān)形狀、表面色度等具體信息，進(jìn)而實(shí)現外觀(guān)質(zhì)量的綜合評價(jià)。

電學(xué)特性分析

物質(zhì)介電特性是指生物分子中的負電荷對外加電場(chǎng)的響應特性。農產(chǎn)品的生理變化伴隨著(zhù)電介質(zhì)特征參數變化，而這一變化可通過(guò)對宏觀(guān)介電特性參數的檢測感知。因此，利用農產(chǎn)品的介電特性，可實(shí)現對農產(chǎn)品含水率、損傷、品質(zhì)等快速檢測。

核磁共振檢測技術(shù)

核磁共振技術(shù)（NMR）是一種探測濃縮氫質(zhì)子的技術(shù)，它對農產(chǎn)品中的水、脂的混合團料狀態(tài)下的響應變化比較敏感。如果以適當頻率的電磁波照射在外加磁場(chǎng)中的自旋核，這時(shí)處于低能態(tài)的自旋核就會(huì )吸收電磁波的能量，從低能態(tài)躍遷到高能態(tài)，這種現象稱(chēng)為核磁共振。此時(shí)，核產(chǎn)生一種核磁共振信號，給出核磁共振譜，即NMR譜。根據此核磁共振譜可反映分子中原子所處的狀態(tài)，進(jìn)而可以對農產(chǎn)品的內部品質(zhì)進(jìn)行綜合評價(jià)。

X射線(xiàn)檢測技術(shù)

X射線(xiàn)具有穿透能力，物質(zhì)的密度大小影響X射線(xiàn)的穿透量的多少，通過(guò)對穿透量的分析，探明物質(zhì)內部的情況。因農產(chǎn)品的密度與金屬等物質(zhì)相比要小得多，所需X射線(xiàn)強度很弱，通常稱(chēng)其為軟X射線(xiàn)。近幾年，軟X射線(xiàn)已被成功地運用于農產(chǎn)品的自動(dòng)化無(wú)損檢測分級中。

光譜成像技術(shù)

光譜成像技術(shù)（Spectral Imaging）綜合了光學(xué)、電子學(xué)、信息處理、計算機科學(xué)等領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，把傳統的二維成像技術(shù)和光譜技術(shù)有機地結合在一起。集圖像分析和光譜分析于一身，在農產(chǎn)品質(zhì)量安全檢測方面具有獨特的優(yōu)勢。光譜圖像是一個(gè)三維數據塊，指在特定光譜范圍內，利用分光系統獲得的一系列連續波長(cháng)下的二維圖像。在每個(gè)特定波長(cháng)下，光譜數據都能夠提供一個(gè)二維圖像信息，而同一像素在不同波長(cháng)下的灰度又提供了光譜信息，其中，圖像信息表征農產(chǎn)品的大小、形狀和顏色等外觀(guān)特征；光譜信息能反映農產(chǎn)品內部結構、成分含量等特征。