CN105334181A - 辐照食品的快速检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种辐照食品的快速检测方法，其是基于太赫兹波谱技术，采集已知辐照情况食品的太赫兹波谱，分析其在特征频率下的特征点连线的斜率特征，再于相同实验条件下采集待测食品的太赫兹波谱，根据其在上述特征频率下的特征点连线的斜率特征判断待测食品是否被放射源产生的电离辐射照射。本方法可实现对辐照食品进行快速、高效、环境友好的鉴别，从而为食品安全监测、放射源安全使用等方面提供重要技术手段。

Description

辐照食品的快速检测方法
技术领域
本发明涉及食品检测领域，具体地说，涉及一种辐照食品的快速检测方法。
背景技术
放射源所产生的电离辐射含有巨大的能量和毁灭性杀伤力，因此可以用于一些食品的防腐、防虫、杀菌等加工处理。然而，富含脂质的食品一旦经过电离辐射的照射(简称“电离辐照”或“辐照”)处理，其中所含的脂肪酸，特别是含有双键的不饱和脂肪酸极易发生断裂，其结果类似氧化，造成脂肪酸分解，食品品质下降，甚至发生酸败，严重影响消费者的身体健康。
针对食品是否经过辐照处理的检测，传统方法是采用同位素分析、色谱质谱联用分析等，不仅分析时间长，而且在分析过程中使用大量化学试剂，对环境造成污染。
太赫兹波谱是电磁波谱的一部分，其波长介于红外和微波之间。太赫兹波谱的数据表现形式有时域谱、折射率谱、吸收系数谱等多种形式，可根据不同的实验目的或不同的应用对象进行选择。太赫兹波谱对物质中的油脂具有一定的响应，这是采用太赫兹波谱对辐照前及辐照后食品做出快速检测的理化基础。其中，“未辐照”食品是指辐照前的食品，未经过任何电离辐照处理，亦称为“未经辐照”的食品、“未经辐照处理”的食品；“辐照”食品是指辐照后的食品，经过了电离辐照处理，亦称为“(被)辐照过”的食品、“(被)辐照处理”的食品。
发明内容
本发明针对辐照食品的检测难题，提供一种基于太赫兹波谱技术的辐照食品的快速检测方法，其目的是对食品是否经过放射源产生的电离辐射的照射进行快速检测。
为了实现本发明的目的，本发明的一种辐照食品的快速检测方法，包含以下步骤：
(1)采用太赫兹波谱仪在相同实验条件下采集辐照前食品和辐照后食品的太赫兹波谱数据；
(2)采用枚举法选取两个特征频率并获取其太赫兹波谱响应值，即分别获取辐照前食品和辐照后食品的太赫兹波谱图上的两个特征点。
(3)计算在太赫兹波谱图上连结上述两个特征点连线的斜率，分析辐照前食品和辐照后食品特征点连线斜率的性质，根据斜率的性质确定食品是否被辐照的斜率判定阈值；
(4)在相同实验条件下，采集待测食品的太赫兹波谱，并计算待测食品太赫兹波谱在上述两特征频率下的两特征点的连线斜率；
(5)通过与步骤(3)的斜率判定阈值进行比较，对待测食品是否被辐照做出判断。
在统计学中，枚举法是指对所研究的对象包括的所有可能情况，一个不漏地进行检验，从中找出符合要求的答案。在本发明中，枚举法是指在寻找特征频率的过程中，针对太赫兹波谱的所有频率，一个不漏地进行检验，从中找出可以将辐照前食品和辐照后食品加以区分的特征频率。特征频率的选择原则是：以每次枚举的两个变量(频率)结合其太赫兹波谱图，获取其连线斜率特征，即斜率值(k)。当斜率值能够满足使辐照前食品和辐照后食品达到最大正确判别率时，所选的频率即特征频率。
前述的方法，利用太赫兹波谱仪采集的食品的太赫兹波谱，包括其各种数据表现形式，例如吸收系数谱、时域谱、折射率谱等，且步骤(1)和(4)中太赫兹波谱的数据表现形式一致。
前述的方法，步骤(1)-(3)中所述食品与步骤(4)、(5)中所述待测食品为同种类的食品，且所述辐照食品为经过放射源产生的电离辐射照射的食品。
优选地，本发明中所述食品为花生。以花生作为检测对象时，太赫兹波谱仪所产生的电磁波谱频率范围优选为0-4THz；针对太赫兹吸收系数谱，进一步优选波谱频率为0.50THz和1.70THz，斜率判定阈值为880；针对太赫兹折射率谱，进一步优选波谱频率为0.31THz和1.75THz，斜率判定阈值为0.5424。
采用太赫兹波谱法对食品是否经过辐照进行快速鉴别的工作流程图如图1所示。
本发明提供的辐照食品的快速检测方法是基于太赫兹波谱技术，无需对样品进行复杂的预处理即可直接采集样品的太赫兹波谱，因此不会对环境产生二次污染；本发明所使用的数据处理方法简单易行，无需专业计量学软件即可实现；本发明的数据处理过程涉及变量个数仅有两个，对于后续专用型仪器的开发、研制亦具有重要参考价值。本方法可实现对辐照食品进行快速、高效、环境友好的鉴别，从而为食品安全监测、放射源安全使用等方面提供重要技术手段。
附图说明
图1为本发明采用太赫兹波谱法对食品是否经过辐照进行快速鉴别的工作流程图。
图2为本发明实施例1中辐照前花生和辐照后花生的太赫兹吸收系数波谱图以及上述样品所涉及的特征频率、特征点及特征点连线。
图3是本发明实施例2中辐照前花生和辐照后花生的太赫兹折射率谱图及上述样品所涉及的特征频率、特征点及特征点连线。
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。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所用原料均为市售商品。
实施例1花生辐照前后太赫兹吸收系数谱分析及待测样品快速无损检测
花生中含有大量脂质，如果采用辐照进行灭菌杀虫等处理，会破坏脂质的化学结构，造成脂肪酸链断裂、食用品质下降，对消费者身体健康造成不利影响等严重后果。
本实施例采用太赫兹波谱仪对辐照前花生和辐照后花生分别采集太赫兹吸收系数谱数据。所采用的太赫兹波谱仪的型号及实验参数如下。
仪器型号：ADVANTESTTAS7500SP太赫兹波谱仪；
采样方式：衰减全反射方式；
频率分辨率：0.0076THz；
波谱范围：0THz～4THz；
参比累加次数：2048次；
样品累加次数：2048次；
相位角：0度。
首先，采用太赫兹波谱仪对已知辐照情况的花生采集太赫兹波谱数据。太赫兹波谱的数据表现形式有时域谱、折射率谱、吸收系数谱等多种形式，本实施例优选太赫兹吸收系数谱数据，如图2所示。
图2中标示出辐照前花生和辐照后花生的太赫兹吸收系数谱。通过研究波谱特征，采用枚举法找到针对花生辐照前后太赫兹吸收系数谱的特征频率位置，即图2中的“特征频率1”和“特征频率2”，频率值分别为0.50THz、1.70THz。
分别在谱图上找到两条太赫兹吸收系数谱在上述两个特征频率下的响应信号，即特征点“A1”、“A2”、“B1”、“B2”。连结特征点“A1”、“A2”，即获得辐照前花生特征点连线；连结特征点“B1”、“B2”，即获得辐照后花生特征点连线。分别计算两条连线的斜率(斜率用字母k表示)，kA1A2辐照前＝957，kB1B2辐照后＝14。比较两条连线斜率值发现，辐照后花生的连线斜率值明显小于辐照前花生的连线斜率。
为验证上述方法的准确性，在相同实验条件下，另采集7组花生样品辐照前后的太赫兹波谱。针对吸收系数谱数据，获取上述特征频率，即0.50THz、1.70THz下的响应信号值。在谱图上分别连接样品的特征点，计算连线斜率，结果如表1所示。其中，斜率的计算公式如下：
斜率＝(特征频率响应值2-特征频率响应值1)/(特征频率2-特征频率1)
表1花生的特征频率响应值及斜率
从表1可见，针对太赫兹吸收系数谱，7组样品皆符合辐照后花生特征频率下的特征点连线斜率值明显小于辐照前花生特征频率下的特征点连线斜率的特点，说明该方法具有一定的普适性，可以满足对辐照花生快速检测(筛查)的需求。
从表1的斜率值可见，针对太赫兹吸收系数谱，7组验证样品，辐照前样品的特征点连线斜率最小值、最大值、样本平均值、样本标准差分别为2267、3523、2831、375，辐照后样品的特征点连线斜率最小值、最大值、样本平均值、样本标准差分别为-12、31、11、14。根据统计学3σ规则，辐照前花生特征点连线斜率范围为2831±375×3，即1707～3956，辐照后花生特征点连线斜率范围为11±14×3，即-31～53。可见，辐照后花生和辐照前花生的特征点连线斜率范围具有明显的差异。因此，根据辐照前花生的斜率下限1707以及辐照后花生的斜率上限53，取二者的中间值，即可设定斜率判定阈值为880，即针对待测样品，特征点连线斜率大于880时，可认定为未经辐照的花生，特征点连线斜率小于880时，可认定为被辐照过的花生。
为进一步验证上述方法的普适性，将花生样品总数量扩大到84份，分为对照组和辐照组，即对照组花生(辐照前花生)42份，辐照组花生(辐照后花生)42份。对照组花生不经过电离辐射照射处理，辐照组花生经过电离辐射照射处理。分别对辐照组花生、对照组花生采集太赫兹吸收系数谱，计算各样品太赫兹吸收系数谱在上述特征频率下连线斜率，进行统计分析。结果表明，按上述方法，验证对照组花生的特征点连线斜率大于880的占84.6％，验证辐照组花生的特征点连线斜率小于880的占80.1％，即验证对照组花生的正确率可达到84.6％，验证辐照组花生的正确率可达到80.1％，可以满足对辐照花生快速检测(筛查)的需求。
实施例2花生辐照前后太赫兹折射率谱分析及待测样品快速无损检测
本实施例采用太赫兹波谱仪对辐照前花生和辐照后花生分别采集太赫兹折射率谱数据。所采用的太赫兹波谱仪的型号及实验参数如下。
仪器型号：ADVANTESTTAS7500SP太赫兹波谱仪；
采样方式：衰减全反射方式；
频率分辨率：0.0076THz；
波谱范围：0THz～4THz；
参比累加次数：2048次；
样品累加次数：2048次；
相位角：0度。
本实施例优选太赫兹折射率谱数据，如图3所示。
针对折射率谱，通过枚举法选出的特征频率1、特征频率2分别为0.31THz和1.75THz。从图3可见，辐照前样品在上述两个特征频率处太赫兹折射率谱的连线斜率(kA1A2辐照前)较大，而辐照后样品在上述两个特征频率处太赫兹折射率谱的连线斜率(kB1B2辐照后)较小。
为验证上述方法的准确性，在相同实验条件下，另采集9组花生样品辐照前后的太赫兹波谱。针对折射率谱数据，获取上述特征频率，即0.31THz、1.75THz下的响应信号值。在谱图上分别连接样品的特征点，计算连线斜率，结果如表2所示。其中，斜率的计算公式如下：
斜率＝(特征频率响应值2-特征频率响应值1)/(特征频率2-特征频率1)
表2验证样品的特征频率响应值及斜率
从表2可见，针对太赫兹折射率谱，9组验证样品皆符合辐照后花生在特征频率下的特征点连线斜率值较小，而辐照前花生在特征频率下的特征点连线斜率值较大的特点，说明该方法具有一定的普适性，可以满足对辐照花生快速检测(筛查)的需求。
从表2的斜率值可见，针对太赫兹折射率谱，9组验证样品，辐照前样品的特征点连线斜率最小值、最大值、样本平均值、样本标准差分别为0.8929、1.3233、1.1227、0.1623，辐照后样品的特征点连线斜率最小值、最大值、样本平均值、样本标准差分别为-2.0488、-0.1060、-1.4725、0.6405。根据统计学3σ规则，辐照前花生特征点连线斜率范围为1.1227±0.1623×3，即0.6359～1.6096，辐照后花生特征点连线斜率范围为-1.4725±0.6405×3，即-3.3939～0.4489。可见，辐照后花生和辐照前花生的特征点连线斜率范围具有明显的差异。因此，根据辐照前花生的斜率下限0.6359以及辐照后花生的上限0.4489，取二者的中间值，即可设定斜率判定阈值为0.5424，即针对待测样品，特征点连线斜率大于0.5424时，可认定为未经辐照的花生，特征点连线斜率小于0.5424时，可认定为被辐照过的花生。
为进一步验证上述方法的普适性，将花生样品总数量扩大到90份，分为对照组和辐照组，即对照组花生(辐照前)45份，辐照组花生(辐照后)45份。对照组花生不经过电离辐射照射处理，辐照组花生经过电离辐射照射处理。分别对辐照组花生、对照组花生采集太赫兹折射率谱，计算各样品太赫兹折射率谱在上述特征频率下连线斜率，进行统计分析。结果表明，按上述方法，验证对照组花生的特征点连线斜率大于0.5424的占86.7％，验证辐照组花生的特征点连线斜率小于0.5424的占82.2％，即验证对照组花生的正确率可达到86.7％，验证辐照组花生的正确率可达到82.2％，可以满足对辐照花生快速检测的需求。
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 (8)

1.一种辐照食品的快速检测方法，其特征在于，包含以下步骤：
(1)采用太赫兹波谱仪在相同实验条件下采集辐照前食品和辐照后食品的太赫兹波谱数据；
(2)采用枚举法选取两个特征频率并获取其太赫兹波谱响应值，即分别获取辐照前食品和辐照后食品的太赫兹波谱图上的两个特征点；
(3)计算在太赫兹波谱图上连结上述两个特征点连线的斜率，分析辐照前食品和辐照后食品特征点连线斜率的性质，根据斜率的性质确定食品是否被辐照的斜率判定阈值；
(4)在相同实验条件下，采集待测食品的太赫兹波谱，并计算待测食品太赫兹波谱在上述两特征频率下的两特征点的连线斜率；
(5)通过与步骤(3)的斜率判定阈值进行比较，从而对待测食品是否被辐照做出判断。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用太赫兹波谱仪采集的食品的太赫兹波谱，其数据表现形式包括吸收系数谱、时域谱、折射率谱。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(1)和(4)中太赫兹波谱的数据表现形式一致。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，太赫兹波谱仪所产生的电磁波谱频率范围为0-10THz。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)-(3)中所述食品与步骤(4)、(5)中所述待测食品为同种类的食品。
6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述辐照食品为经过放射源产生的电离辐射照射的食品。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述食品优选为花生。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，太赫兹波谱仪所产生的电磁波谱频率范围优选为0-4THz；针对太赫兹吸收系数谱，进一步优选波谱频率为0.50THz和1.70THz，斜率判定阈值为880；针对太赫兹折射率谱，进一步优选波谱频率为0.31THz和1.75THz，斜率判定阈值为0.5424。
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