近红外光谱分析技术在农产品/食品品质在线无损检测中的应用研究进展

农产品/食品品质问题一直受到人们的广泛关注,而由品质问题引起的农产品/食品安全事故越来越多,所以急需对农产品/食品品质进行快速无损检测。目前常用的快速检测方法有化学比色分析法、近红外光谱法、免疫学分析法、生物传感器技术、生物芯片检测法以及生物学发光检测法等。近红外光谱分析技术因具有分析时间短、无需样品预处理、非破坏性、无污染以及成本低等特点, 已成为一种快速的现代分析技术, 广泛应用于农产品/食品领域的品质检测。国内外许多学者对其进行了深入的研究,并且从实验室的静态研究向在线检测研究方向发展。文章概述了近红外光谱分析技术在水果、鱼类、畜肉类、牛奶、谷物以及奶酪酒精发酵上的在线品质检测/监控应用上的研究进展,指出了近红外光谱分析技术尚存在的问题,并对今后的近红外光谱分析技术作了展望。提出近红外光谱分析技术将会与网络技术相结合,实现近红外分析模型的在线更新与升级, 指出光谱成像技术将成为21世纪近红外光谱分析技术的发展趋势。     

可见/近红外光谱技术在液态食品检测中的应用研究进展

可见/近红外光谱作为一种快速、无损的新型检测技术,在农产品与食品品质检测领域获得越来越广泛的应用。日本和欧美很多国家在近红外光谱对农产品与食品品质检测方面已经取得了很大的进展,国内在这一领域的研究虽有一定的成果,但与国外相比仍有一定的差距,有待加强。文章从酒类、奶制品、果汁、食用油等方面综述了近几年国内外可见/近红外光谱技术在液态食品品质检测中的最新应用研究进展,分析了可见/近红外光谱技术应用于液态食品品质检测的种种优势,思考了应用中存在的一些问题并尝试提出了相应的解决方法,最后对进一步的研究提出了展望。     

光谱分析在西甜瓜内部品质无损检测中的研究进展

西甜瓜(西瓜和甜瓜)味甘多汁,营养丰富,其内部品质的检测对其生产和流通具有重要意义。西甜瓜内部品质的传统检测方法检测时间长,成本高且为有损检测,不能满足现代生产的需要。随着光谱分析技术的快速发展,应用近红外光谱分析和高光谱成像进行西甜瓜内部品质的无损检测已成为研究热点。为跟踪国内外最新研究进展并分析研究现状,介绍了近红外光谱分析和高光谱成像的技术特点和系统组成,归纳了光谱信息预处理、变量筛选、模型建立和模型评价等光谱信息解析方法,综述了近红外光谱分析和高光谱成像在西甜瓜内部品质(可溶性固形物含量、坚实度、总酸含量、成熟度、水分等)无损检测中的应用,并从技术难点和实际应用两方面讨论了光谱分析技术在西甜瓜内部品质无损检测中的发展趋势,指出利用深度学习进行光谱信息解析、建立多特征信息融合的综合评价模型、开发基于人工智能与移动终端深度融合的快速无损检测系统等将成为新的研究方向。     

高光谱成像技术在果蔬品质与安全无损检测中的原理及应用

水果和蔬菜的品质与安全是消费者最为关心的问题。传统的化学检测方法是一种费时费力的破坏性检测技术。随着成像和光谱技术的快速发展,高光谱成像技术已经广泛应用于农产品品质与安全的快速无损检测中。高光谱成像技术融合了传统的成像和光谱技术的优点,可以同时获取被检测物体的空间信息和光谱信息,因此该技术既可以像检测物体的外部品质,又可以像光谱技术一样检测物体的内部品质和品质安全。目前,已经有大量的基于高光谱成像技术检测水果和蔬菜品质与安全的研究性论文发表,为了深入了解高光谱成像技术的检测原理并跟踪国内外最新的研究进展,综述了高光谱成像技术在水果和蔬菜外部品质、内部品质和品质安全检测中的原理、发展和应用。另外,还简要介绍和讨论了高光谱成像系统的构成、常用的数据分析方法、发展趋势及面临的挑战。     

近红外光谱通用模型在农产品及食品检测中的研究进展

我国人口基数大,农产品和食品的需求量多。农产品和食品的质量与安全与人们的日常生活息息相关。如何实现使用无损、快速、环境友好型、高通量的检测方法对农产品和食品的品质进行检测,是当代社会的发展需要。传统的检测分析方法存在着耗时耗力、检测的样品不能再次出售、产生次品漏检的现象等缺点。近红外光谱分析技术作为一种快速无损的检测手段,逐渐被一些学者以及相关行业人员所重视。然而,近红外光谱分析方法大多数只针对于单一物料建立数学模型。对于数量庞大且种类众多的农产品和食品而言,如不同地域、不同年份、不同温度、不同加工方法、不同成分组成甚至是不同品种,这种相对传统的近红外分析方法无疑会增加建模的工作量。随着计算机技术、光谱仪硬件、化学计量学以及互联网技术的发展,相关学者已经开始着手于近红外光谱通用模型的研究与开发来解决这一问题,即建立一个近红外通用模型,能够对多种物料的同一指标或多种指标进行检测。相比于传统的近红外光谱模型,通用模型具有建模成本低、工作量小等优点,特别使近红外光谱技术在农产品和食品领域中应用以及推广方面具有重要的意义。针对近红外光谱通用模型在农产品和食品检测中的研究进行综述,通过比较传统模...     

太赫兹技术在农产品品质检测中的研究进展

农产品质量安全日益受到关注。由于传统检测方法存在耗时长、操作复杂、消耗大量溶剂、成本高等问题,因而迫切需要开发快速无损检测技术。在电磁波谱中位于微波和红外辐射之间的太赫兹波,因其所处波段的特殊性,使其具有了瞬态性、高穿透性、宽带性、相干性和低能性等一系列特性,太赫兹技术可以有效反映有机生物分子的结构和性质,作为物质“指纹”谱,该技术逐渐应用于有机生物分子的定性、定量分析,在近红外光谱、拉曼光谱、X射线等众多光谱类快速无损检测技术中成为一种极具竞争力的新兴检测技术。首先介绍了太赫兹波特点,太赫兹光谱及其成像技术原理;其次,在其基础上总结了太赫兹数据处理一般流程及其主要步骤中的常用分析方法,着重对定量、定性分析步骤中模型搭建方法、评估方法、评估指标进行了阐述;再次,讨论了近几年来太赫兹技术在农产品品质检测中的几个关键领域应用和研究进展,具体包括农药残留、抗生素、毒素等微量有害物质检测,掺假、转基因和外源异物的鉴别以及农产品内部营养成分含量预测等;最后,系统探讨了太赫兹技术在农产品品质检测领域尚需解决的问题,以此为导向总结需要进一步加强的研究方向,并对太赫兹技术在农产品品质领域未来发展作出展望。已有研究文献表明太赫兹技术在农产品品质检测领域的有效性。尤其,对非极性物质不敏感的特性,使其对已包装农产品的品质检测与评估具有得天独厚的优势。随着机器学习、强化学习等信息科学技术发展,一方面进一步加强太赫兹数据分析技术研究,通过数据自主学习,从数据角度揭示科学规律,构建精度更高、运算开销更小、实时性更强、泛化能力更好的分析模型;另一方面从分子振动理论出发,结合化学、物理学知识,研究太赫兹光谱特性的形成机理,并将获取的先验知识应用于分析模型的构建,通过数据与机理二者有机结合,提高太赫兹光谱分析软实力。未来硬件系统开发上以便携、低成本、灵敏度高为目标,最终实现太赫兹技术应用从实验室研究阶段逐渐走向商用工程化应用。     

基于光谱及成像技术的种子品质无损速测研究进展

种子是农业生产过程的重要生产资料。种子质量评价、活力与老化检测、纯度与真伪鉴别、分类与溯源研究是种子品质检测中的常见问题。种子质量主要包含种子含水率、蛋白含量、脂肪酸含量、淀粉含量等,是种子品质分级的重要指标,并且关系到种子存储过程的安全问题。种子活力是种子发芽和出苗率、幼苗生长的潜势、植株抗逆能力和生产潜力的总和;高活力种子具有明显的生长优势和生产潜力。种子老化是指种子活力的自然衰退,表现为种子变色、发芽率低、生长势差、作物减产。种子的纯度与真伪则会影响作物产量和农产品品质;而种子分类与溯源则是保证种子纯度与鉴别种子真伪的重要方法,进而为作物产量与产品品质提供保障。对于种子品质分析,传统方法通常需要对样品做不可逆的破坏性分析,且分析时间长、过程复杂,难以适应现代农业对种子生产环节的需要。因此,开展种子品质无损快速检测技术研究成为当前亟待解决的问题。近年来,随着化学计量学的发展和计算机技术的进步,近红外光谱法以其快速、无损、高效等优势,在农产品、食品、农业投入品等的无损快速分析方面得以广泛的应用。进一步地,将光谱技术与成像技术相结合,高光谱成像技术近年来日益兴起,相比较于传统的光谱技术,高光谱成像技术在获得待测样品的光谱信息的同时,还可以获取样品的空间分布信息以及图像特征。基于近红外光谱及高光谱成像等无损快速检测技术,从种子质量评价、活力与老化检测、纯度与真伪鉴别、分类与溯源研究四方面对近年来关于种子品质无损快速检测文献进行综述。在分析不同检测技术特点的基础上,分别就上述种子品质检测方面的问题加以整理。进而对种子品质无损快速检测的技术特点进行了总结与展望。     

近红外光谱分析技术在水果品质无损检测上的应用

近红外光谱分析技术具有快速、非破坏性、低成本及同时测定多种成分等特点,在很多领域得到广泛应用。本文简介了近红外光谱技术的检测原理,指出其检测优点和不足。综述了国内外将近红外光谱技术应用于水果品质无损检测方面的研究进展,并对利用近红外光谱技术进行水果品质无损检测的研究前景进行了展望。     

高光谱图像技术在农产品检测中的应用进展

综述了高光谱图像技术在农产品品质和食用安全性检测方面的研究现状及其在无损检测中的应用进展.在此基础上,提出了利用高光谱图像技术检测农药残留的解决途径,对高光谱图像技术在生物医学信息检测和农药残留检测中的应用前景进行了展望,指出高光谱图像技术是生物组织功能信息分析的一种新方法,是符合我国农产品产销特点的农药残留检测的潜力技术,可保障农产品质量和安全.     

藏药冬虫夏草的近红外光谱分析及品质鉴定

近红外技术具有快速、准确、无损等优势,已在较多领域中得到广泛的应用,如水果品质检测、农产品和食品成份检测,还用于定性分析药材中的化学成分等。该研究采集30个来自不同产地、品级的虫草样品(那曲、玉树、林芝各10个),利用多种光谱预处理方法,结合化学计量法,对冬虫夏草进行了红外光谱分析,从而实现了对样品的快速测定。最终建立了“SG平滑+2阶求导”和“1 001～1 500 nm”组合的虫草分析模型,结果表明,那曲和林芝的虫草品质相近。     

太赫兹技术在农产品检测中的应用研究进展

我国是农业大国,保障粮食安全是国家发展的战略需要。农产品检测技术的应用和发展对监控质量,预防由农产品品质问题引发的安全事故至关重要。太赫兹(Terahertz, THz)波位于电磁频谱空隙,频率高于微波而低于红外线,具备光子能量低、穿透性好、能表征分子结构等优点。基于太赫兹波的光谱检测技术受到研究人员广泛关注,在生物医学、安全检查等方面得到应用,被证明是一种可靠的检测手段。在农产品应用领域,太赫兹波特有的非接触、无标记检测能力为农产品成分分析、质量控制提供了技术手段,其良好的穿透性和无损害性,可以用来在不破坏农产品表面及外包装的前提下,检测内部成分变化。与其他光谱(超声、 X射线、红外等)检测手段相比,太赫兹波频率范围宽、表征能力强,可实现对目标物质的快速无损检测。近几年,随着太赫兹发射源、探测器等设备以及光谱和成像技术的发展,其在农产品领域的应用有了新的进展。通过收集整理近期的文献资料,综述了太赫兹技术在农产品检测方面的应用拓展和研究成果,总结了目前存在的应用局限。在此基础上,对未来太赫兹光谱和图像检测的研究方向进行了展望,提出提高检测灵敏度和检测速度是农产品领域太赫兹技术产业化应用...     

食品中三聚氰胺的光谱检测与分析技术研究进展

三聚氰胺是豆、乳类制品中的非法食品添加剂,曾作为蛋白质的廉价代替物被非法添加进奶粉等食品中,造成了严重的社会危害,极大地威胁人民生命财产安全。目前光谱技术已成为识别和定量检测非法食品添加剂的有效手段,为质量监管部门提供了可靠的研究方法和鉴定依据。光谱检测技术的时效性、无损性和准确性提高了食品中三聚氰胺的检测效率,促进了精准化、自动化食品质量检测的发展。近年来有大量研究围绕着三聚氰胺的光谱检测新技术,如开发新型增强底物或传感器,降低三聚氰胺的检测限,提高检测精度;开发更加便携的自动化光谱快检设备,降低检测成本,提高检测效率。这些光谱技术各具优势,但很难形成标准化、统一化的检测规范,使得各种光谱检测技术仅仅停留在试验阶段,无法应用于实战。另一方面,随着人工智能与模式识别技术的发展,光谱数据分析方法在近年来也有着长足的进步,各种光谱预处理和数据建模方法被不断提出,大大提高了光谱检测技术的灵敏性和稳定性。综述了近十年光谱技术（拉曼光谱、近红外光谱、荧光光谱、光谱成像等）在三聚氰胺检测中的应用现状,总结了不同仪器检测限、定量范围和样品前处理方法;分析了各种光谱预处理和光谱数据建模方法在不同光谱数据中的适用性,归纳出这些方法的优劣与适配的仪器,并对其应用前景和研究趋势进行了展望。     

光谱技术在水产品品质检测中的应用研究进展

随着我国水产养殖业以及水产加工业的快速发展,水产品在国民饮食结构中占比越来越大,消费者对于水产品的质量要求也越来越高。为了满足消费者对水产品的质量要求,企业和市场需要在供应链的各个环节对水产品进行检验并公之于众。因此,迫切需要开发一种能够满足对水产品进行快速无损检测的技术。光谱技术可以根据样品特征波长处的波谱特性推算出其物质性质与组分含量,在水产品新鲜度检测、有害物残留检测、有害微生物含量检测、质量分级、掺假分析等方面具有巨大的应用前景。对水产品品质检测中几种常用的光谱技术的优势和局限性等特点进行讨论和总结,认为光谱检测技术与实验室传统理化检测方法相比具有快速、无损、测试重现度好,精度高等优点,这些特点使得在线实时检测水产品质量成为可能,继而可以带来巨大经济效益。但光谱检测具有前期投入高,模型普适性差且需持续维护的缺点,每种光谱技术也分别有各自的适用范围及局限性,因此光谱技术在水产品品质检测中的应用有待进一步研究改进。此外,整理了国内外现有的相关研究文献,对检测过程中常用的光谱数据预处理算法和预测模型进行讨论和评述,重点阐述了水产品品质检测中的几种常用光谱预处理算法和光谱数据建模方法的特点和应用现状。目前光谱技术在水产品品质检测中的应用主要处于实验室研究阶段,尚未大规模应用于商品市场和消费市场,根据上述分析展望了光谱技术在水产品品质检测中应用的发展方向,认为建立统一、标准、高效的光谱检测模型库,结合多个指标进行相关性分析,并排除光谱采集过程中的环境干扰,实现水产品品质实时在线检测是未来的技术发展趋势。     

红肉质量的高光谱无损检测研究进展分析

随着小康社会的全面建成，居民对生活水平的要求已经从温饱过渡到高质量，特别是对饮食安全问题尤为重视，但是“变质肉”、“掺假肉”、“添加肉”和“注水肉”等食品质量安全事故频发，已经严重威胁到了我国居民生命安全并阻碍了市场良性发展。目前，红肉质量检测主要依托复杂的理化实验完成，对红肉产品具有强烈的破坏性，仅适用于市场监管部门的抽查。高光谱技术作为一种原位无损、高通量、快速的智能检测技术，为解决传统检测方法在红肉生产销售全产业链中缺乏操作可行性提供了有效的技术手段，可以极大的促进我国红肉质量安全监管体系的发展与健全。综述了近几年国内外关于红肉质量高光谱无损检测研究的最新进展：首先，总结了基于高光谱无损检测技术构建红肉质量无损检测模型的优缺点，其优势是具有图谱合一、高分辨率等特性，为模型多样性提供良好的数据基础；其劣势是高光谱数据的冗余度高、信噪比低、非线性强，对模型效率造成一定影响。然后，重点分析了红肉质量无损检测建模中关键算法的研究进展：（1）感兴趣区域一般通过手动获取，感兴趣区域的自动分离方法是目前研究的重点之一；（2）光谱预处理算法主要通过观察光谱信号或根据建模效果反推选择，目前还未形成标准通用的预处理算法；（3）综合红肉光谱和图像特征，能够全面反映红肉的质量特性，为建模提供了良好的数据基础；（4）线性模型的发展应用较为成熟，稳定性较好，但是面向复杂的红肉质量检测环境，非线性模型的研究潜力更加良好。最后，通过综述近几年红肉质量的高光谱无损检测研究成果，展望了未来的研究中，提高算法自动化、充分利用图谱信息、加强非线性模型的应用将成为重点研究方向。     

太赫兹波谱技术在食品掺假检测中的研究进展

近年来食品掺假事件频繁发生,对食品安全领域产生巨大挑战,食品掺假问题已成为人们关注的焦点和讨论的热点,因此实现食品掺假的快速、准确以及无损检测对保障食品质量和安全具有重要意义。随着新食品原料、新添加剂以及新型食品加工技术不断涌现,使得食品掺假问题呈现技术化、隐形化、多样化等特征,食品中掺假对象的鉴别技术面临更严峻的挑战。目前一些现代检测技术可针对食品掺假问题进行有效检测,如高效液相色谱法、稳定碳同位素比值法等,然而由于需对样品进行复杂预处理、检测仪器操作技术要求较高等原因,使其针对现有的食品掺假检测存在一定的局限性,因此寻求一种新型的、灵敏度高的以及具有指纹特性的无损检测技术进行现有食品掺假检测成为关键。太赫兹（Terahertz,THz）波谱是指频率在0.1~10 THz之间的电磁波,具有微波和红外双重特性,其中包括指纹特性、相干性、安全性等。由于物质中大部分有机大分子之间弱相互作用、骨架振动、偶极子的旋转和振动跃迁频率与太赫兹波谱相对应,使得太赫兹技术在食品掺假检测应用领域蕴含着巨大的潜力。首先阐述了太赫兹波谱技术用于物质检测的原理;重点综述了太赫兹波谱技术在食品掺假检测方面的最新研究进展,具体以转基因食品鉴别、食品原产地鉴别、乳制品掺假检测、蜂蜜掺假检测及其他食品掺假检测进行综述;其次分析了目前太赫兹波谱技术在食品掺假检测方面所存在的问题,如水分吸收、散射效应等影响;最后展望了太赫兹波谱技术在食品掺假检测方面的应用前景,如开发低成本的太赫兹源和探测器以促进太赫兹技术普及应用、将机器学习算法用于太赫兹波谱建模分析以提高模型精度和分析速度、与其他现代检测技术结合使用以实现检测技术间优势互补等;以期为开展太赫兹波谱技术在食品掺假检测方面研究提供参考和指导。     

基于荧光光谱分析的农药残留检测研究进展

在农业生产中施用农药可提高农产品的产量,然而农药的过量使用也威胁着我国农产品的质量安全,因此对农产品的农药残留进行快速有效的检测成为农业生产大环境下的迫切要求。荧光光谱分析技术具有突出的高灵敏度以及有利的时间标度,对多组分农药残留检测具有良好的分辨能力,与气相色谱法、液相色谱法、气-质联用法等农药残留检测方法相比具备前处理简单、检测速度快等优点,在复杂的农药残留检测环境中有较大的优势。介绍了基于荧光光谱分析技术的农药残留快速检测方法,概述了传统的荧光光谱分析方法在农药残留检测上的应用,以及荧光光谱分析结合同步-导数法、三维荧光光谱、人工神经网络,生物传感器,金属纳米材料等方法与技术用于农药残留检测的研究发展现状,分析了基于荧光光谱分析的农药残留检测现阶段仍存在的局限与挑战,以及未来发展趋势。荧光光谱分析技术在农药残留检测上的普遍推广及应用需通过荧光检测仪器不断朝集成化、模块化发展来实现,使得检测更快捷高效。     

THz技术在农产品/食品品质检测中的应用

农产品/食品的质量和品质问题越来越受人们关注。探索实际可行的农产品/食品的无损检测与品质评估技术正在成为研究热点。太赫兹(THz)辐射是位于中红外和微波波段之间的一段电磁波,具有非常重要的科学研究和应用价值。长期以来由于缺乏可行的THz波产生方法与探测手段,该波段相关领域的研究滞缓。THz光谱传感和成像技术是THz波的两个主要应用技术。THz光谱检测技术作为一种新型检测技术能够获得传统检测无法获得的信息。近十几年来,THz波用于来研究固、液、气相等各种物质的光电特性、分子内部振动和组成信息,在生物分析、医疗诊断、安全检测、环境控制等领域,THz技术显示出广阔的应用前景。文章介绍了THz波的主要性质、THz波检测技术的特点,论述了THz技术在农产品、食品质量与品质检测中的最新进展及其应用的潜力。