本發(fā)明涉及食品質量安全領域，具體涉及一種輻照食品快速無損檢測方法。

背景技術：

食品是迄今為止人類賴以生存的重要物質。隨著生產(chǎn)力發(fā)展和社會進步，對食品質量安全的關注日益提高。食品質量安全包含兩個方面的含義，其一是質量，即營養(yǎng)成分的含量是否達標、風味是否良好；其二是安全，即是否存在危害或潛在危害人類健康的物理、化學、生物及其他各方面可能的因素。

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，食品加工技術不斷進步，一些加工手段被廣發(fā)應用。以輻照為例，目前已經(jīng)被廣泛應用于調料等的殺菌、殺蟲、防腐處理中。輻照處理具有快速、高效的特點，但是產(chǎn)生輻照的放射性同位素具有一定的危險性，并且有些食品，特別是脂肪含量高的食品，在輻照過程中會導致脂肪酸鏈的斷裂，亦即食品品質受到嚴重影響，食用后對身體健康不利，因此輻照處理目前而言尚不能應用于全部食品的前處理。由此可見，無論從質量角度，還是安全角度，針對人們對食品的大量需求，建立一種輻照食品快速無損檢測方法則成為亟待解決的問題。

對輻照食品的鑒別，目前現(xiàn)有技術以同位素分析為主，但是該方法存在操作較繁瑣、耗時長、對操作者的專業(yè)性要求高以及檢測效率低等諸多問題，難以適應大量樣品鑒別的需要。

振動光譜是一種基于物質分子的振動、轉動能級躍遷對電磁波產(chǎn)生吸收的光譜。根據(jù)量子力學原理，當電磁波的能量和物質分子的振動、轉動能級躍遷能量差相等，且滿足振動光譜發(fā)生條件時，會產(chǎn)生振動光譜吸收。常見的振動光譜有：近紅外光譜、中紅外光譜、拉曼光譜、太赫茲波譜等。振動光譜技術具有采樣速度快、分析效率高、綠色無污染等特點，目前已在生命科學、醫(yī)學及生理學、藥物學、農(nóng)學、化學等諸多領域具有廣泛應用。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，針對劣變食品快速無損鑒別難題，提供一種基于振動光譜技術的輻照食品快速無損檢測方法，其目的是對輻照食品進行快速無損鑒別。本發(fā)明所述方法具有分析速度快、準確率高、工作效率高、綠色無污染等特點，可以對輻照食品進行快速無損鑒別，并且對保障食品質量安全、促進食品市場健康發(fā)展以及快速無損檢測儀器的研發(fā)等方面具有積極作用和借鑒意義。

具體而言，本發(fā)明提供了一種輻照食品快速無損檢測方法，所述方法的流程如圖1所示，所述方法包括以下步驟：

(1)采集待測樣品的太赫茲折射率譜數(shù)據(jù)；

(2)從所述太赫茲折射率譜數(shù)據(jù)中提取分別與特征頻率ν₁、ν₂對應的特征數(shù)據(jù)R₁、R₂；

所述特征頻率ν₁、ν₂分別位于0.33THz～0.85THz頻率范圍內(nèi)和0.99THz～1.80THz的頻率范圍內(nèi)；

(3)將所述ν₁、ν₂以及R₁、R₂代入公式I，計算特征值；

當所述特征值小于或等于0時，判斷樣品為輻照食品；當所述特征值大于0時，判斷樣品為非輻照食品。

本發(fā)明所述食品具體是指油料作物，優(yōu)選為花生，如紅花生或白花生。

本發(fā)明所述輻照是一種新的農(nóng)產(chǎn)品前處理技術，亦可稱為“被放射性同位素照射”或簡稱為“照射”，其輻照源為電離輻射源，優(yōu)選為放射性同位素；具體是指利用放射性同位素所發(fā)出的射線對DNA的作用，對食品進行滅菌和減活。亦即，“輻照前”、“未輻照”等同于“照射前”、“未照射”，而“輻照”、“輻照后”等同于“照射”、“照射后”。具體操作方法為：用放射性同位素照射農(nóng)產(chǎn)品/食品，以本領域實現(xiàn)滅菌保鮮目的常規(guī)照射程度為限；所述放射性同位素可選用¹³⁷Cs、⁶⁰Co等。對于本發(fā)明提供的方法而言，優(yōu)選適用于經(jīng)⁶⁰Co處理的輻照食品。本發(fā)明優(yōu)選所述輻照食品吸收的輻照劑量不小于1kGy。

本發(fā)明通過大量實驗發(fā)現(xiàn)，包括近紅外光譜、中紅外光譜、拉曼光譜、太赫茲波譜等在內(nèi)的振動光譜中，太赫茲波譜(THz Spectroscopy)對電力輻照食品的檢測準確性高、穩(wěn)定性強。本發(fā)明進一步優(yōu)選采集待測樣品的太赫茲折射率譜(Refractive Index Spectrum)，所述折射率譜的檢測效果明顯優(yōu)于吸光度譜、吸收系數(shù)譜、透過率譜、時域譜、折射率譜等其它光譜表現(xiàn)形式。

本發(fā)明所述步驟(1)中，利用太赫茲波譜儀結合衰減全反射附件采集待測樣品的太赫茲折射率譜數(shù)據(jù)；所述太赫茲波譜儀的分辨率為0.0050THz～0.1000THz，優(yōu)選為0.0070THz～0.0080THz。

本發(fā)明所述步驟(1)中，以單?；ㄉ鸀閱挝贿M行太赫茲折射率譜數(shù)據(jù)的采集。在實際操作中，將一?；ㄉ湃胩掌澆ㄗV儀進行檢測即可。

為了使檢測結果更準確，本發(fā)明優(yōu)選在計算特征值之前，對所述太赫茲折射率譜數(shù)據(jù)進行預處理。所述數(shù)據(jù)預處理包含數(shù)據(jù)中心化(Meaning)、數(shù)據(jù)歸一化(Auto Scaling)、平滑(Smooth)、導數(shù)(Derivative)、去趨勢(Detrending)、多元散射校正(MSC)、數(shù)據(jù)標準化(Normalization)、標準正態(tài)變量變換(SNV)中的一種或幾種，優(yōu)選標準正態(tài)變量變換(SNV)。

本發(fā)明所述特征頻率ν₁、ν₂均位于太赫茲波譜0～2THz頻率范圍內(nèi)。具體而言，兩個特征頻率為分別位于0.33THz～0.85THz頻率范圍內(nèi)和0.99THz～1.80THz頻率范圍內(nèi)的任意具體的頻率值。本發(fā)明進一步優(yōu)選所述特征頻率ν₁、ν₂為分別位于0.38THz～0.61THz頻率范圍內(nèi)和1.06THz～1.41THz頻率范圍內(nèi)的任意具體的頻率值。在上述優(yōu)選頻率范圍內(nèi)，計算所得的特征值準確，判斷結果的正確率高。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述待測樣品為花生，優(yōu)選為白花生；檢測的目標為判斷待測食品是否為經(jīng)⁶⁰Co處理且吸收的輻照劑量不小于1kGy的輻照花生；所述方法包括以下步驟：

(1)取待測的花生樣品，采用太赫茲波譜儀結合衰減全反射附件采集其太赫茲折射率譜數(shù)據(jù)；對所述太赫茲折射率譜進行標準正態(tài)變量變換預處理；

(2)從所述太赫茲折射率譜數(shù)據(jù)中提取分別與特征頻率ν₁、ν₂對應的特征數(shù)據(jù)R₁、R₂；

所述特征頻率ν₁、ν₂分別位于0.38THz～0.61THz和1.06THz～1.41THz的頻率范圍內(nèi)；

(3)將所述ν₁、ν₂以及R₁、R₂代入公式I，計算特征值；

當特征值小于或等于0時，判斷樣品為輻照花生(經(jīng)⁶⁰Co處理且吸收的輻照劑量不小于1kGy)，當特征值大于0時判斷樣品為非輻照花生(未經(jīng)⁶⁰Co處理或經(jīng)⁶⁰Co處理但吸收的輻照劑量小于1kGy)。

本發(fā)明提出的輻照食品快速無損檢測方法擴展了振動光譜在劣變食品快速無損鑒別方面的用途。該方法具有分析速度快、準確率高、工作效率高、綠色無污染等特點，不僅可以為劣變食品快速無損鑒別提供有力保障和技術支持，而且對保障食品質量安全、促進食品市場健康發(fā)展、快速無損檢測儀器的研發(fā)等方面具有積極作用和借鑒意義。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述輻照食品快速無損檢測方法流程圖；

圖2為實施例1所述花生經(jīng)SNV預處理的太赫茲折射率譜圖及特定頻率位置示意圖；

圖3為實施例2所述花生經(jīng)SNV預處理的太赫茲折射率譜圖及特定頻率位置示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

以下各實施例中，所使用的儀器為太赫茲波譜儀，型號：TAS7500SP，日本AdvanTest公司；附件：衰減全反射附件。

儀器參數(shù)：波譜分辨率：0.0076THz，波譜范圍：0THz-4THz，累加次數(shù)：2000次，以衰減全反射附件空光路作參比。

數(shù)據(jù)處理：采用標準正態(tài)變量變換(SNV)預處理算法對數(shù)據(jù)進行基線校正；對于每一條太赫茲折射率譜數(shù)據(jù)，按照以下步驟進行標準正態(tài)變量變換；其中，X_i代表樣品的太赫茲折射率譜數(shù)據(jù)中第i個數(shù)據(jù)點的數(shù)據(jù)值，所述i＝0，1，2…n-1，n(此處，“n”代表一條太赫茲波譜數(shù)據(jù)中所包含的數(shù)據(jù)個數(shù)為n個)；

(1)按照公式II，計算所述太赫茲折射率譜數(shù)據(jù)中全部數(shù)據(jù)點的平均值X_M；

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

(2)按照公式III，計算所述太赫茲折射率譜數(shù)據(jù)中全部數(shù)據(jù)點的樣本標準差S；

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

(3)按照公式IV，計算得到各個數(shù)據(jù)點經(jīng)標準正態(tài)變量變換處理后對應的數(shù)據(jù)值X_i,SNV；

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

實施例1

按照以下步驟對待測白花生樣品1#～92#進行快速無損鑒別：

(1)取待測的白花生樣品，采用太赫茲波譜儀結合衰減全反射附件采集其太赫茲折射率譜數(shù)據(jù)；對所述太赫茲折射率譜進行標準正態(tài)變量變換預處理；

(2)從經(jīng)過所述預處理的太赫茲折射率譜數(shù)據(jù)中提取分別與特征頻率ν₁(0.6027THz)以及特征頻率ν₂(1.4038THz)對應的特征數(shù)據(jù)R₁、R₂；

(3)將所述ν₁、ν₂以及R₁、R₂代入公式I，計算特征值；

當特征值小于或等于0時，判斷樣品為經(jīng)⁶⁰Co處理且吸收的輻照劑量不小于1kGy的輻照花生；

當特征值大于0時，判斷樣品為未經(jīng)⁶⁰Co處理的非輻照花生或經(jīng)⁶⁰Co處理但吸收的輻照劑量小于1kGy的輻照花生。

待測白花生樣品1#～92#在特征頻率下的太赫茲折射率譜數(shù)值及鑒別結果詳見表1。

表1：待測白花生樣品1#～92#在特征頻率下的太赫茲折射率譜數(shù)值及鑒別結果

通過表1可見，92個待測白花生樣品中，1#～46#樣品的實際情況為被⁶⁰Co放射源輻照，47#～92#樣品的實際情況為未被⁶⁰Co放射源輻照。根據(jù)表1的統(tǒng)計結果可知，1#～46#樣品中，正確判斷樣品數(shù)量為37個，對輻照白花生的判別正確率為80.4％；47#～92#樣品中，正確判斷樣品數(shù)量為40個，對未輻照白花生的判別正確率為87.0％。

結合附圖2可見，特征值表現(xiàn)在譜圖上是連結特征頻率對應譜線上點的直線斜率。當特征頻率為0.6027THz和1.4038THz時，受電離輻照花生樣品的太赫茲折射率譜在經(jīng)過SNV處理后，特征頻率對應譜線上點的連結直線斜率絕大多數(shù)為負值，而未受電離輻照花生樣品的太赫茲折射率譜在經(jīng)過SNV處理后，特征頻率對應譜線上點的連結直線斜率絕大多數(shù)為正值，與判別結果一致。

實施例2

按照實施例1提供的方法對待測白花生樣品93#～184#進行快速無損鑒別；與實施例1相比，區(qū)別僅在于：特征頻率ν₁＝0.3815THz，特征頻率ν₂＝1.0605THz。

待測白花生樣品93#～184#在特征頻率下的太赫茲折射率譜數(shù)值及鑒別結果詳見表2。

表2：待測白花生樣品93#～184#在特征頻率下的太赫茲折射率譜數(shù)值及鑒別結果

通過表2可見，93#～184#共92個待測白花生樣品中，93#～138#樣品的實際情況為被⁶⁰Co放射源輻照，139#～184#樣品的實際情況為未被⁶⁰Co放射源輻照。根據(jù)表2的統(tǒng)計結果可知，93#～138#樣品中，正確判斷樣品數(shù)量為37個，對輻照白花生的判別正確率為80.4％；139#～184#樣品中，正確判斷樣品數(shù)量為40個，對未輻照白花生的判別正確率為87.0％。

結合附圖3可見，特征值表現(xiàn)在譜圖上是連結特征頻率對應譜線上點的直線斜率。當特征頻率為0.3815THz和1.0605THz時，受電離輻照花生樣品的太赫茲折射率譜在經(jīng)過SNV處理后，特征頻率對應譜線上點的連結直線斜率絕大多數(shù)為負值，而未受電離輻照花生樣品的太赫茲折射率譜在經(jīng)過SNV處理后，特征頻率對應譜線上點的連結直線斜率絕大多數(shù)為正值，與判別結果一致。

由以上結果可知，本發(fā)明提出的輻照食品快速無損檢測方法對被放射性同位素⁶⁰Co輻照的白花生的正確判別率皆在80％以上，可以滿足快速篩查的需要。本發(fā)明所述方法具有分析速度快、準確率高、工作效率高、綠色無污染等特點，擴展了太赫茲波譜在輻照食品快速無損檢測方面的用途，不僅可以為劣變食品快速無損鑒別提供有力保障和技術支持，而且對保障食品質量安全、促進食品市場健康發(fā)展、快速無損檢測儀器的研發(fā)等方面具有積極作用和借鑒意義。

雖然，上文中已經(jīng)用一般性說明、具體實施方式及試驗，對本發(fā)明作了詳盡的描述，但在本發(fā)明基礎上，可以對之作一些修改或改進，這對本領域技術人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發(fā)明精神的基礎上所做的這些修改或改進，均屬于本發(fā)明要求保護的范圍。