王 磊

（河北省糧油質(zhì)量檢測(cè)中心，河北 石家莊 050000）

1 糧食檢測(cè)中新技術(shù)發(fā)展概況

俗話說：“民以食為天，糧以安為先?！奔Z食檢測(cè)的高效率、高科學(xué)性可以有效保障糧食安全。微觀上來看，糧食安全關(guān)系人們的飲食安全、身體健康，宏觀上來看，糧食安全關(guān)系社會(huì)和諧、國(guó)家穩(wěn)定。一方面，我國(guó)處于社會(huì)主義新時(shí)代，糧食安全管理工作面臨著一些新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)；另一方面，隨著人們生活水平的提高，人們也更加注重飲食安全。糧食安全管理涉及生產(chǎn)、檢測(cè)、運(yùn)輸、加工、銷售等許多個(gè)環(huán)節(jié)，其中，糧食檢測(cè)幾乎貫穿糧食安全管理的整個(gè)系統(tǒng)過程中，因此，提高糧食檢測(cè)水平，有利于提高糧食安全管理水平。

在科技不斷發(fā)展的時(shí)代，涉及生物、物理、化學(xué)等領(lǐng)域的新檢測(cè)技術(shù)不斷地被運(yùn)用在糧食檢測(cè)工作中。在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的當(dāng)下，各行各業(yè)大多推崇“效率為王”原則。在糧食檢測(cè)領(lǐng)域，對(duì)于效率的追求也從未停止過。相較而言，傳統(tǒng)的糧食檢測(cè)操作工序復(fù)雜，既耗時(shí)又費(fèi)力。除此之外，在傳統(tǒng)糧食檢測(cè)過程中，還要消耗大量的資源能源，有時(shí)化學(xué)試劑的使用會(huì)產(chǎn)生大量的廢氣廢渣，不僅會(huì)傷害檢測(cè)工作人員，還會(huì)破壞生態(tài)環(huán)境。

新檢測(cè)技術(shù)大大推動(dòng)了糧食檢測(cè)工作的發(fā)展，這些新技術(shù)具備以下優(yōu)勢(shì)：檢測(cè)時(shí)反應(yīng)靈敏、數(shù)據(jù)測(cè)量精度高誤差小、測(cè)量過程簡(jiǎn)單、檢測(cè)資源能源投入小。這些技術(shù)促使糧食檢測(cè)的效率及科學(xué)性大大提高，并且使得糧食檢測(cè)過程更加環(huán)保節(jié)能。

2 新檢測(cè)技術(shù)在糧食檢測(cè)中的運(yùn)用

2.1 電子鼻技術(shù)在糧食檢測(cè)中的運(yùn)用發(fā)展

近年來，電子鼻技術(shù)的研究發(fā)展十分迅速，電子鼻技術(shù)涉及傳感技術(shù)、模式識(shí)別、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、神經(jīng)生理學(xué)和數(shù)學(xué)等領(lǐng)域，可以看出這項(xiàng)技術(shù)極具綜合性，具有較強(qiáng)的理論意義和實(shí)際意義［1］。

2.1.1 電子鼻技術(shù)運(yùn)行原理及優(yōu)勢(shì)。電子鼻儀器的特性就如其名稱一般，像人的鼻子一樣，但具備比人類更加靈敏強(qiáng)大的嗅覺系統(tǒng)功能，該儀器設(shè)備可以檢驗(yàn)、測(cè)試揮發(fā)性成分。電子鼻設(shè)備是以功能相互交叉的許多個(gè)化學(xué)感應(yīng)器及相應(yīng)的固定辨別定式共同構(gòu)建而成的裝置，既可以辨別簡(jiǎn)單氣味，也可以辨別復(fù)雜氣味。其檢測(cè)結(jié)果的表現(xiàn)形式是呈現(xiàn)揮發(fā)成分的系統(tǒng)信息，即“指紋”數(shù)據(jù)。具體的檢測(cè)原理為，該裝置對(duì)于捕捉到的各種各樣的氣味會(huì)以不同的信號(hào)顯示，并將這些信號(hào)與經(jīng)過“學(xué)習(xí)”和“訓(xùn)練”后創(chuàng)建的數(shù)據(jù)庫中的信號(hào)加以比較，并進(jìn)行識(shí)別判斷［2］。

這項(xiàng)技術(shù)有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：第一，測(cè)試時(shí)間短，反應(yīng)快、靈敏度高，可以最大限度地減少人在操作過程中出現(xiàn)失誤的可能；第二，沒有煩瑣的前期處理；第三，無須使用化學(xué)物質(zhì)，環(huán)保無污染；第四，使用過程簡(jiǎn)易、低成本投入；第五，能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)線上原位和在線監(jiān)測(cè)。

2.1.2 電子鼻技術(shù)在糧食檢測(cè)中的應(yīng)用概況。由于電子鼻技術(shù)自身在檢測(cè)方面所具備的優(yōu)勢(shì)，已被廣泛應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品、食品藥品、化學(xué)工業(yè)產(chǎn)品、環(huán)境檢測(cè)等各類行業(yè)之中。值得注意的是，糧食檢測(cè)領(lǐng)域也引入了這項(xiàng)新技術(shù)，具體而言，主要運(yùn)用于糧食霉變、蟲害、貯藏期等方面的檢測(cè)判別。為了更加具體地反映這項(xiàng)技術(shù)在糧食檢測(cè)方面的功用，試舉一例：在判別糧食貯藏期方面，由于糧食在貯藏后其氣味會(huì)隨著時(shí)間的推移而發(fā)生相應(yīng)的變化，根據(jù)這一原理，電子鼻便可檢測(cè)出糧食的貯藏期。

2.1.3 電子鼻技術(shù)的發(fā)展前景。在國(guó)外，電子鼻技術(shù)已經(jīng)被廣泛運(yùn)用，在這項(xiàng)技術(shù)研發(fā)出來后的數(shù)十年來，設(shè)備不斷被改，并形成了一套成熟的操作規(guī)范。由于這項(xiàng)技術(shù)長(zhǎng)期被國(guó)外壟斷，且購買需要花費(fèi)巨額的引進(jìn)費(fèi)，使得這項(xiàng)技術(shù)在我國(guó)的起步晚，發(fā)展也較為緩慢。目前，該技術(shù)還只能在實(shí)驗(yàn)室中運(yùn)用。而且因?yàn)槊舾心げ牧?、制造技藝及?shù)據(jù)分析方法等各方面的局限，該技術(shù)的應(yīng)用范圍還未達(dá)到人們的預(yù)期值，電子鼻的應(yīng)用范圍與人們的期望還存在距離。但我國(guó)人口眾多、糧食消耗量大、國(guó)土面積廣闊、糧食品類眾多等因素，糧食霉變的檢測(cè)工程意義重大，對(duì)于電子鼻技術(shù)而言，將來糧食檢測(cè)產(chǎn)業(yè)將會(huì)加大研發(fā)資金、人才投入，以不斷提高該項(xiàng)技術(shù)的普遍適用性，加速推動(dòng)該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展。

2.2 近紅外光譜技術(shù)在糧食檢測(cè)中的運(yùn)用

近紅外光譜的波長(zhǎng)范圍為780～2 500 nm，其光譜主要是因?yàn)榉肿诱駝?dòng)的倍頻或合頻吸收構(gòu)建而成。需要強(qiáng)調(diào)的是，含氫基團(tuán)可以在近紅外波段發(fā)出基頻振動(dòng)，如O-H、C-H的伸縮或彎曲振動(dòng)，另外，官能團(tuán)伸縮振動(dòng)所產(chǎn)生的多級(jí)倍頻信號(hào)很弱，一般會(huì)被含氫基團(tuán)所掩蓋［3］。基于以上原理，近紅外線光譜技術(shù)只能對(duì)含有氫基團(tuán)的物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、脂肪、淀粉等進(jìn)行檢測(cè)。而糧食中含有氫基團(tuán)，因而該項(xiàng)技術(shù)在糧食檢驗(yàn)中具備可行性。

2.2.1 近紅外光譜技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。檢測(cè)的分析對(duì)象無需預(yù)先處理，檢測(cè)速度較快，大多情況下只需要1 min就能檢測(cè)完一個(gè)對(duì)象，根據(jù)建模，便可得到數(shù)據(jù)。由于波段是通過光纖傳輸，可以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)人員遠(yuǎn)程對(duì)有毒有害的物品進(jìn)行檢測(cè)，這樣避免了檢測(cè)過程中對(duì)檢測(cè)人員的傷害。

2.2.2 近紅外光譜技術(shù)的缺陷。近紅外光譜技術(shù)的光譜信號(hào)較低，這是因?yàn)槠渥V帶寬度大且復(fù)雜，儀器對(duì)于光譜難以捕捉?？偟膩碚f，該技術(shù)是基于構(gòu)建的基本模型展開近紅外分析，從紛繁復(fù)雜、極易變更的光譜中捕捉需要的信息。除此之外，近紅外光譜技術(shù)的測(cè)量結(jié)果還受多種因素的影響，這些因素包括光譜測(cè)量技術(shù)準(zhǔn)確度、樣品物化性質(zhì)測(cè)試準(zhǔn)確度。

2.2.3 近紅外光譜在糧食檢測(cè)中的應(yīng)用概況。近紅外光譜技術(shù)具備高效、無消耗的特點(diǎn)，不需要準(zhǔn)備樣品，檢測(cè)投入低，能夠做到環(huán)保安全的遠(yuǎn)程檢測(cè)，目前已大范圍應(yīng)用在我國(guó)糧食檢測(cè)領(lǐng)域，主要檢測(cè)小麥、稻谷、玉米等糧食作物。

以下將以稻谷檢測(cè)為例，具體論述該技術(shù)在糧食檢測(cè)中的應(yīng)用情況。近年來，我國(guó)逐漸加大了與稻谷相關(guān)的副產(chǎn)品的研發(fā)生產(chǎn)力度，糙米和米糠的產(chǎn)量逐年提高，而使用該技術(shù)建構(gòu)檢測(cè)模型，可以十分精確地測(cè)量出稻谷中的蛋白質(zhì)含量、糙米中的直鏈淀粉含量等。除此之外，還可以使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，結(jié)合近紅外光譜技術(shù)，選取波長(zhǎng)700～1 075 nm，檢測(cè)水稻生產(chǎn)過程中各個(gè)部分氮含量的變化，從而推算出水稻的光合作用規(guī)律，并為水稻高產(chǎn)及管理的科學(xué)研究提供可靠數(shù)據(jù)［4］。

2.3 拉曼光譜技術(shù)在糧食檢測(cè)中的運(yùn)用

2.3.1 拉曼光譜技術(shù)的運(yùn)用原理及優(yōu)勢(shì)。拉曼光譜是一種散射光譜，在射入的單色光束光子和測(cè)試物分子互相發(fā)生反應(yīng)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)2種撞擊形式。其中，一種叫作彈性碰撞，也就是光子和分子不進(jìn)行能量的交換，只是變更光子和分子的運(yùn)行軌跡；另一種叫作非彈性碰撞，這一種光子和分子會(huì)進(jìn)行能量交換，同時(shí)其軌跡也會(huì)發(fā)生變更。該項(xiàng)技術(shù)是對(duì)射入頻率各異的散射光譜進(jìn)行研究，從而獲取分子振動(dòng)、運(yùn)行的信息，來達(dá)到對(duì)分子結(jié)構(gòu)的分析、探究。對(duì)該光譜的中峰進(jìn)行觀測(cè)，可以對(duì)數(shù)值進(jìn)行定性分析，從而判定相關(guān)測(cè)試對(duì)象的成分和化學(xué)結(jié)構(gòu)，基于此可以區(qū)分類似結(jié)構(gòu)的不同物質(zhì)。

該技術(shù)檢測(cè)物質(zhì)時(shí)的優(yōu)勢(shì)主要有以下幾點(diǎn)：第一，儀器易操作，檢測(cè)耗時(shí)少；第二，無須化學(xué)試劑處理，檢測(cè)過程安全環(huán)保無污染。近年來，拉曼光譜技術(shù)不斷發(fā)展，值得注意的是，化學(xué)計(jì)量學(xué)方法的引入，使得該技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域大大拓寬，如生物制藥、材料科學(xué)、司法鑒定等領(lǐng)域，該技術(shù)在糧食品質(zhì)、結(jié)構(gòu)檢測(cè)方面也有著較好的應(yīng)用前景［5］。

2.3.2 拉曼光譜技術(shù)在糧食檢測(cè)中的應(yīng)用概況。拉曼光譜技術(shù)被廣泛地推廣于糧食檢測(cè)領(lǐng)域，如對(duì)稻谷、小麥、玉米等作物的檢驗(yàn)。以下以玉米為例，詳細(xì)展現(xiàn)該技術(shù)在糧食檢測(cè)中的作用。李占龍等［6］運(yùn)用該技術(shù)研究玉米的種子中所含的類胡蘿卜素和蛋白質(zhì)等物質(zhì)的具體結(jié)構(gòu)，檢測(cè)結(jié)果顯示類胡蘿卜素的含量從外至內(nèi)不斷減少，胚中的蛋白質(zhì)含量數(shù)值最高，從而佐證了該技術(shù)有助于檢測(cè)人員獲取混合物的構(gòu)成和各物質(zhì)的比例。黃亞偉等［7］將該技術(shù)與判別分析法相結(jié)合，對(duì)新陳玉米進(jìn)行檢測(cè)分析，對(duì)光譜進(jìn)行預(yù)處理之后，分別選取主成分馬氏距離判別分析和偏最小二乘判別分析來建構(gòu)檢測(cè)分析模型，結(jié)果顯示相應(yīng)模型的檢測(cè)結(jié)果正確率，印證了該技術(shù)可運(yùn)用于玉米新陳度的快速判別假設(shè)，該技術(shù)可大力在糧食倉儲(chǔ)品質(zhì)評(píng)價(jià)工作中推廣。