聶鵬宇 顏壽 陳利 黃梓鈺 劉翰林 趙蘭

摘 要：為了降低由于檢測指標(biāo)多樣化引起的檢測效率較低的問題，研究富硒富鋅食品檢驗(yàn)檢測方法。利用基于太赫茲透射光譜對提取待檢測食品的指標(biāo)參數(shù)，對數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行平滑去噪處理，以此提高數(shù)據(jù)結(jié)果的可靠性，最后對于處理后的結(jié)果進(jìn)行投影處理，以最大方差對投影結(jié)果進(jìn)行排序，實(shí)現(xiàn)對食品成分的全種類分析，提高其檢測效率。試驗(yàn)結(jié)果表明，其可以在0.4 h內(nèi)完成對所有檢測指標(biāo)的準(zhǔn)確測定，具有較高的檢測效率。

關(guān)鍵詞：富硒富鋅食品;檢驗(yàn)檢測;太赫茲透射光譜;平滑去噪;最大方差

Study on Inspection Methods of Selenium and Zinc Rich Foods

NIE Pengyu， YAN Shou， CHEN Li， HUANG Ziyu， LIU Hanlin， ZHAO Lan

（Hejiang County Public Inspection and Testing Center （Sichuan Selenium and Zinc Rich Product Quality Supervision and Inspection Center）， Luzhou 646200， China）

Abstract： In order to reduce the problem of low detection efficiency caused by the diversification of detection indexes， the research on the detection method of selenium and zinc rich food was proposed. The index parameters of the food to be tested are extracted based on terahertz transmission spectrum， and the data results are smoothed and denoised to improve the reliability of the data results. Finally， the processed results are projected， and the projection results are sorted by the maximum variance to realize the full type analysis of food components and improve the detection efficiency. The experimental results show that it can complete the accurate determination of all detection indexes in 0.4 h and has high detection efficiency.

Keywords： selenium and zinc rich food; inspection and detection; terahertz transmission spectrum; smooth denoising; maximum variance

自21世紀(jì)以來，我國經(jīng)濟(jì)得到了快速發(fā)展，人們的飲食結(jié)構(gòu)也開始出現(xiàn)變化，人們對于食品的追求不再是溫飽，而是對營養(yǎng)均衡提出了更高要求[1]。在此背景下，食品行業(yè)得到迅猛發(fā)展，不同類型的食品開始出現(xiàn)在市場上[2]。與此同時(shí)，由于我國人口龐大，地域遼闊，市場的監(jiān)管一直是一項(xiàng)繁重的工作，特別是食品市場，其與人們的身體健康直接相關(guān)，與人們的生活關(guān)系也最為密切[3]。實(shí)現(xiàn)食品市場有效監(jiān)管的一個(gè)重要手段就是對食品質(zhì)量的檢驗(yàn)檢測，其不僅穿插于食品的流通過程中，也是其進(jìn)入市場的必經(jīng)環(huán)節(jié)[4]?，F(xiàn)階段，對于食品的檢驗(yàn)檢測主要是通過相關(guān)因素間接進(jìn)行的，這樣的檢測雖然具有較高的檢測效率，但檢測結(jié)果的可靠性存在一定的提升空間。因此，深入對食品檢驗(yàn)檢測方法的研究具有重要意義[5]?；诖耍疚奶岢鰧Ω晃讳\食品檢驗(yàn)檢測方法的研究，并通過試驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的實(shí)際應(yīng)用效果。通過該研究，以期為提高食品檢驗(yàn)檢測效率提供有價(jià)值的參考。

1 富硒富鋅食品數(shù)據(jù)采集

對于富硒富鋅食品，其檢驗(yàn)檢測不僅僅是對其安全性的檢測，同時(shí)也包括對其營養(yǎng)指標(biāo)以及添加物的檢測[6]。因此，本文設(shè)計(jì)的富硒富鋅食品檢驗(yàn)檢測方法主要通過對太赫茲光譜實(shí)現(xiàn)的指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行提取，再結(jié)合化學(xué)計(jì)量分析的方式，實(shí)現(xiàn)對全檢驗(yàn)檢測指標(biāo)的統(tǒng)一檢測。

1.1 食品指標(biāo)參數(shù)提取

在太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)中，基于太赫茲透射光譜提取指標(biāo)參數(shù)是一種運(yùn)用較為廣泛的方法。因此，本文采用該方法對待檢測食品的檢測指標(biāo)進(jìn)行提取。

規(guī)定在無樣品情況下，太赫茲信號的輸出結(jié)果為參考標(biāo)準(zhǔn)，即0，以此為基礎(chǔ)，對檢測樣品的指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行輸出。在對食品進(jìn)行檢測時(shí)，將其統(tǒng)一處理為長寬高分為2.0 cm×2.0 cm×0.5 cm的片狀，并確保樣品的表面平整，厚度均勻，通過這樣的方式，確保對其進(jìn)行太赫茲脈沖檢測時(shí)，檢測脈沖能夠最大限度垂直發(fā)送到樣品的表面，提高檢測結(jié)果的準(zhǔn)確度。

假設(shè)樣品檢測的輸出信號為E（t），參考信號的輸出結(jié)果為E0（t），那么，將通過對兩個(gè)信號進(jìn)行傅里葉變換，既可以得到其對應(yīng)的指標(biāo)參數(shù)g和g0，則檢測輸出信號與參考信息之間的傳遞關(guān)系可以表示為：

? （1）

式中：A（t）表示檢測樣品輸出信號振幅與參考信號振幅之間的比值關(guān)系;（t）表示檢測樣品輸出信號與參考信號之間的相位差;k表示信號的誤差參量;e表示檢測樣品輸出信號的單位振蕩距離。在傳輸函數(shù)的基礎(chǔ)上，可以計(jì)算出樣品的復(fù)折射率為：

? ?（2）

式中，P（t）表示樣品對太赫茲脈沖的折射率，d為樣品的厚度。

以此為基礎(chǔ)，得到最終測試樣品的吸收系數(shù)為：

? （3）

式中，Q表示測試樣品的吸收系數(shù)。

通過上面的方法，構(gòu)建檢測參數(shù)之間的相互聯(lián)系，并能夠通過函數(shù)對其進(jìn)行表達(dá)，以此確保對待檢測食品的檢測數(shù)據(jù)更高的準(zhǔn)確性，為最終檢測結(jié)果的可靠性提供保障。

1.2 數(shù)據(jù)的預(yù)處理

在利用太赫茲光譜對視頻指標(biāo)進(jìn)行測量過程中，由于外界環(huán)境、試驗(yàn)儀器精度、操作誤差等多方面原因都會影響，輸出的結(jié)果先不要經(jīng)過預(yù)處理才可以作為最終檢測結(jié)果判斷依據(jù)。為此，本文對檢測結(jié)果進(jìn)行平滑去噪處理。

對光譜輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑，減少噪音對樣品信號的干擾，提高信噪比。對于此，本文在[0，20]范圍內(nèi)取若10個(gè)連續(xù)的奇數(shù)點(diǎn)，以此來對中心點(diǎn)的數(shù)值進(jìn)行預(yù)測。并在取值范圍內(nèi)設(shè)置一個(gè)窗口，用于數(shù)據(jù)平均近似中心點(diǎn)的采集，并將采集結(jié)果以相同距離進(jìn)行移動，以此實(shí)現(xiàn)對其的平滑處理，其過程可以表示為：

? ?（4）

式中，L表示其移動的步長，表示窗口大小的參數(shù)，表示其標(biāo)準(zhǔn)差，表示信號平均近似中心點(diǎn)的數(shù)據(jù)值。

對于不同食品，其檢測結(jié)果輸出的信號長度也是不同的，因此，設(shè)置窗口的大小是可調(diào)模式，當(dāng)信號中包含的數(shù)據(jù)越多時(shí)，則相應(yīng)地增大窗口的參數(shù)，當(dāng)信號中包含的數(shù)據(jù)越少時(shí)，則相應(yīng)地減小窗口的參數(shù)，以此避免樣品中特征信息的損失。

2 指標(biāo)檢測結(jié)果分析

對于預(yù)處理后的檢測結(jié)果，將其作為最終檢測指標(biāo)的判斷依據(jù)，對此，本文主要針對富硒富鋅食品的檢測重點(diǎn)，對其成分進(jìn)行分析。本文對食品成分分析是通過對預(yù)處理后的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)變換實(shí)現(xiàn)的。

將監(jiān)測數(shù)據(jù)中的高維光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行投影，其可以表示為：

? （5）

式中，（t）表示其投影結(jié)果，f（t）表示輸出的光譜中的高維篩選。

由上可以得到一組各維度線性無關(guān)的投影結(jié)果，也就是檢驗(yàn)檢測指標(biāo)的結(jié)果，以此為基礎(chǔ)對食品中待檢測指標(biāo)的結(jié)果進(jìn)行分析時(shí)，本文以最大方差為原則，第一個(gè)基向量為數(shù)據(jù)最為分散的方向，此時(shí)方差最大，也就是食品的主要成分，另一個(gè)即為與第一主成分正交的向量中方差最大的方向，為次主成分。按照這個(gè)順序，根據(jù)檢驗(yàn)檢測的需求，對投影的范圍進(jìn)行變換。

設(shè)光譜數(shù)據(jù)為m個(gè)采樣數(shù)據(jù)，每個(gè)數(shù)據(jù)有n個(gè)特征，需要投影到k維坐標(biāo)系。具體的計(jì)算步驟如下：①將數(shù)據(jù)排成n行m列的矩陣X;②將X按行減去這一行求得的平均值;③計(jì)算協(xié)方差矩陣;④計(jì)算協(xié)方差矩陣的特征值以及對應(yīng)的特征向量;⑤按從大到小依次選取前k個(gè)特征值對應(yīng)的特征向量按行排列成矩陣P;⑥求得投影后的數(shù)據(jù)Y=PX。由此，就可以實(shí)現(xiàn)1次檢測完成對多個(gè)檢測指標(biāo)的結(jié)果輸出。

3 試驗(yàn)測試

為了測試本文提出的檢驗(yàn)方法的檢驗(yàn)效果，進(jìn)行了測試試驗(yàn)，同時(shí)為了使測試結(jié)果的評價(jià)更加具有可靠性，采用以微波檢測為基礎(chǔ)的食品檢驗(yàn)檢測方法和以液相色譜為基礎(chǔ)的食品檢測方法同時(shí)進(jìn)行測試。

3.1 測試材料

試驗(yàn)選擇的測試對象為香豆素類化合物，其作為一種在富硒富鋅食品中的重要的成分，在較多方面都有較高的生物利用度。本節(jié)試驗(yàn)樣品中香豆素化合物共分為5種，分別為香豆素、3-羥基香豆素、4-羥基香豆素、7-羥基香豆素和6，7-二羥基香豆素，選擇的食品為黑香豆。

3.2 測試結(jié)果

在上述測試環(huán)境下，分別采用3種方法對黑香豆中的物種成分進(jìn)行檢測，結(jié)果如表1所示。

由表1可知，在3種檢測方法中，本文方法的檢測耗時(shí)最短，完成全部指標(biāo)檢測的耗時(shí)僅為0.4 h，而另外兩種方法完成單個(gè)指標(biāo)的檢測的耗時(shí)就已經(jīng)達(dá)到了0.4 h，整體耗時(shí)基本在2.5 h以上。這主要是因?yàn)楸疚姆椒▽?shí)現(xiàn)一次性對多個(gè)指標(biāo)的檢測，大大提高了檢測效率，降低了時(shí)間開銷，同時(shí)，從表中可以看出，本文檢測結(jié)果與參考值之間具有較高的擬合度，表明本文檢測方法在提高檢測效率的同時(shí)，并未影響檢測結(jié)果的可靠性。

4 結(jié)論

隨著飲食結(jié)構(gòu)的不斷升級，食品的種類也呈現(xiàn)出明顯的多樣化趨勢，在此背景下，食品安全問題成為了全民關(guān)注的重點(diǎn)，因此，食品的檢驗(yàn)檢測是確保食品安全的重要保障。本文提出富硒富鋅食品檢驗(yàn)檢測方法研究，提高了對食品檢測結(jié)果的可靠性，以期為食品安全檢測工作提供幫助，為消費(fèi)者的飲食安全提供保障。

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