第七章 食品无损检测新技术

现代食品检测技术——第二部分食品检测新技术——食品无损检测新技术第七章食品无损检测新技术现代食品检测技术——第二部分食品检测新技术——食品无损检测新技术一、食品、农产品快速无损检测概述1、什么是无损检测？•在不破坏被检测对象的情况下，应用一定的检测技术和分析方法对其内在品质和外在品质加以测定，并按一定的标准对其做出评价的过程。现代食品检测技术——第二部分食品检测新技术——食品无损检测新技术一、食品、农产品快速无损检测概述2.无损检测的意义•(1)实现农产品、食品加工增值，提高农民收入现代食品检测技术——第二部分食品检测新技术——食品无损检测新技术（2）使农产品加工业从劳动密集型走向技术密集型，对构建现代农业起着重要作用现代食品检测技术——第二部分食品检测新技术——食品无损检测新技术（3）无损检测技术研究具有重要的理论价值•涉及农业物性学、信息技术、人工智能、计算机技术、传感技术、光谱技术等多个学科知识，理论和技术领域极宽，属多学科交叉领域•无现成的理论和通用设计方法现代食品检测技术——第二部分食品检测新技术——食品无损检测新技术3、无损检测相比于传统方法的优点:•除得到样品的外部品质信息外，也能获得很多的内部品质信息，同时保证了样品的完整性；•检测结果客观、准确、重现性好；•检测速度又较传统的化学方法迅速、绿色。现代食品检测技术——第二部分食品检测新技术——食品无损检测新技术二、食品、农产品快速无损检测新技术（一）计算机视觉技术（二）人工嗅觉、人工味觉（三）食品的力学、声学和电学检测新技术现代食品检测技术——第二部分食品检测新技术——食品无损检测新技术（一）计算机视觉技术•计算机视觉技术是通过一个高清晰度摄像头获取物体的图像，将图像转换成数字图像，再利用计算机模拟人的判别准则去理解和识别图像，通过图像分析作出相应结论的实用技术。•计算机视觉技术的过程：图像获取、图像处理、图像分析、图像理解等过程。现代食品检测技术——第二部分食品检测新技术——食品无损检测新技术1、计算机视觉技术应用概况–在尺寸和形状检测中的应用：鸡蛋、苹果分级–在颜色检测中的应用：大豆质量检测、焙烤食品质量控制–在产品表面缺陷和损伤检测中的应用：鸡蛋裂纹检测、大米爆腰率–在食品成分检测中应用：比萨饼底部的数字化图像的颜色特征来判断赖氨酸含量–在食品口感质量评价中的应用：牛肉嫩度–在线质量控制：现代食品检测技术——第二部分食品检测新技术——食品无损检测新技术2、计算机视觉技术在食品检测中的应用（1）食品膨化质量的自动检测•原理：膨化食品的颜色和体积是其质量的重要指标。对于比较均一的不规则形状的膨化食品而言，其体积可较方便地用俯投面积反应，因此，可在线捕捉膨化食品的图像，分析其颜色和俯投面积，从而达到对其质量检测的目的。现代食品检测技术——第二部分食品检测新技术——食品无损检测新技术•疑问：颜色较深口感较好，颜色和体积相关（颜色越浅，投影面积越大，则体积越大），体积和质量的关系？•查阅文献：孙永海，赵学笃，谭景璐．膨化食品表面质量的自动检测．农业机械学报，１９９９，３０（１）：６３～６７现代食品检测技术——第二部分食品检测新技术——食品无损检测新技术（2）基于计算机视觉的冷却牛肉嫩度分析方法•嫩度分析评价方法：感官评定、剪切力、对大理石纹分析的计算机视觉技术现代食品检测技术——第二部分食品检测新技术——食品无损检测新技术•原理：牛肉大理石纹主要指分布于肌肉组织中的脂肪组织。基于计算机视觉的冷却牛肉嫩度分析方法是通过摄像装置获取样品图像，经预处理后模拟专业评价员对牛肉大理石纹的评定过程，用能够表征这种脂肪组织的含量及分布均匀性的变量作为相应的特征量进行分析获得其嫩度信息。原理图示为：现代食品检测技术——第二部分食品检测新技术——食品无损检测新技术现代食品检测技术——第二部分食品检测新技术——食品无损检测新技术•参考文献：屠康，王富昶.计算机视觉在牛肉大理石花纹分级中的应用研究[J].粮油加工与食品机械，2003（10）：43-45计算机图像分析与人工评定结果的比较大理石花纹白色区域所占比例的量化现代食品检测技术——第二部分食品检测新技术——食品无损检测新技术（3）基于计算机视觉的冷却牛肉新鲜度分析方法•新鲜度分析方法：感官检验、pH值、TVB-N、细菌总数、对颜色分析的计算机视觉技术•原理：肌肉在存放过程中会发生颜色变化，采集肌肉组织图像，分析其颜色特征来判断其新鲜度。现代食品检测技术——第二部分食品检测新技术——食品无损检测新技术（二）人工嗅觉、人工味觉•模拟生物嗅觉和味觉形成过程，在检测样品时得到样品的整体信息（“指纹”数据），并可以将这些信息与经过学习建立的数据库加以比对，进行识别判断的新型检测技术。现代食品检测技术——第二部分食品检测新技术——食品无损检测新技术1.人工嗅觉•人工嗅觉系统（电子鼻）：由多个性能彼此重叠的气体传感器和适当的模式分类方法组成的具有识别单一和复杂气味能力的装置。模式分类方法：统计模式识别人工神经网络模式识别气体传感器阵列现代食品检测技术——第二部分食品检测新技术——食品无损检测新技术•原理：现代食品检测技术——第二部分食品检测新技术——食品无损检测新技术•商品化的电子鼻AromaScan英国现代食品检测技术——第二部分食品检测新技术——食品无损检测新技术MOSESII:MOdularSEnsorSystem,IInd现代食品检测技术——第二部分食品检测新技术——食品无损检测新技术FOX-Model3000IntelligentElectronicNose现代食品检测技术——第二部分食品检测新技术——食品无损检测新技术美国加州电子传感器学院现代食品检测技术——第二部分食品检测新技术——食品无损检测新技术Electronicnosetotestfreshnessoffruits英国华威大学(UniversityofWarwick)现代食品检测技术——第二部分食品检测新技术——食品无损检测新技术德国AIRSENSEAnalytics电子鼻PEN3现代食品检测技术——第二部分食品检测新技术——食品无损检测新技术•国内电子鼻设备正处于研发阶段–江苏大学–浙江大学–华东理工大学其中，华东理工大学研究的是一种糖尿病无损呼吸气味诊断的电子鼻，主要完成被测者呼出气体中的丙酮、丙酮酸、氧气、二氧化碳及温度、湿度的测定。其主要用途是医院的临床诊断和监护及糖尿病人的家庭监护。现代食品检测技术——第二部分食品检测新技术——食品无损检测新技术•应用：糖蜜种类和芳香特性的分析肉品新鲜度分析水果新鲜度芳香种类的分析酸奶和酸奶辅料的鉴定分析牛奶新鲜度分析果汁等不含酒精的饮料的区分判定酒精饮料香气的区别分析谷物生长分析咖啡及相关产品的香气分析烟草质量及香气分析其它食品香气的分析现代食品检测技术——第二部分食品检测新技术——食品无损检测新技术CNKI检索”电子鼻“：现代食品检测技术——第二部分食品检测新技术——食品无损检测新技术2.人工味觉•人工味觉系统（电子舌）：–生物味觉靠味觉细胞的生物膜–人工脂膜传感器技术现代食品检测技术——第二部分食品检测新技术——食品无损检测新技术•原理：现代食品检测技术——第二部分食品检测新技术——食品无损检测新技术应用：同一香型不同品牌白酒的区分基本香型白酒的区分现代食品检测技术——第二部分食品检测新技术——食品无损检测新技术同一品牌不同年份白酒的区分不同啤酒的区分现代食品检测技术——第二部分食品检测新技术——食品无损检测新技术不同品牌同种茶饮料现代食品检测技术——第二部分食品检测新技术——食品无损检测新技术现代食品检测技术——第二部分食品检测新技术——食品无损检测新技术现代食品检测技术——第二部分食品检测新技术——食品无损检测新技术（三）食品的力学、声学和电学检测新技术1.西瓜成熟度无损检测（1）利用冲击振动检测西瓜的成熟度将西瓜看作多层球状弹性体，当其受到瞬态冲击时，球体将产生振动响应，可测得其固有频率，利用固有频率和西瓜质量可以估算西瓜的成熟度（成熟度指数）。根据果蔬成熟变软及受到振动激励时弹性模量变小的规律，利用固有频率和质量估计果蔬成熟度的一个指标，其数值为f2·m2/3,值越大，越不熟。现代食品检测技术——第二部分食品检测新技术——食品无损检测新技术（2）利用声学特性检测西瓜成熟度•西瓜的内部品质与其声学特性有很好的相关性，未成熟西瓜的打击音波含有多种频率成分，且峰值频率较高，收获适期仅一种频率，且降低，过熟瓜频率进一步减小，但又出现一些杂峰。•可以把西瓜分为3个成熟等级：生、适熟、成熟。其峰值频率区间为:大于164～280Hz为“生”瓜，132～164Hz为“适熟”瓜，小于107～130Hz为“成熟”瓜。现代食品检测技术——第二部分食品检测新技术——食品无损检测新技术2.禽蛋无损检测现代食品检测技术——第二部分食品检测新技术——食品无损检测新技术2.禽蛋无损检测•应用了计算机视觉技术、声学特性、光学特性、电学特性、力学特性等检测禽蛋品质–裂纹检测——计算机视觉技术•光源的均匀性•计算机识别裂纹的方法改进以提高准确度，减少误判率贺静，王树才.基于DSP实时图像分割算法的鸡蛋蛋壳破损检测[J].湖南科技学院学报,2010,31(04):55-58,82裂纹小，不易识别；蛋壳上大斑点易被误判为裂纹蛋。现代食品检测技术——第二部分食品检测新技术——食品无损检测新技术2.禽蛋无损检测–裂纹检测——声学特性裂纹蛋完好蛋现代食品检测技术——第二部分食品检测新技术——食品无损检测新技术•新鲜度检测——计算机视觉技术先根据蛋图像颜色特征判别出是否为次蛋，然后根据蛋重和图像像素面积的比值判断普通蛋的新鲜度。王巧华，华细金等.基于机器视觉的鸡蛋品质无损检测研究[J].中国家禽，2007，29（18）：21-23现代食品检测技术——第二部分食品检测新技术——食品无损检测新技术–新鲜度检测——光学特性和力学特性魏小彪，王树才.鸡蛋新鲜度综合无损检测模型及试验[J].农业工程学报，2009，25(03):242-247用机器视觉装置获取鸡蛋颜色的亮度、蛋形指数，用声音采集装置获取声音的功率谱面积、共振峰频率、X轴方向的质心，通过试验测得对应鸡蛋的新鲜度（哈夫单位）。并以此为样本数据建立多元线性回归模型，获取鸡蛋新鲜度与其图像特征参数和声音特征参数之间的最优关系。经检验，所建模型判别鸡蛋新鲜度的正确率为92%。现代食品检测技术——第二部分食品检测新技术——食品无损检测新技术•孵前种蛋检测——基于近红外光谱祝志慧等同一波长时，受精蛋的吸光度均比无精蛋的吸光度大现代食品检测技术——第二部分食品检测新技术——食品无损检测新技术作业3•请举例说明无损检测技术在食品检测中的应用。