食品安全从“无损检测技术”开始

科技日报 2013年12月23日 报道浏览次数:

  原题:食品安全从“无损检测技术”开始 好肉,坏肉?拿来照照即知

  (科技日报记者 滕继濮)这是一次真实的实验:把一块色泽光亮的猪肉递到王大妈面前让她来分辨这块肉是否达到食用标准,做了几十年家庭主妇的王大妈先是摸了摸,又闻了闻,自信地说,依我看这块肉没什么问题。

  工作人员迅速手持检测探头对一整块肉进行光谱扫描,检测装置在1秒钟内通过成像和分析,得出的数据显示这是一块外表光鲜实则变质的猪肉,检测结果让王大妈大吃一惊。在这次互动中,王大妈听到了一个新鲜词儿“无损检测”,她不禁感叹到:是啥玩意儿这么神奇?

  近期,在“2013年全国包装与食品工程农产品加工学术年会”上,中国农业大学工学院的彭彦昆教授作了一个报告——“在农产品/食品加工和包装产业链中的品质安全无损快速检测技术与装备”,详细介绍了其团队开发的肉品检测装置及其功能,引起了众多专家、企业的兴趣和关注。让王大妈感到神奇的正是该技术。

  不留疤痕的“无创手术刀”

  农畜产品进行质量安全检测,既保障着百姓日常饮食健康,也影响着农畜产品进出口贸易。无损检测也叫非破坏检测和非接触检测。认识无损检测技术,不能不提起传统的破坏性检测。

  如果我们把传统的破坏性检测比作一把“锋利的手术刀”,经过这把手术刀将肉食品“残忍”地分割后才得知其内部状况。相比之下,无损检测则可看做是把“不留疤痕”的“无创手术刀”。

  “我们知道,红色的和黄色的两个苹果,放到红光的暗室里,他们反射的光强是不一样的,所以利用反射光可以判断苹果的颜色。”彭彦昆解释道,简单地说,经过光谱扫描可以实现无损检测技术,获取被检测物质的特征信息,然后通过分析这些特征信息得到其物理、化学和生物属性。

  不同的物质成分具有不同的光谱特征波长,特征波长处的反射光谱强度能反映物质成分的含量,一般用可见光/近红外光源照射被检测物质后,再通过光谱解析建立的数学预测模型就可自动算出结果,“无损检测技术检测单品整个过程一般不到1秒钟,而传统破坏性检测一般长达几小时甚至几天。”

  记者跟随彭教授来到实验室。他拿出手持仪器对一块牛肉进行简单地照射后,分析仪就得出了数据:新鲜度、细菌总数、含水量、pH值、色泽,以及其他品质安全指标等。这样,无论这块牛肉是过期的、被污染的、注水的、还是不符合食用标准的,都能被检测出来。“对物理特征和化学成分不一样的牛肉,当用一束光照射它时,从它表面的反射光就不一样。对不同牛肉,它的反射光的强度大小和峰值位置就不一样。这些差别信息反映了牛肉的品质安全状况,叫做品质安全特征信息。通过特征信息,再结合其他数学分析方法就能找到牛肉具体的嫩度、水分、细菌总数等与光学特征性的关系,并且能用数学公示表达。”

  “不论是肉类或蔬菜,检测机理类似,但不同的检测对象对应的硬件构成、预测模型不同。”所以,彭彦昆带领团队开发了果蔬农药残留快速实时检测、水果品质在线分选、猪肉品质安全多指标同时自动在线无损检测等10套系列装置。

  这些检测装置分为在线式和手持便携式。前者可用于大型家畜屠宰厂、肉品加工厂、肉品包装和配送企业等。后者可用于小型肉品加工企业、肉品商场、饭店、肉品监管部门等。

  “无创手术刀”优势明显

  “传统检测方式是人工抽样,需要样品的提前处理,必须要受过专门训练的技术人员来操作,可即便这样,人为误差还是比较大。”彭教授介绍,人工抽样的方法不但无法实时获得结果,还破坏样品并且有抽样的局限性,更是无法用于在线检测,进行高通量逐一样品的食用安全性筛查和品质分级。

  而无损检测这把“无创手术刀”则无需将检测对象破坏,不仅能及时准确检测出不良肉食产品,避免了不良产品售后召回的往返周折,在完成检测的同时也能按品质进行分级,而且无损检测自动化程度高,还保证了逐个样品检测,不会出现漏检,更重要的是还可以合理利用在线分级技术,大大提升产品附加值。

  “但是,这并不意味着无损检测技术可以面面俱到。”在农畜产品的生化成分检测方面,如三聚氰胺、瘦肉精等,检测精度还不理想。在无损检测中,精度是各国学术界所面临的共同问题,“这主要由于现在光学技术的分辨率和解析度还有待于提高。”

  发现光学信号在农产品内部扩散形态模具

  记者了解到,目前只有少数先进国家,可以利用光谱技术进行农畜产品无损快速检测。德国、美国、丹麦和日本等国学者,已经利用可见/近红外光谱技术取得了一定成果。

  彭教授向记者介绍,日本学者是根据肌肉的大理石纹状、肉的色泽等方面评定牛肉等级,欧盟则是根据胴体肥瘦和结构来划分,而美国是通过生理成熟度和大理石花纹来评定牛肉品质。值得一提的是,“光谱技术应用于检测肉类品质安全的研究,多处于实验室基础研究状态。现今除了德国的胴体瘦肉率分级外,还没有实用的检测技术及装置系统问世。”

  这意味着,彭彦昆的农畜产品无损检测技术与装置目前处在国际领先水平。他们发现了农畜产品内部光的漫散射规律为洛伦兹分布函数,并提出了从农畜产品的光谱空间扩散轮廓求取洛伦兹参数的方法,解明了农畜产品光学扩散特征洛伦兹参数与其品质安全参数的关系。“简单说,就是发现了光学信号在农产品内部扩散形态的模具,模具的尺寸参数能反映其品质安全性。”

  成为目前核心关键技术

  以次充好,挂羊头卖狗肉……在食品安全成为社会关键词的背景下,有着多年相关研究积累的彭彦昆将研究重心放在了农畜产品的无损检测上。

  他们在研究这些装置之初,并没有可供借鉴的现成技术。经过5年多的实践,在国家自然科学基金、国家863高技术计划、公益性行业科研专项和国家科技支撑计划等项目的支撑下,他们研发的农畜产品无损检测技术,成为目前在线检测主要农畜产品品质安全参数的系列核心关键技术。检测生产率为1—3个样品/秒、生鲜肉水分、嫩度、新鲜度、细菌总数等的检测准确度均≥90%,牛肉大理石花纹和猪胴体背膘厚的检测准确度均≥95%。

  记者借用教育部科技成果鉴定专家给予这项检测技术的鉴定意见,“总体技术达到国际先进水平,其中新鲜度、色泽、大理石花纹和细菌总数在线检测技术居国际领先水平”。

  相信在不久的将来,我们的生活也许将会真正摆脱以次充好肉、注水肉、污染肉、腐败肉和变质肉。

  无损检测技术一直在转变

  在无损检测技术的研究上,各国国情的差异决定了研究方向、重点和研究对象的不同。一些发达国家研究的方向和重点更加侧重于产品品质、外观、口感等方面的检测技术,而我国因地制宜地将无损检测技术的首要目标定为能精确检测产品是否安全,是否适宜食用。同时,由于各国民众饮食习俗的差异,美国等一些国家所研究的肉类检测对象多为鸡肉,而我国则要将猪肉作为主要的检测对象。

  回顾“无损检测”的研究过程,彭教授不胜感慨。2007年,他通过申请国家自然科学基金、北京市自然科学基金、“863”等项目从无损检测的基础性研究开始,至2012年,他带领团队研究的农畜产品无损检测的项目课题已进入了中期阶段。

  这6年,无损检测技术一直在转变——由基础研究的探索转变为实用性技术的研究;由检测方法研究逐步转变为对装备的开发研究;由对单一对象检测方式的研究转变为能对多种产品进行检测;由对最初只能检测肉类嫩度信息转变为可以同时检测肉类多种品质信息;由静态检测方式转变为实时在线式的动态检测装备。

  今年,除了又新增肉类无损检测技术研究项目外,农业部批准的“果蔬农药残留光学无损快速检测核心技术引进与示范”和科技部批准的“中式菜肴原料与植物性原辅料质量安全检测技术与装备研发”也将开始由实验室研究。

  《科技日报》12月6日 第6版

  原文链接:http://digitalpaper.stdaily.com/

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