食品无损检测技术与原理

间电信号消失。孵化lOd的弱精和死胚蛋的卵黄都已
浑浊，变质较快； 发育正常的受精蛋卵黄也是完整的，并有丰富的血网膜和胚 胎点。这几类蛋的生物电特征反映了与其相应的内容物状态。 因此，根据鸡蛋生物电信号的特征就可判断鸡蛋是否受精， 剔出无精蛋、弱精蛋和死胚蛋。
第四节：利用光学特性的检测技术
1、概述 2、可见光的检测技术及其实例 3、紫外光的检测技术及其实例
MAKL公司研制生 产的西瓜选果系统， 利用打击声波解析测 定装置，判定西瓜的 成熟度及内部空洞。 该选果系统已得到实 际应用。
www.geocities.jp/zozocyan2/ p2e/2003suika.htm
1、检测装置
西瓜声波检测装置示意图
光 电 式 果 高 测 定 装 置
2、基本检测原理
5.2.2 力学特性的检测技术
随着水果蔬菜的生 长期与储藏时间， 果蔬的坚实度会不 断变化 M-T戳穿试验方法 （Magness Taylor puncture test）
桃子冲击特性的无损检测
图5.3 桃子力学特性检测系统示意图
冲击力特性参数：
恢复系数（r）
能量吸收率（h） 时间特性参数（c）
1、概述：
利用紫外、可见、红外等光线与物体的相互 作用而产生的反射、散射和吸收等现象，用于 食品品质检验是20世纪60年代开始的新方法。
光学特性可以反映食品与农产品物料的：
表面颜色、内部颜色、内部组成结构以及某种特
定物质的含量，进而反映了食品与农产品物料的某些
重要的品质指标，目前发达国家已把光学特性检测和
食品品质
1. 外表品质: 颜色、光泽、形状、大小等 2. 物理品质: 质量、硬度、粘度、弹性等 3. 内部品质：安全性、新鲜度、营养、口感等
理想检测方法
快速、准确、无损
无损检测的概念
非破坏性检测
无损检测的定义
无损检测：就是在不破 坏待测物原来状态、 化学性质等前提下，为 了获取与待测物的 品质有关的内容、性质 或成分等物理、化学 情报所采用的检测方法。
无精蛋的电信号的波幅很小，其时域信号大多近 乎直线；受精蛋的生物电信号较为丰富，
大部分受精蛋：孵化48h后，直流电位发生特征性变化，其波 形呈现方波。 无精蛋：在检测过程中始终未测到电信号的蛋为无精蛋；孵 化lOd的无精蛋的卵黄还完好，内容物缓慢地变质； 弱精蛋或死胚蛋：开始检测时有一定的信号，但经过一段时
西瓜选瓜包装系统工艺流程
待选 www.omiscale.co.jp/ newpage20.htm 洁净机
检测 自动装箱
封箱
5.2.4.利用测定声波传播速度确定甜瓜的成熟度
经研究发现，随着甜瓜的成熟，声波在甜瓜中的传 播速度和共振频率均将降低，而且两者的变化趋势完 全一致。利用传播速度来确定甜瓜成熟度，不需测定 质量，与共振频率相比，声波传播速度是易测定的指 标(如图5—12所示)。试验表明，适宜食用的成熟甜瓜 的声波传播速度为37－50m／s。
果品的声波特性随内部果肉的性质不同而变化。 西瓜果实受到打击时，产生的声波的特点与西瓜的内 部品质有关。 声波的特点：波形 功率谱峰值频率 对称度 指数衰减率 大量试验表明：
未熟西瓜
打击声波为非对称波 形， 波形对称度为 0.550.80，指数衰减率为 0.40-0.76由快速傅立叶 变换法解析出的功率谱峰 值频率为164-280Hz；
进行自动化分级、分类和分选。如：
剔除缺陷品：如损伤个体、霉变个体
按某成分含量分类：如叶绿素分茶叶的新鲜度
对成熟度分类：以便分别贮藏和销售。
经过自动分类的合格产品，可以获得总体质量等级 的提高。
2、可见光的检测技术及其实例
对食物（品）含有异种、异色颗 粒、变霉变质粒、机械损伤个体等 产品进行检测和分选。 常规手段：方法：眼、手配合的 人工分选 主要特点：是生产率 低、劳动力费用高、容易受主观因 素的干扰、精确度低。
无损检测技术的应用
一. 二. 三.
生产过程的质量控制 成品的质量控制 产品流通和储藏过程中的品质检测
Байду номын сангаас
无损检测的特征
一. 二. 三. 四. 五. 六.
经济、环保 简便、易行 在线检测 连续测定 现场检测 信息量大
无损检测原理及方法
食品无损检测的主要方法
一. 二. 三. 四. 五.
力学方法 电学方法 光学方法 化学方法 生物方法
适熟西瓜
打击声波呈规则的指数衰 减波形，对称度为0.92— 0.98 ， 指 数 衰 减 率 为 0.12-0.18 ， 功 率 谱 峰 值 频率为132-164HZ
过熟或空洞西瓜
呈不规则的波形，指数 衰减率为0.10-0.16 ， 对称度为0.90-0.97 ， 功率谱峰值频率为110130Hz。
鸡蛋生物电检测系统
它包括电极、鸡蛋夹紧装置、放大器、A／D采集器、计 算机和监控示波器等。 电极从蛋壳外采集的电信号送入放大器后分成两路：一路 接示波器；一路接A／D采集器。采样后数据送入计算机，供 处理分析用。
．鸡蛋生物电信号的测试及分析
种蛋在实验室用孵化器孵化，温度为37.8，湿度为50％， 在室温下进行测试。检测时，先将电极的海绵套浸入生理盐水， 将鸡蛋小头朝下插入夹紧装置，lmin后，待示波器上显示生命 电信号后启动A／D采集器，记录数据。每次测定时间为2min， 每天1次，持续10d，然后打开蛋壳，检查胚胎。 受精蛋与无精蛋的生物电信号的波形有较大的差异。 通过100只样本(60只种蛋和40只无精蛋)连续10d的跟踪观测， 发现无精蛋的电信号的波幅很小，其时域信号大多近乎直线； 受精蛋的生物电信号较为丰富，其时域信号波形如图3—17所 示。
恢复系数：物料冲击后与冲击 前的速度比。 r = v2/v1 能量吸收率：冲击后物料吸收 的能量与总能量的比。 E=(h-h1)/h
时间特性参数：冲击力峰值与 达到冲击力峰值所经过的时 间之比 C = f/t
5.2.3.西瓜品质的无损检测：
检测内容：成熟度和内部空洞 传统方法：生长天数和感官鉴别 效果:难以准确判定， 迫切需要一种能准 确、方便且无损伤 测定西瓜成熟度的 装置。
现代方法：光透射率、热像图、红外辐射以及计算机图像 处理技术识别种蛋受精情况。
鸡蛋的生物电现象： 生物电现象是生命组织普遍存在的一种生理现象， 凡有生命的细胞都会产生生物电流。鸡蛋的生物电现 象是这一生命单元在不同时期生命活动的表现。 研究表明，种蛋的生物电与其受精与否、鸡胚雌 雄性别以及蛋品新鲜度之间存在较大的相关性，可以 成为鉴别和剔除无精蛋、弱精蛋和死胚蛋的一种新的 技术和方法。
费用降低； ④机械的适应能力强：通过调节背景光或比色板，即可以 处理不同的物料，生产能力大，适应了日益 发展的商品市场的需要和工厂化加工的要求。
常用的方法
在利用可见光的特性对食品与农产品的品质进行 快速无损检测中，常用的方法主要有: 反射法 折射法
透射法
延时发光法
用于检测的原理及实例
原理：水果表皮的颜色可以利用光反射特性来鉴别，将一定 波长的光照射水果，根据其反射光的强弱可以判别其 表面颜色。 例1：左图为某 种柠檬不同成熟 度的反射光谱。 在波长678nm处， 二者有明显差异， 可选一小段λ1－ λ2进行检测分选。
第二节 利用力学特性的检测技术
本节目的：需要掌握如何利用食品的力学 特性、声学特性以及超声波特性对其进行 无损检测的原理及应用实例。
5.2.1 食品无损检测中常用的力学特性 1. 固体食品: 质量、密度、应力-应变规律、 冲击、震动、屈服强度、硬度、松弛、流 变模型等； 2. 散粒体食品: 摩擦、粘附、变形、流动、 离析等； 3. 液体食品：流体力学特性、流变特性、黏 性、黏弹性等； 4. 对所有形态食品都适用的：力学特性和超 声波特性。
主要相关参数: 电磁波的波长：λ 电阻：R Ω[oumige] ρ [rou] ：电阻率 电容：C 复阻抗: Z*（介于导体和绝缘体之间的物质的电特性）
例如：利用生物电特性鉴别受精蛋
为何鉴别受精蛋？ 不浪费大量食用蛋
不消耗无用的能量
避免和减少细菌对
正常孵化蛋的污染。
母鸡产下176克巨无霸蛋 破吉尼斯世界纪录
http://www.chinaseed.cn/shoping/type.asp?typeid=10
第三节 利用电学特性的检测技术
食品的组织、成分、结构、状态等和它们的电特 性都有着密切的关系，食品与农产品的成分、状态 或品质的检测是研究其电特性的主要目的之一。食 品与农产品电特性的变化主要表现在电流密度、磁 导率、绝对介电常数(电容率)、电导率等方面。
164-280
132-164 107-130
检测装置由机械部分和声波解析两部分组成。机械部分包括 光电式果高测定部分、打击装置、声波传感器和空洞、成熟度表 示装置、控制装置等。 随载果托盘送来的西瓜由光电式果高测定装置测出西瓜的高 度。托盘运动到成熟度测定处，两个定位臂自动动作，使其停止 在预定位置上。三个互成120℃可沿导杆垂直上下移动的听筒状声 波传感器根据果高测定装置测出的果高，自动下移至西瓜赤道高 度后，再水平移动，与西瓜表面接触。此时，和声波传感器，同 步下移的打击装置动作打击西瓜。打击声波被三个传感器检测， 经放大及模式转换后，输入电子计算机进行声波解析，并根据预 定的鉴别基准，判断成熟度和内部空洞，判定结果输出到成熟度 表示装置，控制臂动作压下托盘上相应的表示装置。然后传感器 和打击装置离开西瓜并升起，完成一次测定。该装置测定一个西 瓜只需4s。
分选技术应用于食品与农产品的物料质量评定和质量
管理的许多方面。
在电磁波谱中常用的光有：
紫外光：波长250－340nm
可见光：波长在380－780nm之间 红外光：波长在0.78－1000μ m之间
电磁波按波长的分类及各波长区域的名称如图所示。
应用光学特性检测技术测定食品 与农产品物料品质的最终目的：
第五章 食品无损检测技术与原理
浙江工商大学 食品与生物工程学院 窦文超
本章 目录
第一节 绪论 第二节 力学传感器 第三节 电学传感器 第四节 光学传感器 第五节 化学传感器 第六节 生物传感器

第一节 绪论
衣食住行 衣服 食物 房子 车子
食品工业
我国食品工业的发展状况
图 5.1 我国历年食品工业总产值增长图
有时，只采用一段光 谱还难以把物料中的合格品 与疵品完全分开，可采用两 段或多段光谱对物料进行检 测分选。图4-21是三个等级 的花生仁的反射光谱，采用 两段的反射光谱就可以将它 们分开。
水果色选机机理：
水果依次下落至色检箱，在 通过色检箱的过程中，受到上 下光线的照射。对于不同的物 料，为得到适宜波长的光，可 更换背景板3。从水果皮反射的 光，靠箱内相隔120°配置的镜 子1反射进入到三个透镜5，通 过集光器4混合，然后分成两路， 分别通过带有不同波长滤光片 的光学系统，得到不同波长下 的反射率，从而区别水果的颜 色。
鉴别无精蛋和 死胚蛋的方法
nmdaweb.nmsu.edu/.../ CONSERV/conserv-pic.html
国内种蛋孵化场用的方法：人工光照法剔除无精蛋和死胚
蛋，在孵化的第5天进行光照，剔出无精蛋。 浪费蛋：新鲜蛋孵化72h后，就不适合加工成蛋制品，浪费 大量食用蛋，消耗无用的能量，而且孵不出雏鸡 的蛋中的细菌又污染正常的孵化蛋。
另外，过熟或空洞西瓜的打击声波到达检测部位的时间与适熟西 瓜略有不同。利用电子计算机解析打击声波波形，根据由试验确 定的鉴别基准值，便可测定内部空洞、成熟度和果肉变质状态。
对称度
衰减率
频率Hz
未成熟
适成熟 过成熟
0.55-0.80
0.92—0.98 0.90-0.97
0.40-0.76
0.12-0.18 0.1-0.16
可见光特性进行的检测和分选技术的优越性：
克服了手工分选的缺点，
①检查全面：能同时检测表面品质和内部品质，且不破坏
检测个体，经过检测和分选的产品可以直接 出售或进行后续工序的处理。 ②精确和可靠：对产品进行全数（100％）的、客观的检 测，排除了主观因素的影响和采样偏差；
③便于实现在线检测：劳动强度低，自动化程度高，生产
blog.ja-town.com/ archives/cat_276706.html
是安徽祁门红茶的反 射光谱，波长在600nm以上， 叶和梗的反射率相差很大， 可用相应的滤光片，滤除 叶和梗的反射率相差不大 的一段光谱（400－600）， 利用其反射率相差较大的 一段光线进行检测，将茶 梗从茶叶中分选剔除。