食品光谱图像无损检测技术实用化方向研究进展

工作的重要目标。通过简述光谱及图像分析技术的基本原理和设备结构，对比用于科研分析与生产实用中的设备在设计上差异。综述近年来基于光谱和图像分析技术所开发的实用化在线式或便携式设备在食品生产和检测中的研究进展，以期为我国食品安全检测技术发展及设备开发提供理论依据和参考。

关键词：光学检测;近红外;高光谱;食品检测;进展

中图分类号：TS207.3     文献标志码：A    doi：10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2019.07.020

Abstract：Optical detection technologies such as spectral analysis and spectral imaging have the characteristics of rapid，non-destructive and accurate，and have been extensively studied in the field of food detection. It is always an important goal of scientific research to push advanced technology from theoretical research in laboratory to practical application in industrial production. This article briefly described the basic principle and equipment structure of spectrum and image analysis technology，and compares the design differences of equipment used in scientific research analysis and production practice. The research reviewed the progress of practical online or portable equipment developed in the past few years based on spectrum and image analysis technology in food production and testing，in order to provide theoretical basis and reference for the development of food safety testing technology and equipment development in China.

Key words：optical detection;near infrared;hyperspectral;food detection;progress

随着社会的日益发展和生活水平的不断提高，越来越多的消费者在选购食品时更加关注食品的安全性和营养价值。传统的食品品质检测方法，如感官评定、理化检测等，存在前期预处理复杂繁琐、检测过程耗时费力、检测成本高、需要破坏样品等缺点，不适合现代化食品品质信息的快速检测[1]。光谱和图像等光学检测技术因其具有高效、精准、无损、简洁等特点，能够节省分析时间和检测成本，使其能在食品快速检测领域中蓬勃发展。特别是高光谱成像融合了传统的成像技术和光谱技术，作为一门新兴的快速无损检测技术具有巨大的优势。近年来，肉类、牛奶、水果和蔬菜等各类食品采用高光谱技术进行品质检测的研究报道越来越多。在食品品质分级、掺假欺诈检测、品质安全信息定量可视化描述及各种疾病与缺陷的识别等方面具有较大的发展潜力。

然而应当注意到，目前研究主要是针对光谱和图像特征、检测模型的方法建立，对在光学检测设备方面应用研究较少，特别是针对企业生产自动化检测线的研究。如何将先进技术从实验室的理论研究推向工业生产中的实际应用，实现技术转化一直是科研工作的重要目标。主要对国内外用于食品品质安全监测的光谱图像设备实用化方向的研究状况进行综述，以期为食品安全的快速检测技术及实用化设备开发提供理论依据和参考。

1   光谱和图像分析技术的基本原理和设备结构

1.1   近红外光光谱检测技术概述

在光学无损检测技术中，近红外光谱是研究最早、应用最广泛的技术之一。近红外光是指波长在780～2 526 nm的电磁波，是人们认识最早的非可见光区域。我国从20世纪80年代开始进行近红外光谱的应用研究工作，随着计算机技术的发展，数字化技术和化学计量学学科迅速发展，数字化光谱仪器与化学计量学方法的结合形成了现代近红外光谱技术。随后以产业链的方式逐渐应用于农业、石化、制药和食品等多个领域，在工农业生产和科研中逐渐发挥着越来越重要的作用[2]。

近红外光谱仪器核心部件是分光系统，从分光系统可分为固定波长滤光片、光栅色散、快速傅立叶变换和声光可调滤光器（AOTF）4种类型。近年来，近红外光谱设备趋向于微型化、小型化发展，国内已有多家单位基于MEMS技术研制出了多种分光类型的小型或微型近红外光谱仪器试验样机[3]，国内一些高校也研制出了一些用于鲜茶等级[4]、农产品品质[5]、土壤肥力[6]、水果在线分选[7]的样机或实用型设备。目前，设计应用的在线近红外检测系统大多是由传输模块、位移及高度识别模块、光譜采集模块和数据分析模块等组成[8]。

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