CN106198439A - 一种辐照食品的快速无损检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种辐照食品的快速无损检测方法，所述方法包括以下步骤：(1)采集待测样品的太赫兹折射率谱数据；(2)从所述太赫兹折射率谱数据中提取分别与特征频率ν₁、ν₂对应的特征数据R₁、R₂；(3)利用所述ν₁、ν₂以及R₁、R₂计算特征值，并根据所述特征值判断样品是否为辐照食品。本发明提出的辐照食品快速无损检测方法扩展了振动光谱在劣变食品鉴别领域的应用，该方法具有分析速度快、准确率高、工作效率高、绿色无污染等特点，不仅可以为劣变食品快速无损鉴别提供有力保障和技术支持，而且对保障食品质量安全、促进食品市场健康发展、快速无损检测仪器的研发等方面具有积极作用和借鉴意义。

Description

一种辐照食品的快速无损检测方法

技术领域

本发明涉及食品质量安全领域，具体涉及一种辐照食品快速无损检测方法。

背景技术

食品是迄今为止人类赖以生存的重要物质。随着生产力发展和社会进步，对食品质量安全的关注日益提高。食品质量安全包含两个方面的含义，其一是质量，即营养成分的含量是否达标、风味是否良好；其二是安全，即是否存在危害或潜在危害人类健康的物理、化学、生物及其他各方面可能的因素。

随着现代工业的发展，食品加工技术不断进步，一些加工手段被广发应用。以辐照为例，目前已经被广泛应用于调料等的杀菌、杀虫、防腐处理中。辐照处理具有快速、高效的特点，但是产生辐照的放射性同位素具有一定的危险性，并且有些食品，特别是脂肪含量高的食品，在辐照过程中会导致脂肪酸链的断裂，亦即食品品质受到严重影响，食用后对身体健康不利，因此辐照处理目前而言尚不能应用于全部食品的前处理。由此可见，无论从质量角度，还是安全角度，针对人们对食品的大量需求，建立一种辐照食品快速无损检测方法则成为亟待解决的问题。

对辐照食品的鉴别，目前现有技术以同位素分析为主，但是该方法存在操作较繁琐、耗时长、对操作者的专业性要求高以及检测效率低等诸多问题，难以适应大量样品鉴别的需要。

振动光谱是一种基于物质分子的振动、转动能级跃迁对电磁波产生吸收的光谱。根据量子力学原理，当电磁波的能量和物质分子的振动、转动能级跃迁能量差相等，且满足振动光谱发生条件时，会产生振动光谱吸收。常见的振动光谱有：近红外光谱、中红外光谱、拉曼光谱、太赫兹波谱等。振动光谱技术具有采样速度快、分析效率高、绿色无污染等特点，目前已在生命科学、医学及生理学、药物学、农学、化学等诸多领域具有广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于，针对劣变食品快速无损鉴别难题，提供一种基于振动光谱技术的辐照食品快速无损检测方法，其目的是对辐照食品进行快速无损鉴别。本发明所述方法具有分析速度快、准确率高、工作效率高、绿色无污染等特点，可以对辐照食品进行快速无损鉴别，并且对保障食品质量安全、促进食品市场健康发展以及快速无损检测仪器的研发等方面具有积极作用和借鉴意义。

具体而言，本发明提供了一种辐照食品快速无损检测方法，所述方法的流程如图1所示，所述方法包括以下步骤：

(1)采集待测样品的太赫兹折射率谱数据；

(2)从所述太赫兹折射率谱数据中提取分别与特征频率ν₁、ν₂对应的特征数据R₁、R₂；

所述特征频率ν₁、ν₂分别位于0.33THz～0.85THz频率范围内和0.99THz～1.80THz的频率范围内；

(3)将所述ν₁、ν₂以及R₁、R₂代入公式I，计算特征值；

当所述特征值小于或等于0时，判断样品为辐照食品；当所述特征值大于0时，判断样品为非辐照食品。

本发明所述食品具体是指油料作物，优选为花生，如红花生或白花生。

本发明所述辐照是一种新的农产品前处理技术，亦可称为“被放射性同位素照射”或简称为“照射”，其辐照源为电离辐射源，优选为放射性同位素；具体是指利用放射性同位素所发出的射线对DNA的作用，对食品进行灭菌和减活。亦即，“辐照前”、“未辐照”等同于“照射前”、“未照射”，而“辐照”、“辐照后”等同于“照射”、“照射后”。具体操作方法为：用放射性同位素照射农产品/食品，以本领域实现灭菌保鲜目的常规照射程度为限；所述放射性同位素可选用¹³⁷Cs、⁶⁰Co等。对于本发明提供的方法而言，优选适用于经⁶⁰Co处理的辐照食品。本发明优选所述辐照食品吸收的辐照剂量不小于1kGy。

本发明通过大量实验发现，包括近红外光谱、中红外光谱、拉曼光谱、太赫兹波谱等在内的振动光谱中，太赫兹波谱(THz Spectroscopy)对电力辐照食品的检测准确性高、稳定性强。本发明进一步优选采集待测样品的太赫兹折射率谱(Refractive IndexSpectrum)，所述折射率谱的检测效果明显优于吸光度谱、吸收系数谱、透过率谱、时域谱、折射率谱等其它光谱表现形式。

本发明所述步骤(1)中，利用太赫兹波谱仪结合衰减全反射附件采集待测样品的太赫兹折射率谱数据；所述太赫兹波谱仪的分辨率为0.0050THz～0.1000THz，优选为0.0070THz～0.0080THz。

本发明所述步骤(1)中，以单粒花生为单位进行太赫兹折射率谱数据的采集。在实际操作中，将一粒花生放入太赫兹波谱仪进行检测即可。

为了使检测结果更准确，本发明优选在计算特征值之前，对所述太赫兹折射率谱数据进行预处理。所述数据预处理包含数据中心化(Meaning)、数据归一化(AutoScaling)、平滑(Smooth)、导数(Derivative)、去趋势(Detrending)、多元散射校正(MSC)、数据标准化(Normalization)、标准正态变量变换(SNV)中的一种或几种，优选标准正态变量变换(SNV)。

本发明所述特征频率ν₁、ν₂均位于太赫兹波谱0～2THz频率范围内。具体而言，两个特征频率为分别位于0.33THz～0.85THz频率范围内和0.99THz～1.80THz频率范围内的任意具体的频率值。本发明进一步优选所述特征频率ν₁、ν₂为分别位于0.38THz～0.61THz频率范围内和1.06THz～1.41THz频率范围内的任意具体的频率值。在上述优选频率范围内，计算所得的特征值准确，判断结果的正确率高。

作为本发明的优选方案，所述待测样品为花生，优选为白花生；检测的目标为判断待测食品是否为经⁶⁰Co处理且吸收的辐照剂量不小于1kGy的辐照花生；所述方法包括以下步骤：

(1)取待测的花生样品，采用太赫兹波谱仪结合衰减全反射附件采集其太赫兹折射率谱数据；对所述太赫兹折射率谱进行标准正态变量变换预处理；

(2)从所述太赫兹折射率谱数据中提取分别与特征频率ν₁、ν₂对应的特征数据R₁、R₂；

所述特征频率ν₁、ν₂分别位于0.38THz～0.61THz和1.06THz～1.41THz的频率范围内；

(3)将所述ν₁、ν₂以及R₁、R₂代入公式I，计算特征值；

当特征值小于或等于0时，判断样品为辐照花生(经⁶⁰Co处理且吸收的辐照剂量不小于1kGy)，当特征值大于0时判断样品为非辐照花生(未经⁶⁰Co处理或经⁶⁰Co处理但吸收的辐照剂量小于1kGy)。

本发明提出的辐照食品快速无损检测方法扩展了振动光谱在劣变食品快速无损鉴别方面的用途。该方法具有分析速度快、准确率高、工作效率高、绿色无污染等特点，不仅可以为劣变食品快速无损鉴别提供有力保障和技术支持，而且对保障食品质量安全、促进食品市场健康发展、快速无损检测仪器的研发等方面具有积极作用和借鉴意义。

附图说明

图1为本发明所述辐照食品快速无损检测方法流程图；

图2为实施例1所述花生经SNV预处理的太赫兹折射率谱图及特定频率位置示意图；

图3为实施例2所述花生经SNV预处理的太赫兹折射率谱图及特定频率位置示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

以下各实施例中，所使用的仪器为太赫兹波谱仪，型号：TAS7500SP，日本AdvanTest公司；附件：衰减全反射附件。

仪器参数：波谱分辨率：0.0076THz，波谱范围：0THz-4THz，累加次数：2000次，以衰减全反射附件空光路作参比。

数据处理：采用标准正态变量变换(SNV)预处理算法对数据进行基线校正；对于每一条太赫兹折射率谱数据，按照以下步骤进行标准正态变量变换；其中，X_i代表样品的太赫兹折射率谱数据中第i个数据点的数据值，所述i＝0，1，2…n-1，n(此处，“n”代表一条太赫兹波谱数据中所包含的数据个数为n个)；

(1)按照公式II，计算所述太赫兹折射率谱数据中全部数据点的平均值X_M；

$X_M=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{X}_i---II;$

(2)按照公式III，计算所述太赫兹折射率谱数据中全部数据点的样本标准差S；

$S=\sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{(X_i-X_M)}^2}{n-1}}---III;$

(3)按照公式IV，计算得到各个数据点经标准正态变量变换处理后对应的数据值X_i,SNV；

$X_{i,SNV}=\frac{X_i-X_M}{S}---IV.$

实施例1

按照以下步骤对待测白花生样品1#～92#进行快速无损鉴别：

(1)取待测的白花生样品，采用太赫兹波谱仪结合衰减全反射附件采集其太赫兹折射率谱数据；对所述太赫兹折射率谱进行标准正态变量变换预处理；

(2)从经过所述预处理的太赫兹折射率谱数据中提取分别与特征频率ν₁(0.6027THz)以及特征频率ν₂(1.4038THz)对应的特征数据R₁、R₂；

(3)将所述ν₁、ν₂以及R₁、R₂代入公式I，计算特征值；

当特征值小于或等于0时，判断样品为经⁶⁰Co处理且吸收的辐照剂量不小于1kGy的辐照花生；

当特征值大于0时，判断样品为未经⁶⁰Co处理的非辐照花生或经⁶⁰Co处理但吸收的辐照剂量小于1kGy的辐照花生。

待测白花生样品1#～92#在特征频率下的太赫兹折射率谱数值及鉴别结果详见表1。

表1：待测白花生样品1#～92#在特征频率下的太赫兹折射率谱数值及鉴别结果

通过表1可见，92个待测白花生样品中，1#～46#样品的实际情况为被⁶⁰Co放射源辐照，47#～92#样品的实际情况为未被⁶⁰Co放射源辐照。根据表1的统计结果可知，1#～46#样品中，正确判断样品数量为37个，对辐照白花生的判别正确率为80.4％；47#～92#样品中，正确判断样品数量为40个，对未辐照白花生的判别正确率为87.0％。

结合附图2可见，特征值表现在谱图上是连结特征频率对应谱线上点的直线斜率。当特征频率为0.6027THz和1.4038THz时，受电离辐照花生样品的太赫兹折射率谱在经过SNV处理后，特征频率对应谱线上点的连结直线斜率绝大多数为负值，而未受电离辐照花生样品的太赫兹折射率谱在经过SNV处理后，特征频率对应谱线上点的连结直线斜率绝大多数为正值，与判别结果一致。

实施例2

按照实施例1提供的方法对待测白花生样品93#～184#进行快速无损鉴别；与实施例1相比，区别仅在于：特征频率ν₁＝0.3815THz，特征频率ν₂＝1.0605THz。

待测白花生样品93#～184#在特征频率下的太赫兹折射率谱数值及鉴别结果详见表2。

表2：待测白花生样品93#～184#在特征频率下的太赫兹折射率谱数值及鉴别结果

通过表2可见，93#～184#共92个待测白花生样品中，93#～138#样品的实际情况为被⁶⁰Co放射源辐照，139#～184#样品的实际情况为未被⁶⁰Co放射源辐照。根据表2的统计结果可知，93#～138#样品中，正确判断样品数量为37个，对辐照白花生的判别正确率为80.4％；139#～184#样品中，正确判断样品数量为40个，对未辐照白花生的判别正确率为87.0％。

结合附图3可见，特征值表现在谱图上是连结特征频率对应谱线上点的直线斜率。当特征频率为0.3815THz和1.0605THz时，受电离辐照花生样品的太赫兹折射率谱在经过SNV处理后，特征频率对应谱线上点的连结直线斜率绝大多数为负值，而未受电离辐照花生样品的太赫兹折射率谱在经过SNV处理后，特征频率对应谱线上点的连结直线斜率绝大多数为正值，与判别结果一致。

由以上结果可知，本发明提出的辐照食品快速无损检测方法对被放射性同位素⁶⁰Co辐照的白花生的正确判别率皆在80％以上，可以满足快速筛查的需要。本发明所述方法具有分析速度快、准确率高、工作效率高、绿色无污染等特点，扩展了太赫兹波谱在辐照食品快速无损检测方面的用途，不仅可以为劣变食品快速无损鉴别提供有力保障和技术支持，而且对保障食品质量安全、促进食品市场健康发展、快速无损检测仪器的研发等方面具有积极作用和借鉴意义。

虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，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 (10)

1.一种辐照食品的快速无损检测方法，其特征在于，所述食品为油料作物；所述方法包括以下步骤：

(1)采集待测样品的太赫兹折射率谱数据；

(2)从所述太赫兹折射率谱数据中提取分别与特征频率ν₁、ν₂对应的特征数据R₁、R₂；

所述特征频率ν₁、ν₂分别位0.33THz～0.85THz和0.99THz～1.80THz的频率范围内；

(3)将所述ν₁、ν₂以及R₁、R₂代入公式I，计算特征值；

当所述特征值小于或等于0时，判断样品为辐照食品；当所述特征值大于0时，判断样品为非辐照食品。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述食品为花生，优选为红花生或白花生。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述辐照食品的辐照源为电离辐射源，优选为放射性同位素，进一步优选为¹³⁷Cs或⁶⁰Co。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述辐照食品吸收的辐照剂量不小于1kGy。

5.根据权利要求1～4任意一项所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，利用太赫兹波谱仪结合衰减全反射附件采集待测样品的太赫兹折射率谱数据；

所述太赫兹波谱仪的分辨率为0.0050THz～0.1000THz，优选为0.0070THz～0.0080THz。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，以单粒花生为单位进行太赫兹折射率谱数据的采集。

7.根据权利要求1～6任意一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)还包括对所述太赫兹折射率谱数据进行预处理；

所述预处理方法选自数据中心化、数据归一化、平滑、导数、去趋势、多元散射校正、数据标准化、标准正态变量变换中的一种或几种。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述预处理方法为标准正态变量变换；

对于每一条太赫兹折射率谱数据，按照以下步骤进行标准正态变量变换；其中，X_i代表样品的太赫兹折射率谱数据中第i个数据点的数据值，所述i＝0，1，2…n-1，n；

(1)按照公式II，计算所述太赫兹折射率谱数据中全部数据点的平均值X_M；

$X_M=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{X}_i---II;$

(2)按照公式III，计算所述太赫兹折射率谱数据中全部数据点的样本标准差S；

$S=\sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{(X_i-X_M)}^2}{n-1}}---III;$

(3)按照公式IV，计算得到各个数据点经标准正态变量变换处理后对应的数据值X_i,SNV；

$X_{i,SNV}=\frac{X_i-X_M}{S}---IV.$

9.根据权利要求1～8任意一项所述的方法，其特征在于，所述特征频率ν₁、ν₂分别位于0.38THz～0.61THz和1.06THz～1.41THz的频率范围内的频率范围内。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待测样品为花生；所述方法包括以下步骤：

(1)取待测的花生样品，采用太赫兹波谱仪结合衰减全反射附件采集其太赫兹折射率谱数据；对所述太赫兹折射率谱进行标准正态变量变换预处理；

(2)从经过所述预处理的太赫兹折射率谱数据中提取分别与特征频率ν₁、ν₂对应的特征数据R₁、R₂；

所述特征频率ν₁、ν₂分别位于0.38THz～0.61THz和1.06THz～1.41THz的频率范围内；

(3)将所述ν₁、ν₂以及R₁、R₂代入公式I，计算特征值；

当特征值小于或等于0时，判断样品为经⁶⁰Co处理且吸收的辐照剂量不小于1kGy的辐照花生；

当特征值大于0时，判断样品为未经⁶⁰Co处理的非辐照花生或经⁶⁰Co处理但吸收的辐照剂量小于1kGy的辐照花生。