這是一次真實的實驗:把一塊色澤光亮的豬肉遞到王大媽面前讓她來分辨這塊肉是否達(dá)到食用標(biāo)準(zhǔn)，做了幾十年家庭主婦的王大媽先是摸了摸，又聞了聞，自信地說,依我看這塊肉沒什么問題。
工作人員迅速手持檢測探頭對一整塊肉進(jìn)行光譜掃描，檢測裝置在1秒鐘內(nèi)通過成像和分析，得出的數(shù)據(jù)顯示這是一塊外表光鮮實則變質(zhì)的豬肉，檢測結(jié)果讓王大媽大吃一驚。在這次互動中，王大媽聽到了一個新鮮詞兒“無損檢測”，她不禁感嘆到：是啥玩意兒這么神奇?
近期，在“2013年國內(nèi)包裝與食品工程農(nóng)產(chǎn)品加工學(xué)術(shù)年會”上，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院的彭彥昆教授作了一個報告——“在農(nóng)產(chǎn)品/食品加工和包裝產(chǎn)業(yè)鏈中的品質(zhì)**無損快速檢測技術(shù)與裝備”，詳細(xì)介紹了其團(tuán)隊開發(fā)的肉品檢測裝置及其功能，引起了眾多專家、企業(yè)的興趣和關(guān)注。讓王大媽感到神奇的正是該技術(shù)。
不留**的“無創(chuàng)手術(shù)刀”
農(nóng)畜產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量**檢測，既保障著百姓日常飲食健康，也影響著農(nóng)畜產(chǎn)品進(jìn)出口貿(mào)易。無損檢測也叫非破壞檢測和非接觸檢測。認(rèn)識無損檢測技術(shù)，不能不提起傳統(tǒng)的破壞性檢測。
如果我們把傳統(tǒng)的破壞性檢測比作一把“鋒利的手術(shù)刀”，經(jīng)過這把手術(shù)刀將肉食品“殘忍”地分割后才得知其內(nèi)部狀況。相比之下，無損檢測則可看做是把“不留**”的“無創(chuàng)手術(shù)刀”。
“我們知道，紅色的和黃色的兩個蘋果，放到紅光的暗室里，他們反射的光強(qiáng)是不一樣的，所以利用反射光可以判斷蘋果的顏色。”彭彥昆解釋道，簡單地說，經(jīng)過光譜掃描可以實現(xiàn)無損檢測技術(shù)，獲取被檢測物質(zhì)的特征信息，然后通過分析這些特征信息得到其物理、化學(xué)和生物屬性。
不同的物質(zhì)成分具有不同的光譜特征波長，特征波長處的反射光譜強(qiáng)度能反映物質(zhì)成分的含量，一般用可見光/近紅外光源照射被檢測物質(zhì)后，再通過光譜解析建立的數(shù)學(xué)預(yù)測模型就可自動算出結(jié)果，“無損檢測技術(shù)檢測單品整個過程一般不到1秒鐘，而傳統(tǒng)破壞性檢測一般長達(dá)幾小時甚至幾天。”
記者跟隨彭教授來到實驗室。他拿出手持儀器對一塊牛肉進(jìn)行簡單地照射后，分析儀就得出了數(shù)據(jù)：新鮮度、**總數(shù)、含水量、pH值、色澤，以及其他品質(zhì)**指標(biāo)等。這樣，無論這塊牛肉是過期的、被污染的、注水的、還是不符合食用標(biāo)準(zhǔn)的，都能被檢測出來。“對物理特征和化學(xué)成分不一樣的牛肉，當(dāng)用一束光照射它時，從它表面的反射光就不一樣。對不同牛肉，它的反射光的強(qiáng)度大小和峰值位置就不一樣。這些差別信息反映了牛肉的品質(zhì)**狀況，叫做品質(zhì)**特征信息。通過特征信息，再結(jié)合其他數(shù)學(xué)分析方法就能找到牛**體的嫩度、水分、**總數(shù)等與光學(xué)特征性的關(guān)系，并且能用數(shù)學(xué)公示表達(dá)。”
“不論是肉類或蔬菜，檢測機(jī)理類似，但不同的檢測對象對應(yīng)的硬件構(gòu)成、預(yù)測模型不同。”所以，彭彥昆帶領(lǐng)團(tuán)隊開發(fā)了果蔬農(nóng)藥殘留快速實時檢測、水果品質(zhì)在線分選、豬肉品質(zhì)**多指標(biāo)同時自動在線無損檢測等10套系列裝置。
這些檢測裝置分為在線式和手持便攜式。前者可用于大型家畜屠宰廠、肉品加工廠、肉品包裝和配送企業(yè)等。后者可用于小型肉品加工企業(yè)、肉品商場、飯店、肉品監(jiān)管部門等。
“無創(chuàng)手術(shù)刀”優(yōu)勢明顯
“傳統(tǒng)檢測方式是人工抽樣，需要樣品的提前處理，必須要受過專門訓(xùn)練的技術(shù)人員來操作，可即便這樣，人為誤差還是比較大。”彭教授介紹，人工抽樣的方法不但無法實時獲得結(jié)果，還破壞樣品并且有抽樣的局限性，更是無法用于在線檢測，進(jìn)行高通量逐一樣品的食用**性篩查和品質(zhì)分級。
而無損檢測這把“無創(chuàng)手術(shù)刀”則無需將檢測對象破壞，不僅能及時準(zhǔn)確檢測出**肉食產(chǎn)品，避免了**產(chǎn)品售后召回的往返周折，在完成檢測的同時也能按品質(zhì)進(jìn)行分級，而且無損檢測自動化程度高，還保證了逐個樣品檢測，不會出現(xiàn)漏檢，更重要的是還可以合理利用在線分級技術(shù)，大大提升產(chǎn)品附加值。
“但是，這并不意味著無損檢測技術(shù)可以面面俱到。”在農(nóng)畜產(chǎn)品的生化成分檢測方面，如三聚氰胺、瘦肉精等，檢測精度還不理想。在無損檢測中，精度是各國學(xué)術(shù)界所面臨的共同問題，“這主要由于現(xiàn)在光學(xué)技術(shù)的分辨率和解析度還有待于提高。”
發(fā)現(xiàn)光學(xué)信號在農(nóng)產(chǎn)品內(nèi)部擴(kuò)散形態(tài)模具
記者了解到，目前只有少數(shù)先進(jìn)國家，可以利用光譜技術(shù)進(jìn)行農(nóng)畜產(chǎn)品無損快速檢測。德國、美國、丹麥和日本等國學(xué)者，已經(jīng)利用可見/近紅外光譜技術(shù)取得了一定成果。
彭教授向記者介紹，日本學(xué)者是根據(jù)肌肉的大理石紋狀、肉的色澤等方面評定牛肉等級，歐盟則是根據(jù)胴體肥瘦和結(jié)構(gòu)來劃分，而美國是通過生理成熟度和大理石花紋來評定牛肉品質(zhì)。值得一提的是，“光譜技術(shù)應(yīng)用于檢測肉類品質(zhì)**的研究，多處于實驗室基礎(chǔ)研究狀態(tài)?，F(xiàn)今除了德國的胴體瘦肉率分級外，還沒有實用的檢測技術(shù)及裝置系統(tǒng)問世。”
這意味著，彭彥昆的農(nóng)畜產(chǎn)品無損檢測技術(shù)與裝置目前處在國際**水平。他們發(fā)現(xiàn)了農(nóng)畜產(chǎn)品內(nèi)部光的漫散射規(guī)律為洛倫茲分布函數(shù)，并提出了從農(nóng)畜產(chǎn)品的光譜空間擴(kuò)散輪廓求取洛倫茲參數(shù)的方法，解明了農(nóng)畜產(chǎn)品光學(xué)擴(kuò)散特征洛倫茲參數(shù)與其品質(zhì)**參數(shù)的關(guān)系。“簡單說，就是發(fā)現(xiàn)了光學(xué)信號在農(nóng)產(chǎn)品內(nèi)部擴(kuò)散形態(tài)的模具，模具的尺寸參數(shù)能反映其品質(zhì)**性。”
成為目前核心關(guān)鍵技術(shù)
以次充好，掛羊頭賣狗肉……在食品**成為社會關(guān)鍵詞的背景下，有著多年相關(guān)研究積累的彭彥昆將研究重心放在了農(nóng)畜產(chǎn)品的無損檢測上。
他們在研究這些裝置之初，并沒有可供借鑒的現(xiàn)成技術(shù)。經(jīng)過5年多的實踐，在國家自然科學(xué)基金、國家863高技術(shù)計劃、公益性行業(yè)科研專項和國家科技支撐計劃等項目的支撐下，他們研發(fā)的農(nóng)畜產(chǎn)品無損檢測技術(shù)，成為目前在線檢測主要農(nóng)畜產(chǎn)品品質(zhì)**參數(shù)的系列核心關(guān)鍵技術(shù)。檢測生產(chǎn)率為1—3個樣品/秒、生鮮肉水分、嫩度、新鮮度、**總數(shù)等的檢測準(zhǔn)確度均≥90%，牛肉大理石花紋和豬胴體背膘厚的檢測準(zhǔn)確度均≥95%。
記者借用教育部科技成果鑒定專家給予這項檢測技術(shù)的鑒定意見，“總體技術(shù)達(dá)到******，其中新鮮度、色澤、大理石花紋和**總數(shù)在線檢測技術(shù)居國際**水平”。
相信在不久的將來，我們的生活也許將會真正擺脫以次充好肉、注水肉、污染肉、腐敗肉和變質(zhì)肉。
無損檢測技術(shù)一直在轉(zhuǎn)變
在無損檢測技術(shù)的研究上，各國國情的差異決定了研究方向、重點和研究對象的不同。一些發(fā)達(dá)國家研究的方向和重點更加側(cè)重于產(chǎn)品品質(zhì)、外觀、口感等方面的檢測技術(shù)，而我國因地制宜地將無損檢測技術(shù)的首要目標(biāo)定為能**檢測產(chǎn)品是否**，是否適宜食用。同時，由于各國民眾飲食習(xí)俗的差異，美國等一些國家所研究的肉類檢測對象多為雞肉，而我國則要將豬肉作為主要的檢測對象。
回顧“無損檢測”的研究過程，彭教授不勝感慨。2007年，他通過申請國家自然科學(xué)基金、北京市自然科學(xué)基金、“863”等項目從無損檢測的基礎(chǔ)性研究開始，至2012年，他帶領(lǐng)團(tuán)隊研究的農(nóng)畜產(chǎn)品無損檢測的項目課題已進(jìn)入了中期階段。
這6年，無損檢測技術(shù)一直在轉(zhuǎn)變——由基礎(chǔ)研究的探索轉(zhuǎn)變?yōu)閷嵱眯约夹g(shù)的研究;由檢測方法研究逐步轉(zhuǎn)變?yōu)閷ρb備的開發(fā)研究;由對單一對象檢測方式的研究轉(zhuǎn)變?yōu)槟軐Χ喾N產(chǎn)品進(jìn)行檢測;由對*初只能檢測肉類嫩度信息轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢酝瑫r檢測肉類多種品質(zhì)信息;由靜態(tài)檢測方式轉(zhuǎn)變?yōu)閷崟r在線式的動態(tài)檢測裝備。
今年，除了又新增肉類無損檢測技術(shù)研究項目外，農(nóng)業(yè)部批準(zhǔn)的“果蔬農(nóng)藥殘留光學(xué)無損快速檢測核心技術(shù)引進(jìn)與示范”和科技部批準(zhǔn)的“中式菜肴原料與植物性原輔料質(zhì)量**檢測技術(shù)與裝備研發(fā)”也將開始由實驗室研究。