食品在線快速檢測應用技術是食品質量安全控製的主要支撐體係之一。在線檢測即能夠實時、連續地對樣品進行分析。食品與農產品品質無損在線快速檢測技術是20世紀後期發展起來的集物理學、化學、物料物性學、分析儀器、數據處理、信號分析和計算機應用等學科為一體的交叉型應用科學。實時在線檢測技術大致包括:①儀器分析技術:分光檢測技術(紫外分光法、可見分光法、近紅外分光法等)、機器視覺檢測技術、介電特性檢測技術、聲學特性及超聲波檢測技術、力學檢測技術、X射線檢測技術、核磁共振檢測技術、生物傳感器檢測技術和電子鼻與電子舌檢測技術等。②基於分子生物學、基因組學、多聚體化學、微分離技術、微處理技術和微縮信息處理器的快速檢測技術。這些技術可應用於食品農藥殘留、獸藥殘留、食品中其他成分、致病微生物及毒素、重金屬汙染的無損實時在線檢測。
對於食品行業的製造商而言,保證食品安全的工作需要在生產過程的每個環節進行。以往很多製造商會通過非常嚴格的操作規章製度及要求來控製工人的操作行為,同時通過人工抽檢的方式降低汙染幾率,但是這些措施往往不能從根本上消除食品安全隱患,並且會因檢測效率低下而影響生產和產品質量。因此,自動化的在線檢測技術成為很多注重產品質量的製造商的首要選擇。從生產過程中的原料、生產加工、包裝檢測、運輸等多個環節入手,有針對性地提供量身訂製的在線檢測解決方案。
下麵重點介紹幾種在線檢測技術。
1.近紅外光譜技術
近紅外光譜(NIR)是介於可見光譜區和中紅外光譜區之間的電磁波,波長範圍為700~2500nm。NIR可劃分為短近紅外波段(SW-NIR)和長近紅外波段(LW-NIR),其波段範圍分別為700~1100nm和1100~2500nm。NIR與中紅外區的分子振動基頻吸收不同,由於頻率較高,NIR譜區分子對其吸收主要是分子振動的倍頻與合頻吸收。
Herschel在1800年發現了NIR光譜區。但是由於NIR區的倍頻和合頻吸收弱、譜帶複雜和重疊多,信息無法有效分離解析,限製了其應用。20世紀60年代,Norris等在研究雞蛋、蔬菜和水果品質時,為排除檢測水分時其他成分的幹擾,測定了幾個波長處樣品的投射率和反射率,采用漫反射技術和多元逐步回歸方法,同時計算出了水分、蛋白質和脂肪等成分的含量。從而以處理弱信號與多元信息為基本特征的現代光譜分析技術露出雛形。隨著光學、電子技術、計算機技術和化學計量學的發展,使多組分分析中的多元信息處理的理論與技術得到了發展,被用來解決NIR譜區吸收弱和重疊的困難。現代NIR分析技術使NIR譜區信息量接近中紅外譜區,而光譜分析技術與分析可見光譜一樣簡單,其潛力得到了充分的發揮,尤其是NIR漫反射光譜分析方法,樣品不需做任何化學處理,因此可以快速分析大量樣品。
有機物在NIR譜區的吸收帶主要是含氫基團(如C—H,O—H,S—H,N—H等)的各級倍頻和合頻。農產品中的大多數有機化合物如蛋白質、脂肪、有機酸、碳水化合物等都含有不同的含氫基團,所以通過對其進行近紅外光譜分析就可測定這些成分的含量。通過近紅外光譜分析,不僅可以獲得各種化學成分的含量,還能以此為依據,進一步識別和鑒定農產品的等級和真假。NIR光譜技術不僅用於常量成分分析,還可以用於微量成分(如氨基酸、維生素等)和有毒、有害成分(如棉酚等)的檢測,並且已發展應用於營養價值的評定。被測樣品的物態可以是固態、液態或氣態。此技術可用於穀物的蛋白質、水分和脂肪含量,水果可溶性固形物含量,以及水果的缺陷檢測。
光纖技術大大拓寬了近紅外光譜分析技術的應用範圍,各種光纖探頭可以方便地對被測物料進行離線、現場或在線分析。近紅外光通過光纖可進行長距離傳輸,對一些複雜、危險環境中的樣品進行檢測,在線測量時,將傳感器放置於物流之上,避免離線樣品取樣存在汙染、采樣失真等問題。采用多路開關,可以實現多點在線快速檢測。