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高光譜成像技術(shù)在食品檢測(cè)中的應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間： 2020-07-13 點(diǎn)擊次數(shù)： 3574次“民以食為天，食以安為先”，食品安全一直是全社會(huì)關(guān)注的問(wèn)題之一。但由于食品種類多樣，且從生產(chǎn)、加工、儲(chǔ)藏到運(yùn)輸過(guò)程中可能接觸到的污染源種類繁多，傳統(tǒng)的檢測(cè)方法受限于時(shí)效和人力，對(duì)許多保質(zhì)期短的食品束手無(wú)策。因此，無(wú)論是對(duì)工廠、消費(fèi)者還是質(zhì)檢人員來(lái)說(shuō)，探索一種快速無(wú)損的食品檢測(cè)方案具有重要現(xiàn)實(shí)意義。
易科泰公司生態(tài)健康研究中心致力于生態(tài)-農(nóng)業(yè)-健康研究發(fā)展與創(chuàng)新應(yīng)用，專注于光譜成像技術(shù)在上述領(lǐng)域的研發(fā)集成及技術(shù)推廣，憑借多年科研儀器技術(shù)研發(fā)集成經(jīng)驗(yàn)，引進(jìn)先進(jìn)的高光譜成像傳感器技術(shù)，通過(guò)“光譜指紋”特征差異來(lái)反映不同食品的理化特性，及有機(jī)化合物組成和分子結(jié)構(gòu)信息，進(jìn)而有效反映食品中的化學(xué)成分或微生物污染情況。充分將“圖譜合一”、“光譜立方”應(yīng)用到食品檢測(cè)領(lǐng)域，為該領(lǐng)域提供全面的高光譜成像應(yīng)用方案。
一、應(yīng)用案例
1.1 污染檢測(cè)
高光譜成像技術(shù)在果蔬中的農(nóng)藥污染、動(dòng)物制品中的糞便殘留物污染、及各類食品中的微生物等污染檢測(cè)中都表現(xiàn)出了出色的辨識(shí)能力。
上左圖為混有5%麥角菌粉末的面粉樣本真彩色圖，右圖為高光譜圖像處理后的分類結(jié)果，其中白色的部分為面粉，灰色為麥角菌1。
上圖為在4oC低溫保存不同時(shí)長(zhǎng)的雞肉切片上大腸桿菌和假單胞菌菌株的分布情況，假彩色可表征細(xì)菌濃度。可利用此數(shù)據(jù)結(jié)果及時(shí)決策：拋棄或者及時(shí)采取措施進(jìn)行補(bǔ)救處理。
1.2 食品摻假
食品摻假也是令人頭疼的食品質(zhì)量問(wèn)題之一，許多與原材料相似但有害成分的摻入，很難通過(guò)傳統(tǒng)方式檢測(cè)識(shí)別，而高光譜成像技術(shù)通過(guò)光譜差異即可快速準(zhǔn)確的輸出檢測(cè)結(jié)果。
上圖（a）為在優(yōu)質(zhì)豬肉糜中摻入不同濃度豬頸肉的樣本假彩色圖，（b）為基于高光譜成像技術(shù)的分類結(jié)果示意圖2
1.3 品質(zhì)檢測(cè)
食品中關(guān)鍵營(yíng)養(yǎng)成分的含量是決定其品質(zhì)高低的重要指標(biāo)，將某一類待測(cè)物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量學(xué)特征與高光譜數(shù)據(jù)建立關(guān)聯(lián)模型，即可快速無(wú)損的輸出該成分的濃度分布圖。
上圖為5個(gè)不同品花生的含油量的可視化高光譜分類圖3
1.4分類檢測(cè)
食品產(chǎn)地溯源、混合加工食品中的原料分類等也是高光譜成像技術(shù)的拿手好戲。
上圖為鑒別不同品牌花草茶中原料成分的實(shí)驗(yàn)a)為校準(zhǔn)用的標(biāo)準(zhǔn)樣品，b)為高光譜圖像的分類結(jié)果及不同成分的占比4。
食品安全問(wèn)題與每一個(gè)人的生活息息相關(guān)，高光譜成像技術(shù)已在世界范圍內(nèi)被廣泛應(yīng)用于多場(chǎng)景、快速無(wú)損的食品檢測(cè)領(lǐng)域，并且能輸出可視化的檢測(cè)結(jié)果和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，讓食品檢測(cè)工作更加的直觀方便快捷。
二、高光譜產(chǎn)品特點(diǎn)- 靈活多樣化選配方案：VNIR、NIR、SWIR、MWIR、LWIR可選
- 高信噪比、高穩(wěn)定性、高分辨率、高幀頻
- 內(nèi)置程序自動(dòng)進(jìn)行黑白參考校準(zhǔn)，無(wú)需額外手動(dòng)執(zhí)行校準(zhǔn)命令
- 配備400-2500nm全波段鹵素?zé)簦瑹o(wú)需更換光源
- 俯視+側(cè)視多方位視角
- 可選配超高分辨率RGB成像及顏色分析
- 全線產(chǎn)品適配SpectraScan光譜成像掃描系統(tǒng)
- 預(yù)留集成方案，可擴(kuò)展性強(qiáng)，空陸雙基、野外及室內(nèi)方案可選
三、高光譜成像儀選型
相機(jī)型號(hào) IQ FX10 PFD4K sCMOS FX17 SWIR 波段范圍（nm） 400-1000 900-1700 1000-2500 光譜分辨率（FWHM） 7nm 5.5nm 3.0nm 2.9nm 8nm 12nm 波段 204 224 768 946 224 288 空間分辨率
（像素）512 1024 1775 2184 640 384 光圈值 F/1.7 F/1.7 F/2.4 F/2.4 F/1.7 F/2.0 信噪比 ＞400:1 600:1 1000:1 1050:1 幀頻 內(nèi)置推掃 330 100 100 670 450 重量 1.3kg 1.26kg 2.7kg ＞2.0kg 1.56kg ＞14kg
附：參考文獻(xiàn)
1. Vermeulen, P., Ebene, M. B., Orlando, B., Pierna, J. A. F. & Baeten, V. Online detection and quantification of particles of ergot bodies in cereal flour using near-infrared hyperspectral imaging. Food Addit. Contam. Part A 34, 1312–1319 (2017).
2. Jiang, H., Cheng, F. & Shi, M. Rapid Identification and Visualization of Jowl Meat Adulteration in Pork Using Hyperspectral Imaging. (2020). doi:10.3390/foods9020154
3. Jin, H., Ma, Y., Li, L. & Cheng, J. Rapid and Non-destructive Determination of Oil Content of Peanut ( Arachis hypogaea L . ) Using Hyperspectral Imaging Analysis. (2016). doi:10.1007/s12161-015-0384-3
4. Djokam, M., Sandasi, M., Chen, W., Viljoen, A. & Vermaak, I. applied sciences Hyperspectral Imaging as a Rapid Quality Control Method for Herbal Tea Blends. 1–16 (2017). doi:10.3390/app7030268
易科泰生態(tài)技術(shù)公司致力于生態(tài)-農(nóng)業(yè)-健康研究發(fā)展與創(chuàng)新應(yīng)用，為食品質(zhì)量檢測(cè)鑒定應(yīng)用提供高光譜成像技術(shù)全面解決方案。Ecolab實(shí)驗(yàn)室擁有便攜式高光譜成像儀、SpectraScan實(shí)驗(yàn)室臺(tái)式高光譜成像系統(tǒng)及野外用高通量掃描式高光譜成像設(shè)備，結(jié)合RGB成像分析、科研級(jí)紅外熱成像技術(shù)、多光譜熒光成像技術(shù)，可提供食品理化特性分析、成分檢測(cè)鑒定及食物污染檢測(cè)等技術(shù)服務(wù)和實(shí)驗(yàn)合作。
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