CN103364366A - 太赫兹波谱法在鉴别陈化农产品中的用途 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及太赫兹波谱法在鉴别陈化农产品中的用途。本发明利用了太赫兹波对物质具有较好的穿透性且对物质分子具有响应的特点,发现了太赫兹波谱方法可以用于鉴别陈化的农产品。太赫兹波谱不仅可以采集到待测样品表面的信息,而且可以在更深程度上采集到待测样品内部的信息,从而适合对农产品是否陈化做出判别,并且效果可靠。利用太赫兹波谱法鉴别陈化农产品时,步骤简单,操作简便,无污染,无损,速度快。

Description

太赫兹波谱法在鉴别陈化农产品中的用途
技术领域
本发明涉及食品安全领域,具体涉及太赫兹波谱法在鉴别陈化农产品中的用途。
背景技术
粮食是人们必不可少的生活资料,尤其是小麦粉、大米等,是人们日常食物的主要来源。其品质的优劣直接关系着人们的生活水平。然而近年来,粮食的质量安全问题备受社会各界的广泛关注。陈化粮食会直接影响人们的饮食健康。因此,有必要寻找一种快速、简便、易行且绿色环保的识别陈化粮食的方法。
现有的无损分析方法多采用红外光谱技术,由于其穿透能力有限,因此只能对待测样品表面或有限地深入样品内部进行探测,在探查样品的深度、代表性等方面受到一定的局限。对于实际储存的农产品,由于储存条件的非均一性,变质过程往往首先发生在某个局部。X射线虽然能够透过较厚的样品,但是对物质化学性质的解析尚不及红外光谱,并且X射线能量高,有可能破坏被测物质中的一些敏感化学成分。
太赫兹波是指频率在0.1THz到10THz范围的电磁波,波长大概在0.03mm到3mm范围,介于微波与红外之间。太赫兹波具有穿透能力强、信噪比高、信息量丰富、不易破坏样品等特性,因此使得探测样品内部信息成为可能。
发明内容
为克服现有陈化农产品鉴别过程中缺少快速、准确的方法的技术缺陷,拓展太赫兹波谱法的应用领域,本发明的目的是提供一种太赫兹波谱法的新用途。
本发明提供了太赫兹波谱法在鉴别陈化农产品中的用途。
所述农产品为常见粮食类农产品,包括但不限于小麦粉、大米、木薯粉、玉米、高粱、小米、红薯或马铃薯等。
本发明发现,采用太赫兹波谱仪扫描陈化和非陈化的农产品样品时,得到的波谱图具有明显的差别。因此,将待测农产品样品的太赫兹波谱图与非陈化样品的波谱图进行比对,可作为一种快速鉴别陈化农产品的全新方法。
优选地,太赫兹波谱法鉴别陈化农产品的过程包括以下步骤:
S1:选取非陈化的农产品样品,采集其太赫兹波谱;
S2:以相同的方法采集待测农产品样品的太赫兹波谱;
S3:将S1和S2所得的太赫兹波谱进行特征比对,判断所述待测农产品是否陈化。
所述待测农产品样品与所述非陈化的农产品样品的品种和产地相同。
所述太赫兹波谱为太赫兹时域谱和/或太赫兹频域谱。其中,所述太赫兹时域谱为振幅强度-时间(秒)谱;所述太赫兹频域谱为折射率-频率(赫兹)谱、吸光度-频率(赫兹)谱、吸收系数-频率(赫兹)谱中的一种或多种。步骤S3中,根据太赫兹时域谱的振幅强度-时间特征,和/或太赫兹频域谱的折射率-频率特征、吸光度-频率特征、吸收系数-频率特征中的一种或多种来进行比对,从而判断所述待测农产品是否陈化。
所述太赫兹波谱的采集过程包括以下步骤:
SS1:将农产品样品压片;
SS2:采用太赫兹波谱仪对所得压片进行扫描,得到太赫兹时域谱;将所述太赫兹时域谱通过傅立叶变换得到太赫兹频域谱。
进一步优选地,所述农产品样品先研磨成粉状,再压片。
本发明还提供了一种太赫兹波谱法鉴别陈化农产品的方法,包括以下步骤:
S1:选取非陈化的农产品样品,采集其太赫兹波谱;
S2:以相同的方法采集待测农产品样品的太赫兹波谱;
S3:根据太赫兹波谱特征比对,判断所述待测农产品是否陈化。
所述太赫兹波谱为太赫兹时域谱和/或太赫兹频域谱。其中,所述太赫兹时域谱为振幅强度-时间(秒)谱;所述太赫兹频域谱为折射率-频率(赫兹)谱、吸光度-频率(赫兹)谱、吸收系数-频率(赫兹)谱中的一种或多种。步骤S3中,根据太赫兹时域谱的振幅强度-时间特征,和/或太赫兹频域谱的折射率-频率特征、吸光度-频率特征、吸收系数-频率特征中的一种或多种来进行比对,从而判断所述待测农产品是否陈化。
上述方法中,非陈化农产品和待测样品的太赫兹波谱的采集过程包括以下步骤:
SS1:将农产品样品压片;
SS2:采用太赫兹波谱仪对所得压片进行扫描,得到太赫兹时域谱;将所述太赫兹时域谱通过傅立叶变换得到太赫兹频域谱。
进一步优选地,所述农产品先研磨成粉状,再进行压片。
上述鉴别方法中的所述农产品为常见粮食类农产品,包括但不限于小麦粉、大米、木薯粉、玉米、高粱、小米、红薯或马铃薯等。
农产品的陈化是因为其内部化学成分或结构发生了变化,从而引起太赫兹波的不同响应,陈化和非陈化的农产品在对太赫兹波的响应上具有明显差异,因此,利用太赫兹波谱法可鉴别陈化的农产品。太赫兹波对检测物质具有较好的穿透性,不仅可以采集到待测样品表面的信息,而且可以在更深程度上采集到待测样品内部的信息,从而适合对农产品是否陈化做出判别,并且效果真实、可靠。采用太赫兹波波谱法鉴别陈化农产品,适用范围广、准确率高,针对全国不同产区、不同生产批次的农产品样品进行鉴别和检测,陈化样品的鉴别正确率高于95%。
此外,利用太赫兹波谱法鉴别、检测陈化农产品时,只用采集相应的太赫兹波谱、再与非陈化农产品样品的太赫兹波谱进行比对即可,步骤简单,操作简便,无污染,无损,速度快,为农产品的快速质量安全筛查提供新的方向,对保障消费者饮食健康具有重要意义。
附图说明
图1为太赫兹波谱法鉴别陈化农产品的流程图;
图2为本发明实施方式所述太赫兹波谱仪空光路平行测试时所得的时域谱图;
图3A为本发明实施例1所述小麦粉样品的太赫兹时域谱图;
图3B为本发明实施例1所述小麦粉样品的太赫兹频域谱图;
图4为本发明实施例2所述两种小麦粉样品的太赫兹时域谱图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
本发明实施方式提供的太赫兹波谱法鉴别陈化农产品的过程如图1所示,包括以下步骤:
(1)、将非陈化农产品样品进行压片;
(2)、采集所述非陈化农产品的太赫兹波谱;
(3)、将待测的农产品样品进行压片;
(4)、采集所述待测的农产品样品的太赫兹波谱;
(5)、将步骤(2)和步骤(4)分别得到的太赫兹波谱图进行比对,鉴别待测样品是否陈化。
本发明实施方式使用的仪器为COMEGA太赫兹波谱仪(型号Z3,美国),在空光路下,4次对仪器进行平行测试,4次测试的时域谱如图2所示。从图2可见,平行测试的峰位基本一致,皆在(5.53±0.03)ps范围内(峰位分别是5.50ps、5.56ps、5.53ps、5.54ps),说明仪器的稳定性良好(ps:皮秒,1ps=1×10-12s(秒))。
实施例1
将新鲜的非陈化小麦粉样品压片,采用感量0.1mg的分析天平称取小麦粉样品0.15g,装入内径13mm的红外压片模具;使用红外专用压片机,加压力4吨,压片时间为5分钟,压成厚度约1mm的薄片。
采集非陈化小麦粉样品压片的太赫兹波谱。
操作软件:MVDSP-400Controller V1.1;
样品仓内温度:22±5℃;
样品仓内相对湿度:0.0%;
偏置电压:100V;
锁相时间常数:100ms;
扫描起始位置:24.600mm;
扫描终止位置:27.600mm;
扫描速率:0.002mm/s;
重复上述操作,采集陈化小麦粉样品压片的太赫兹波谱。
根据扫描所得到的小麦粉的太赫兹时域谱,即振幅强度-时间(秒)谱,通过傅里叶变换得到太赫兹频域谱,即折射率-频率(赫兹)谱。对所得波谱中的振幅强度-时间、折射率-频率特征进行比对。
如图3A所示,图中的A为非陈化小麦粉样品的太赫兹时域谱,图中的B为陈化小麦粉样品的太赫兹时域谱。结果表明,陈化小麦粉的太赫兹时域谱较非陈化小麦粉的太赫兹时域谱的振幅有所衰减,时间有一定的迟滞,并且振幅衰减、时间迟滞的差异非常明显(大于或等于0.1ps,即大于或等于平行测试的时域谱峰位之间差异(0.03ps)的3倍)。由此可见,小麦粉样品的太赫兹时域谱可作为判断其是否陈化的一个标准。
对时域谱而言,根据统计学规律,选取平行测试的时域谱峰位之间差异(0.03ps)的3倍,即0.1ps的峰位差作为阈值(四舍五入至小数点后1位),当时域谱中待测样品和非陈化样品的峰位差大于或等于0.1ps的阈值时,即可判断其为陈化的农产品样品。
如图3B所示,图中的A为非陈化小麦粉样品的太赫兹折射率-频率谱图,图中的B为陈化小麦粉样品的太赫兹折射率-频率谱图。陈化小麦粉的折射率-频率谱图表明,在9.0×1012Hz~1.50×1013Hz范围内,非陈化小麦粉样品的太赫兹波谱折射率大于2.0,而陈化小麦粉的太赫兹波谱折射率小于2.0、甚至大部分低于1.5。由此可见,小麦粉样品的太赫兹时域谱也可作为判断其是否陈化的一个标准。
基于前述过程可知:采用太赫兹波谱法得到小麦粉的波谱进行比对,可以用于鉴别小麦粉是否陈化。
实施例2
选取不同种类、不同产地的非陈化小麦粉样品和其相应的陈化小麦粉样品按实施例1所述方法进行比对。以来自江苏的软质冬小麦(非陈化样品1)和来自北京的硬质冬小麦(非陈化样品2)为例,太赫兹波谱测试结果如图4所示。具体来说,其结果为:
非陈化样品1的峰值时间为8.13ps,对应的陈化样品1的峰值时间为7.90ps,二者相差0.23ps(大于0.1ps),时间迟滞非常明显,振幅也有非常明显的衰减;
非陈化样品2的峰值时间为7.78ps,对应的陈化样品2的峰值时间为7.94ps,二者相差0.16ps(大于0.1ps),时间迟滞非常明显,振幅也有非常明显的衰减。
由此可见,采用太赫兹波谱法可以用于鉴别不同种类、不同产地的小麦粉是否陈化。
实施例3
采用实施例1的操作过程,对50种来自不同生产省份、不同生产批次的市售小麦粉进行了鉴别和检测,判断其是否陈化,判别结果再通过传统的面筋持水率、感官法等方法进行验证,结果准确率高于95%。
本发明实施方式的鉴别和检测过程还适用于常见粮食类农产品,如小麦粉、大米、木薯粉、玉米、高粱、小米、红薯、马铃薯等。
虽然,上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述,但在本发明基础上,可以对之作一些修改或改进,这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此,在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进,均属于本发明要求保护的范围。

Claims (7)

1.太赫兹波谱法在鉴别陈化农产品中的用途。
2.根据权利要求1所述的用途,其特征在于,所述农产品为小麦粉、大米、木薯粉、玉米、高粱、小米、红薯或马铃薯。
3.根据权利要求1或2所述的用途,其特征在于,太赫兹波谱法鉴别陈化农产品的过程包括以下步骤:
S1:选取非陈化的农产品样品,采集其太赫兹波谱;
S2:以相同的方法采集待测农产品样品的太赫兹波谱;
S3:将S1和S2所得的太赫兹波谱进行特征比对,判断所述待测农产品是否陈化。
4.根据权利要求3所述的用途,其特征在于,所述待测农产品样品与所述非陈化的农产品样品的品种和产地相同。
5.根据权利要求3或4所述的用途,其特征在于,所述太赫兹波谱为太赫兹时域谱和/或太赫兹频域谱。
6.根据权利要求3或4所述的用途,其特征在于,所述太赫兹波谱的采集过程包括以下步骤:
SS1:将农产品样品压片;
SS2:采用太赫兹波谱仪对所得压片进行扫描,得到太赫兹时域谱;将所述太赫兹时域谱通过傅立叶变换得到太赫兹频域谱。
7.根据权利要求6所述的用途,其特征在于,所述农产品样品先研磨成粉状,再压片。
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