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高光谱技术在肉类品质检测中的应用
发布:天津中科谱光信息技术有限公司浏览次数:927有过菜市场买肉经历的人,肯定发现,肉类摊位上方,喜欢用一种红色的光源照射肉类,使得肉显示出一种很有食欲的枣红色。这种颜色通常的生活经验告诉我们:肉很新鲜。
图 1 特殊灯光照射下的肉类制品
根据2020年产业信息网报道,我国肉类消费全.球占比DY,2018年我国人口为13.93亿人,全.球占比18.3%,消费肉类7469.8万吨,全.球占比为28.4%。
日益增长的消费需求,意味着对肉类品质快速检测的技术需求越来越现实。快速、无损、客观、大规模、物联网、可溯源的检测技术,必然拥有广阔的应用前景。
高光谱技术在一定程度上,能够在猪肉、牛肉、羊肉、禽肉和鱼肉等方面,发挥其技术优势。
01肉类嫩度检测
鲜肉的嫩度,直接决定了其售价,极.品的潮汕牛肉火锅,我们甚至能够看到案板上的牛肉仍在抽动(笔者在深圳亲眼看到过这种现象),可见食材之新鲜。
传统的评测嫩度的方法是,雇佣经验丰富的相关人士,进行试吃。根据人工口感,从柔软性、易碎性和易吞咽性进行评价。另一种方法是,通过能够测定切割力的方法,进行嫩度评测,类似建筑测量材料硬度的思路。
可见,现有方法有损、复杂、有误差的缺点,需要新技术的介入。根据俄克拉何马州立大学研究成果,越嫩的牛肉,反射率整体高于越老的牛肉。造成这种现象的原因,可能在于牛肉内部的嫩肉胴体含量不同造成的。
图 2 嫩牛肉和老牛肉的典型光谱
02肉类色泽检测
虽然肉类色泽与其营养价值间关系并不大,但与消费者购买的直观感受关系却最密切。肉类色泽通常与动物的年龄、饲料、饮水量、应激刺激有关。一般由肉类的肌纤维密度、肌红蛋白数量和水分含量决定。
传统评价色泽的方法有,通过肉类与标准比色板对照打分,或者通过化学法测定肉品的总色素值,确定色泽。
光谱法测定肉类色泽,流程是挑选与色度紧密相关的波段,通过特征波段反射率的高低,确定肉类的色泽。Efstathios等人研究了在不同温度条件下牛肉的变化情况,表明光谱法计算微生物含量与肉类色泽品相间的相关系数,达到了0.90以上。
图 3 肉类RGB合成影像和经过典型判别分析后的肉组织、脂肪、结缔组织结果图
03肉类结构检测
肉类肌纤维中的脂肪分布,尤其是牛肉的这种分布,被形象地称为大理石花纹。这种结构显示了肉类肌内脂肪含量,是一种脂肪杂交的表现。一般情况下,花纹越均匀,肉类品级越高。
成像光谱仪将二维的图像的每一个像素,添加一个光谱维数据,能够实现微观尺度的成像实现了肉类结构检测的目标。
通过获取肉类的脂肪分布、含水量分布和蛋白质分布情况,形成具有标准规范的检验流程,为肉类结构品级的确定提供了一种科学的手段。
图 4 不同肉类的脂肪和水分含量分布情况
04肉类掺假检测
肉类掺假掺杂事件屡见不鲜,不良商家在牛羊肉卷中大量填充鸭肉,美其名曰“复合肉卷”。
现有的仪器检测,通过聚合酶链式反应、酶联免疫吸附、实时荧光检测等技术,不足是耗时长、预处理复杂、操作不便。
光谱法利用数据处理技术建立高光谱数据与肉类品质的映射模型,实现对掺假肉类的实时识别。
图 5 光谱法实现鸡肉、火鸡肉、猪肉、马肉、羊肉、牛肉的鉴别
05僵尸肉检测
僵尸肉指的是冰冻多年后,仍然流入市场进行销售的肉产品。为了检测僵尸肉,需要准确测定“冻龄”。陈年冻肉在进口走私中储藏环境很难保证,一旦到达0℃以上的解冻条件,即便再次冷冻,肉质还是存在大量对人体有害的病菌。主要在海关肉制品检验检疫领域,迫切需要快速检测手段。
高光谱技术因具有分辨率高和非破坏性等特点,将每一年的僵尸肉进行光谱获取,主要是发现肉类“冰晶”光谱特性,通过光谱库收集不同冻龄的肉类光谱,待检肉品通过匹配,能够快速实现在肉品品质检测。
图 6 肉类腌制后光谱成像变化情况(图引自孙大文院士团队)
06有害元素检测
肉类除了微生物等有机物质外,还可能有兽药残留、添加剂残留和重金属残留等,统称生物学残留。
学界报道较多的是等离子体质谱法、电感耦合等离子体法等,传统的方法应用场景受限,智能测量溶剂或者粉碎后的肉类产品。
利用高光谱技术,对动物生长过程中可能接触的药品、重金属、激素、无机物质、KJ素、驱虫剂、镇静剂、污染物和真菌等,都能够进行一定程度的检测和识别,指导养殖、屠宰、加工、储运和销售的各个环节。
图 7 高光谱肉品检测仪
07总结
民以食为天,随着人民群众对肉制品消费需求的增长,保证肉品质量和安全成为紧迫需求。
成像高光谱技术,能够评价肉类的肌肉结构和生化信息,随着工业化肉制品生产力的发展,这种安装在流水线上、快速、实时、准确检测肉品质量的技术,必将发挥更大的作用。
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作者:ZG科学院空天信息创新研究院三室&天津中科谱光信息技术有限公司技术总监张东辉博士。
2021-07-19 -
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