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高光谱成像技术在牛肉品质无损检测中的应用

发布时间:2023-05-12
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牛肉的新鲜度是其品质安全的一个重要衡量指标,也是肉品品质安全控制的关键环节。传统的检测方法过程繁琐、耗时长,亟需寻找一种绿色、快速、无损的检测方法。高光谱成像技术可将图像与光谱技术相结合,同时获得目标对象的图像和光谱信息,并利用光谱数据进行定性定量分析已成功应用于牛肉品质无损检测。本文介绍了高光谱成像技术在牛肉品质无损检测中的应用。

牛肉的新鲜度是其品质安全的一个重要衡量指标,也是肉品品质安全控制的关键环节。传统的检测方法过程繁琐、耗时长,亟需寻找一种绿色、快速、无损的检测方法。高光谱成像技术可将图像与光谱技术相结合,同时获得目标对象的图像和光谱信息,并利用光谱数据进行定性定量分析已成功应用于牛肉品质无损检测。本文介绍了高光谱成像技术在牛肉品质无损检测中的应用。

牛肉

牛肉品质检测的重要性:

随着目前我国人民的生活水平的逐渐提高,我国人民的饮食结构也慢慢的朝着优质而合理的方向发展着,牛肉是中国需求量排行第二的肉食品类,仅仅低于猪肉。牛肉中富含有多种的氨基酸和矿物质等元素,同时还提供了丰富的蛋白质,矿物质和维他命B群,包括烟酸,维生素B1和核黄素。牛肉还是每天所需的铁质的最佳来源。精牛肉仅含有约为6%的平均脂肪含量,而嫩牛肉更低,仅含有3%,所含热量极低。中医认为:冬天吃牛肉,拥有暖胃的效用,是一种寒冬的滋补佳品。牛肉有着补中益气、化痰息风、止渴止涎、滋养脾胃、强健筋骨等功多种能。适用于贫血久病、中气下陷、气短、体虚、筋骨酸软以及面黄目眩等病人食用。牛肉的拥有着极高的食用价值。所以,消费者们不仅对牛肉的需求量迅速增长,而且也对牛肉肉品的内外部品质提出了更多的要求。牛肉的品质直接影响着人们的食品安全和身体健康,也影响着肉品企业的发展和未来。所以,肉的食用品质(嫩度、持水力)、营养水平(脂肪、蛋白质、水分)以及肉品的安全(表面污染)等各方面因素均受到了消费者和肉品企业的高度重视。

高光谱成像仪

高光谱成像技术在牛肉品质无损检测中的应用:

传统的使用较多的检测肉品内外部品质的方法大致分为几种:感官评价、微生物菌落检测以及理化指标检测等,感官评价的方法是有专业的鉴别人员对所检测的牛肉的外表、口味以及口感等指标进行评判,以自己的主观感受来判断牛肉品质的好坏,评价主观性较强、不易量化,不同的评价人员也会存在意见不一的情况;理化指标及微生物检测这两种检测方式同属于物理和化学相结合的分析方法,它们同样也存在着样品处理繁琐、样品易发生损坏、化学试剂消耗量大、检测周期长以及检测成本较高等多种问题,这些常见的检测方式因为有着多样的弊端,导致它们无法真正的达到使用的目的。因此,世界各国亟需一种方便、快捷且准确性高的肉品品质检测手段,因此光谱分析技术应运而生。

光谱在波长范围为400-1100nm之间的光谱为可见-近红外光谱,是一种已经相对来说很成熟的检测技术,它是通过获取待测样本自身多种多样的信息从而得到待测样本在全波段范围内的原始数据,再联合样品的多种组成成分,找到样品在全波长范围内的原始光谱数据与其所对应的各种理化指标的真实测定值之间的关联,并通过分析来得出被测样本所包含的主要的成分信息。这种方式虽然能够快速的检测出被测样本的内外部品质,但是因为可见-近红外光谱技术本身存在着一些局限性,导致它仅能检测待测样品的某一部分区域而非全部区域,从而导致最后得不到所需的完整的检测结果,获取的信息也不是很全面。

这些年,高光谱成像技术开始慢慢的用于肉品品质的快速无损检测中。高光谱成像技术是一种将多种信息处理技术集于一身,将二维图像技术及光谱技术相结合的新兴技术。目前国内对利用波长范围在400-1100nm之间的可见-近红外高光谱技术对牛肉的新鲜度和水分含量的检验较为少见。通过选取光谱范围在400-1100nm之间的牛肉的原始光谱,检测牛肉样本的新鲜度指标以及水分含量并作出预测,可以对牛肉的品质进行快速无损的检测。

由于计算机技术的快速进步以及化学计量学方法研究逐渐深入,常见的传统的计算机视觉和近红外光谱技术主要被用于进行农产品的综合品质的检测,传统的计算机视觉只能够检验样本外部的基本信息而并不能检验所需的样本内部信息。恰恰相反的是,近红外光谱技术只能够反映待测样本的内部的组成信息,而不能反映出样本的外部信息诸如纹理特征等。而新的高光谱检测技术却综合了上述两种传统方法各自的优势,在检验样本外部基本信息的同时也能获取到待测样本所需的内部特征信息。遥感领域最先将高光谱成像技术投入使用,最近也慢慢的投入到医学研究和农产品的检测当中。高光谱检测技术是一门综合了光谱学和图像学等多门学科的综合学科,这使得其在对农畜产品的内外部综合品质进行快速无损的检测中拥有巨大的发展潜力。

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