食品檢測技術(shù)

1、 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究生院2014學(xué)年專業(yè)課 食品檢測技術(shù)課程論文 題 目：稻米品質(zhì)檢測方法的研究進(jìn)展 姓 名：楊歡 學(xué) 號：82101142202 專 業(yè)：農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量與食物安全 指導(dǎo)教師：朱智偉 依托研究所：中國水稻研究所 2014年 12 月 30 日稻米品質(zhì)檢測方法的研究進(jìn)展姓名：楊歡 學(xué)號：82101142202 2014年12月30日摘 要：稻米已經(jīng)成為我國絕大部分人的主食，隨著社會的進(jìn)步和發(fā)展，稻米品質(zhì)和安全問題對人們的健康至關(guān)重要。近年來，稻米的品質(zhì)指標(biāo)檢測技術(shù)迅速發(fā)展，出現(xiàn)了多種高效檢測儀器和方法。本文簡要論述無損檢測技術(shù)、近紅外光譜、計算機(jī)視覺技術(shù)及其他檢測技術(shù)在稻米品質(zhì)檢測中

2、的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：稻米；品質(zhì)；檢測技術(shù) 近年來，我國的水稻生產(chǎn)技術(shù)在世界上居領(lǐng)先水平，在各類農(nóng)作物中種植面積大、范圍廣， 平均年產(chǎn)量高達(dá)20100萬噸，位居世界之首。1為了進(jìn)一步提高水稻產(chǎn)量、品質(zhì)和抗性，各界育種專家正從宏觀和微觀等層面繼續(xù)研究提高水稻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的各種途徑。為獲得優(yōu)質(zhì)稻米，提高水稻的抗蟲性和抗病性等，人們定期向水稻噴施高毒農(nóng)藥，尤其是殺菌劑的施用量與年俱增。此外，農(nóng)作物重金屬污染直接影響農(nóng)業(yè)產(chǎn)量和食品安全。2 稻米在收獲到貯藏期間容易受到環(huán)境影響，產(chǎn)生劣質(zhì)稻米。目前稻米品質(zhì)的指標(biāo)主要包括碾磨品質(zhì)、外觀品質(zhì)、蒸煮和食用品質(zhì)、營養(yǎng)品質(zhì)。直鏈淀粉的含量、淀粉黏度特性等是稻米品質(zhì)的重要指標(biāo)

3、。國內(nèi)外的稻米品質(zhì)分析實驗室多數(shù)采用經(jīng)國際水稻研究所改進(jìn)的簡易淀-碘藍(lán)比色法來測定直鏈淀粉含量。3隨著科技的發(fā)展，越來越多的新技術(shù)用于稻米品質(zhì)研究，如近紅外反射（透射）、光譜分析技術(shù)、米飯質(zhì)地測定儀 X射線衍射、高效液相色譜及核磁共振影象/光譜分析儀等，為稻米品質(zhì)研究的不斷深入提供了保證。4本文主要綜述了高光效成像無損術(shù)、掃描電鏡、質(zhì)構(gòu)分析等檢測技術(shù)在水稻品質(zhì)檢測中的應(yīng)用進(jìn)展，為后續(xù)研究作參考。 一、高光譜成像無損檢測技術(shù)目前，稻米檢測技術(shù)種類繁多，技術(shù)先進(jìn)，應(yīng)用廣泛。近年來在農(nóng)業(yè)中出現(xiàn)了一種高新檢測技術(shù)，即高光譜無損檢測技術(shù)，可用于組成分分析、食用指標(biāo)測定、質(zhì)量分級評定等內(nèi)部品質(zhì)檢測和外部形

4、態(tài)特征識別、表面缺陷及污染物檢測、凍傷檢驗等外部品質(zhì)判定，以及農(nóng)藥殘留、致病菌污染等安全評定。該技術(shù)在蔬菜瓜果和農(nóng)畜產(chǎn)品檢測中應(yīng)用廣泛，但對糧食作物進(jìn)行快速無損檢測還存在很多困難，近幾年研究人員應(yīng)用高光譜成像技術(shù)對糧食作物進(jìn)行檢測取得了較好的發(fā)展。無損檢測技術(shù)是在不損壞待測物原有的物理狀態(tài)和化學(xué)性質(zhì)的前提下，通過運(yùn)用光、聲、電和圖像視覺技術(shù)等物理學(xué)方法來從待測物外部作用，使其受能量作用而產(chǎn)生輸入輸出關(guān)系，以此測定待測物的物理化學(xué)特性的方法為無損檢測技術(shù)。5-6 利用高光譜立方體圖像中的光譜信息，結(jié)合光譜解析和數(shù)學(xué)建模方法，可以預(yù)測和評估被檢測稻米每一點的內(nèi)部品質(zhì)安全屬性( 如糖度、水分等) 。

5、利用高光譜立方體圖像中的圖像信息，結(jié)合圖像處理方法，還可以檢測稻米的表面品質(zhì)安全屬性( 如傷痕、形態(tài)等)。因此，利用高光譜技術(shù)，通過一次連續(xù)掃描，可以同時無損檢測稻米內(nèi)部和外部品質(zhì)安全參數(shù)，實現(xiàn)多參數(shù)實時在線檢測。無損檢測技術(shù)在稻米品質(zhì)檢測過程中不損害稻米的物理化學(xué)特性，不會引起生產(chǎn)者的經(jīng)濟(jì)損失。光學(xué)無損傷檢測技術(shù)具有無損傷、快速、可在線三個技術(shù)特征，并且易于與機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)相融合，是最重要的稻米品質(zhì)無損傷檢測技術(shù)之一。7盡管高光譜成像無損檢測廣泛應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)檢和安全評估，但是它存在以下急需解決的問題。(1)高光譜技術(shù)是一種多信息融合技術(shù)，所獲數(shù)據(jù)相關(guān)性高、冗余信息量大，尋

6、找一種快速有效的降維方法來提取特征波長是提升判別準(zhǔn)確率的關(guān)鍵。(2)我國應(yīng)用高光譜成像技術(shù)主要集中在對初級農(nóng)產(chǎn)品檢測方面，對半成品或成品的檢測很少，而成品或半成品出現(xiàn)安全問題的概率不可忽視。（3）無損檢測技術(shù)的采集參數(shù)設(shè)置和環(huán)境條件對采集光譜數(shù)據(jù)產(chǎn)生較大影響。（4）目前該技術(shù)的價格昂貴，推廣使用范圍不大，需得到政府的支持，與各科研單位合作。8現(xiàn)階段主要采用多光譜成像技術(shù)來實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品在線快速檢測，我國由于起步較晚，現(xiàn)階段主要集中在實驗室研究和在線檢測的探索階段，還需要進(jìn)一步改進(jìn)和完善。二、近紅外光譜檢測技術(shù) 近紅外光譜是由分子振動從基態(tài)向高能級躍遷時，含氫基團(tuán)振動的倍頻吸收和合頻吸收產(chǎn)生。不同基

7、團(tuán)產(chǎn)生的光譜在吸收峰位置和強(qiáng)度都有明顯差異，并隨樣品組成及含量的變化其光譜特征也相應(yīng)的發(fā)生變化，故可以通過相關(guān)儀器測定近紅外光譜并結(jié)合化學(xué)計量學(xué)方法加以分析來定性或定量測定樣品的相關(guān)信息。9 直鏈淀粉是決定稻米蒸煮品質(zhì)的關(guān)鍵因素。其含量的高低直接影響著大米的糊化溫度、膠稠度等食用品質(zhì)，因此國內(nèi)外諸多學(xué)者對其進(jìn)行近紅外建模研究。各專家學(xué)者利用計算機(jī)模擬和多類統(tǒng)計學(xué)方法測定不同直鏈淀粉含量對稻米蒸煮品質(zhì)的影響。一系列的研究成果表明，通過不同方法建立的稻米直鏈淀粉近紅外模型預(yù)測能力均較好，相關(guān)系數(shù)極顯著,具有成熟的實際操作性。稻米中除含有大量的淀粉外還含有豐富的蛋白質(zhì)，其含量直接影響稻米的外觀品質(zhì)和

8、感官品質(zhì)。謝新華等人應(yīng)用近紅外透射光譜(NITS)技術(shù)，采用多種計量數(shù)學(xué)處理方法和不同的回歸統(tǒng)計方法優(yōu)化，得到了單粒糙米蛋白質(zhì)含量測定的近紅外定標(biāo)模型。10稻米脂肪酸是檢驗稻米新陳度的靈敏指標(biāo)，通過脂肪酸值的測定，可以確定稻米是否變質(zhì)?，F(xiàn)階段近紅外技術(shù)檢測稻米脂肪酸含量的研究較少，Li等在恒定溫度及濕度下用偏最小二乘法建立糙米粒及糙米粉的脂肪酸近紅外預(yù)測模型。范維燕等11研究光譜散射處理、數(shù)學(xué)(求導(dǎo))處理等優(yōu)化處理對稻米脂肪酸值定標(biāo)模型的影響。從現(xiàn)有的研究成果分析，稻米脂肪酸模型的測定精確度不及稻米直鏈淀粉和蛋白質(zhì)模型，且易受環(huán)境的影響，能否應(yīng)用于生產(chǎn)實踐仍需要進(jìn)一步研究。糊化特性主要指標(biāo)的近

9、紅外模型均有較高的預(yù)測性，且不同指標(biāo)基于不同的樣品粒度其近紅外模型精確度有所差異，但是當(dāng)樣品以統(tǒng)一粒度的米粉檢測時模型精確度相對較高。研究結(jié)果表明近紅外技術(shù)測定稻米糊化特性具有較成熟的實際應(yīng)用能力。此外，近紅外光譜分析技術(shù)對大米膠稠度、膳食纖維等其他稻米品質(zhì)進(jìn)行快速檢測。 近紅外檢測技術(shù)作為一種新型的稻米品質(zhì)檢測技術(shù)，與其他技術(shù)相比具有分析速度快、效率高、無污染等優(yōu)點。但存在著以下需要解決的問題：近紅外檢測的準(zhǔn)確度依賴于定標(biāo)樣本化學(xué)值數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性和數(shù)學(xué)模型的精確性,需要定期進(jìn)行校正及添加新的標(biāo)準(zhǔn)樣品。稻米樣品集的代表性全面與否、建模的化學(xué)計量學(xué)方法的選擇、樣品粒度的大小等都直接決定測定結(jié)果的精

10、確程度。由于近紅外光譜儀只能測量樣品含量大于0.1%的組分。因此對于稻谷中如維生素、礦物質(zhì)等痕量組分目前尚不能較好的測定。12三、計算機(jī)視覺技術(shù)隨著計算機(jī)信息技術(shù)的高速發(fā)展，出現(xiàn)了計算機(jī)視覺技術(shù)。利用其能快速獲取大量信息，而且能夠自動化處理，便于統(tǒng)計分析和加工控制等特點，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)實生產(chǎn)、科研、生活等諸多領(lǐng)域中，在稻米品質(zhì)檢測中的應(yīng)用也日益普及。目前，計算機(jī)視覺技術(shù)可以對堊白、粒型、黃粒米率、整精米率、蛋白質(zhì)含量、直連淀粉含量等 6項品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行測定。13堊白是由于稻谷在灌漿成熟階段中胚乳中淀粉和蛋白質(zhì)積累較快，填塞疏松所造成的不透明部分。近年來，對稻米堊白度的研究很多，形成了計算機(jī)圖像處理

11、系統(tǒng)、基于計算機(jī)視覺技術(shù)的大米堊白性狀檢測算法、基于分形維數(shù)的堊白米檢測方法、基于計算機(jī)視覺的稻米堊白指標(biāo)快速檢測方法、遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行堊白像素和胚乳其它像素的檢測方法。14-18稻米粒型、精米率和整精米率等指標(biāo)大多是通過人工測量和計算來實現(xiàn)，這種傳統(tǒng)的方法工作量大，測量值準(zhǔn)確度不高，而且可能會因視覺疲勞等因素的影響而產(chǎn)生誤判。而計算機(jī)視覺技術(shù)則不受人為因素的影響，不僅能夠大大提高稻米粒型檢測的速度，而且還有很高的準(zhǔn)確度。蛋白質(zhì)是水稻胚乳的主要成分之一，是稻米營養(yǎng)品質(zhì)的重要指標(biāo)。孫建平等基于樣液色度值與蛋白質(zhì)含量在一定范圍內(nèi)的高度相關(guān)性，通過采集樣液的數(shù)字圖像信息，進(jìn)行稻米蛋白質(zhì)測定的數(shù)字圖像

12、檢測方法。利用數(shù)字圖像采集方式進(jìn)行稻米蛋白質(zhì)檢測，可得到較為準(zhǔn)確的檢測結(jié)果，且可同時完成多個樣品的信息采集，檢測效率顯著提高。19 黃粒米是由于米粒受黃曲霉!煙曲霉等霉菌污染后發(fā)生霉變，致使米粒胚乳呈黃色，與正常米粒色澤明顯不同。尚艷芬等開發(fā)了一套根據(jù)RGB色度學(xué)原理對稻米中黃粒米的檢測系統(tǒng)，孫明等提出了一種基于色調(diào)的黃粒米檢測方法。20-21對粳米研究結(jié)果表明，計算機(jī)視覺技術(shù)可以有效地分開黃粒米與標(biāo)準(zhǔn)米。識別精度能夠達(dá)到 99%以上，但是對于其它類型稻米的適用性還有待進(jìn)一步研究計算機(jī)視覺檢測技術(shù)在稻米品質(zhì)檢測中應(yīng)用廣范，但是在測定過程中也受到諸多因素的影響。如光源均勻性、粒型、擺放位置區(qū)域、

13、攝像機(jī)的精確度等因素都能影響到檢測結(jié)果。四、掃描電鏡技術(shù)在不同的溫度和濕度條件下，稻米的品質(zhì)會發(fā)生變化，而引起這些變化的重要原因是稻米中胚乳微觀結(jié)構(gòu)及形態(tài)的變化。現(xiàn)代發(fā)展的掃描電鏡技術(shù)可以直觀從細(xì)胞的微觀性結(jié)構(gòu)出發(fā)，使稻米因濕度、溫度、氧氣和蟲等外界作用引起的形態(tài)結(jié)構(gòu)和細(xì)胞結(jié)構(gòu)的變化而引起的表觀差異通過圖像呈現(xiàn)出來。但是，目前還不能單純從細(xì)胞結(jié)構(gòu)的變化來判斷稻米的新鮮度和純化度。五、質(zhì)構(gòu)分析技術(shù)（TPA） 稻米在收獲和儲藏過程中，在不同環(huán)境條件下內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化引起的表觀及感官品質(zhì)的變化也需檢測。通過質(zhì)構(gòu)儀測定稻米中的相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行質(zhì)構(gòu)分析，得到相應(yīng)的質(zhì)構(gòu)特性的相關(guān)指標(biāo)，并通過感官評價分析， 進(jìn)一步

14、研究感官評價和質(zhì)構(gòu)分析儀測定的相關(guān)性。 尹陽陽等用質(zhì)構(gòu)儀研究稻谷儲藏過程中巰基與質(zhì)構(gòu)特性的關(guān)系，表明巰基含量變化與黏度變化呈極顯著正相關(guān)，與硬度變化呈極顯著負(fù)相關(guān)。22孔進(jìn)喜等 用質(zhì)構(gòu)分析的方法研究大米儲藏過程中凝膠力學(xué)特性的變化，表明儲藏 12個月的稻谷制成大米后，硬度、咀嚼度、最大剪切力、剪切功都顯著增大，彈性、黏聚性、回彈性、應(yīng)力松弛時間均無明顯變化，可能是由于稻谷陳化過程中蛋白質(zhì)與淀粉相互作用，阻礙淀粉的膨脹，糊化形成的凝膠強(qiáng)度增大。23 六、色譜分析技術(shù)測定 高效液相是在傳統(tǒng)色譜技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它是利用試樣中共存組分間的吸附、分配、交換、遷移速率以及其它性能上的差異，先將它們

15、分離，而后通過特定檢測器或質(zhì)譜儀按一定順序進(jìn)行分析測定。高效液相在有機(jī)化學(xué)、生物化學(xué)、醫(yī)學(xué)、等發(fā)面應(yīng)用廣泛。近年來，高效液相色譜在食品中的農(nóng)藥殘留、食品添加劑和重金屬等有害物質(zhì)的檢測發(fā)揮重大作用。高效液相色譜技術(shù)具有選擇性高，快速準(zhǔn)確測定多種化合物等特點。水稻安全生產(chǎn)是稻米食品安全的基礎(chǔ)，目前我國出現(xiàn)無公害稻米、綠色稻米和有機(jī)稻米三種不同標(biāo)準(zhǔn)的稻米。24 在實驗室中檢測水稻等作物中的各類氨基酸含量的檢測常用HPLC。實驗所用色譜柱常采用C18柱、C8柱以及CN柱，檢測器使用紫外、熒光或電化學(xué)。25 氨基酸與不同衍生化試劑反應(yīng)后產(chǎn)生不同的衍生物，不同衍生物所需色譜條件也有差別。26 HPLC通過

16、有效分離稻米中的各類氨基酸，檢測七、結(jié)束語 隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，研究出很多稻米品質(zhì)的檢測技術(shù)和方法，使檢測結(jié)果更加準(zhǔn)確，對稻米的安全嚴(yán)格把關(guān)，保證了人們的食用大米的安全，提高了稻米品質(zhì)。但是，目前稻米的品質(zhì)分析檢測多集中于生產(chǎn)加工及儲藏階段的研究，而對于運(yùn)輸、銷售等環(huán)節(jié)稻米所處微環(huán)境的變化所導(dǎo)致的品質(zhì)變化研究較少，隨著糧食物流過程品控追溯技術(shù)的研究，稻米物流環(huán)節(jié)的品質(zhì)變化也將備受關(guān)注，應(yīng)綜合各項檢測技術(shù)，開發(fā)適用于稻米物流環(huán)節(jié)檢測設(shè)備。參考文獻(xiàn)：1任廣躍等.稻米品質(zhì)檢測技術(shù)研究進(jìn)展及展望，中國糧油學(xué)報，2014,29（2）：115-1282楊盛昌，吳琦. Cd 對桐花樹幼苗生長及某些生理特性的

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